Устройство для измерения шумов

 

5 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (И) дп 4 С 01 R 29/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ВСРП(1-"Г.щ :

t3, 1

ВИБЛ11

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВ (57) Изобретение может быть использовано для построения высокочувствительных шумомеров и радиометров, Устройство для измерения шумоз содержит источник 1 амплитудно-модулированного шума, усилитель 2, детектор 3, ограничитель 4, избирательный усилитель 5, регистратор 6. Повышается чувствительность устройства за счет ограничения флуктуационной составляющей на выходе амплитудного детектора. 1 ил. (21) 3974579/24-21 (22) 11.11.85 1 (46) 29.02.88. Бюл. Р 8 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н.Туполева (72) У.И.Архипова, В.А.Белавин, С.Е.Колин и Н.В.Корабельникова (53) 621.317.75(088.8) (56) Защита от радиопомех./Под ред.

Максимова, 1976, с.382-400, рис.8-3.

Авторское свидетельство СССР

Ф 200632, кл. С 01 R 23/00, 1967.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1377775

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения высокочувствительных шумомеров и радиометров.

Целью изобретения является повышеwe чувствительности путем ограничения флуктуационной составляющей на выходе амплитудного детектора.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из последовательно включенных источника 1 модулированных шумов, усилителя 2, детектора 3, ограничителя 4, избирательно- 15

ro усилителя 5 и регистратора 6.

Устройство работает следующим образом.

Амплитудно-модулированные шумы из блока поступают на вход усилителя 2, 2п где усиливаются до уровня, необходимого для нормальной работы последующих блоков. С выхода усилителя 2 сумма большого собственного шума усилителя 2,. теплового шума источника 1 и 25 малые амплитудно-модулированные шумы поступают на детектор 3, а потом— на ограничитель 4. В результаТе получаются сложный спектр флуктуаций и детерминированная составляющая на 30 частоте модуляции измеряемого шума, пропорциональная его интенсивности.

Этот сигнал подается на вход избирательного усилителя, где происходит преимущественное усиление огибающей и образование напряжения помехи из флуктуационного спектра. Огибающая подается на вход регистратора 6, где регистрируется.

Рассмотрим прохождение шумов в 4п устройстве. Пусть Sa — спектральная плотность суммы теплового и собственного шумов источника 1 и усилителя 2 соответственно; 6, - дисперсия измеряемых шумов. 45

Допустим, что

6с = Ьо(1+cos «>сt) 2 где 6, — дисперсия модулированных измеряемых, шумов;

ы, — частота модуляции; — время.

Зададим ю, ы„ — верхнюю и нижнюю частоты пропускания усилителя 2.

Дисперсия суммы теплового и собственного шумов 2 = Я Д1) °

Суммарная дисперсия на входе детектора 3

+ 8Ш с2 2

2+ с

Ш 12 ш

Разложим выражение под корнем в ряд Иакларена и ограничимся первыми двумя членами

Ч1+х = 1+2+...

X хО

Получим

О2 (Э ° — =U - 6 =6 S 1.

Тогда постоянная составляющая, равная математическому ожиданию, U =Ьф, (2) где Ф,= — - — ф (П )+П (1-Ф(Б,))

2п

Учтем наличие в суммарной дисперсии модуляции. Формула (1).примет вид о

6 =6„+ (1+совы t) .

Тогда (2) равно 2 и =Ь,ф,+ (1+2cosw,t+oos2w.t)ô, . ш

После прохождения избирательного усилителя 5 остается только составляющая сомножителя Cosz,t, 2 о

1)ф = — Ф

Вычислим напряжение помехи. Корреляционная функция на выходе ограничителя 4 равна

R(„)=g E(y" (П.)- ф"- (О) )2- —,- -). .(3)

11=1

Нормированная корреляционная функция входного воздействия

si22(a ы /2) г(с) =- — — — — cos W

4wil2

О "2 (4) 8+ н

Ld о (4) в (3) и ограничимся членами, учитывая многде пм=ы — ь2 ь и>

Подставим первыми тремя житель 1/и. 2

+ (1)

26ш

Для определения постоянной составляющей на выходе ограничителя воспользуемся примером. В данном случае необходимо учесть наличие перед ограничителем 4 детектора 3, т,е. p=O.

Дополнительно примем

1377775

s(o)= — ф

40

Для нахождения спектральной плотности флуктуаций используем формулу

Винера-Хинчина. Воспользовавшись линейностью операций фильтрования и интегрирования и учитывая, что сле5 дующий за ограничителем 4 избирательный усилитель 5 имеет близкую к нулю полосу пропускания, запишем

CO

Б(0)4 я(° )Й".

Используя свойство линейности операций интегрирования и суммирования, перепишем з Ф

Я(О) =4 Ь".Е (Ф" lUо 3- -Ф" (О)) — I r" (.) йа

tt= 1

nl

Первый интеграл (n=1) тождественно равен нулю. Второй интеграл (n=

=2) равен ti ьш/4. Третий интеграл также равен нулю, но при условии 20

2ы „ ы . Это условие, накладываемое на усилитель 2, физически объяснимо необходимостью исключить биения спектра исходного сигнала и получившегося после детектирования. При выполне- нии этого неравенства указанные спектры не перекрываются. Это оптимизация отношения сигнал/шум по частотам среза усилителя 2, Таким образом получаем 30

1 (где Ф = — — — Ф (U ) Г

Дисперсия для односторонней плотности равна ь „ = (я(о)де; ба s (0) C! f, где df — полоса пропускания избирательного усилителя 4.

Отношение сигнал/шум

С Ue <о 62

45 н

При отсутствии ограничения функции Ф,= Ф =1 получаем отношение сигнал/шум модуляционного метода измерения шумов. 50

Определим выигрыш изобретения перед модуляционным методом как отношение сигнал/шум после введения ограничения и до введения ф U, (1-ф(П.П

Q = - -— -= 1 + — — — — - — —, (5)

Ф 1 — -- " (П) /З

Анализ последней формулы показывает, что при уменьшении U выигрыш неограниченно возрастает. Например, при У =О,5 выигрыш О=4; Физический смысл полученного результата состоит в том, что ограничивая сигнал сверху, прежде всего уменьшаем амплитуду огибающей шумового процесса,.так как огибающая определяется изменением амплитуды пиков процесса. Ограничитель выравнивает амплитуды отдельных пиков. Чем меньше порог ограничения, тем большее количество пиков одинаково и тем меньше значение напряжения помехи. При уменьшении порога постоянная составляющая, осциллирующая с частотой у,, часть которой является полезным сигналом, уменьшается в меньшей степени, так как учитывая, что тепловой шум много больше измеряемого, именно он определяет нахождение сигнала аддитивной смеси или в линейной области, или в области ограничения. А так как наиболее вероятно нахождение сигнала около нуля, т.е. в линейной области, то большая часть амплитудно-модулированного сигнала аддитивной смеси сохраняется.

Таким образом, физический смысл состоит в том, что нри уменьшении порога ограничения спектральная плотность флуктуаций уменьшается быстрее полезного сигнала, что и определяет повышение отношения сигнал/шум при использовании предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения шумов, содержащее последовательно соединенные источник амплитудно-модулированного шума, усилитель и детектор, а также последовательно включенные избирательный усилитель и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, введен ограничитель, подключенный к детектору, а его выход соединен с входом избирательного усилителя.

4377775

Составитель Н.Михалев

Техред Л. Сердюкова Корректор В. Гирняк

Редактор Е. Копча

° »

Заказ 868/42 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4