Учебный прибор по радиотехнике

Предлагаемое устройство относится к учебным приборам и тренажерам по радиотехнике и позволяет наглядно демонстрировать режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, принципы образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления. Технической результатом изобретения является расширение функциональных возможностей прибора путем демонстрации избыточной информации о несущей частоте непрерывного сигнала и исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала. Прибор содержит модель радио локационной станции (РЛС), первый, второй, третий и четвертый высокочастотные генераторы, модулятор, первый, второй и третий счетчики, генератор развертки, гетеродин, первый и второй смесители, первый и второй усилители промежуточной частоты, первый и второй амплитудные детекторы, видеоусилитель, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), первый и второй сумматоры, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой переключатели, первый и второй фазовращатели на 90°, пороговый блок, первый, второй, третий и четвертый ключи, измеритель частоты, блок сравнения и блок памяти. 4 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к учебным приборам и тренажерам по радиотехнике и позволяет наглядно демонстрировать режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, принципы образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления.

Известны устройства, используемые в качестве учебных приборов (авт. свид. СССР №№1495720, 1770974; патенты РФ №№2003181, 2051425, 2260193 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Учебный прибор по радиотехнике» (патент РФ №2260193, G01S 7/40, 2004), который и выбран в качестве прототипа.

Указанное устройство позволяет имитировать входные сигналы РЛС с различающимися временными параметрами, демонстрировать процессы поиска сигналов по частоте панорамным приемником, исследовать режимы последовательного поиска сигналов, демонстрировать процесс образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления.

Для панорамного приемника характерно наличие избыточной информации о несущей частоте входного сигнала. Это обусловлено тем, что любой непрерывный сигнал попадает в полосу пропускания Δf_п панорамного приемника в каждом цикле его перестройки. Поэтому избыточность полученной информации определяется количеством циклов перестройки гетеродина.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей прибора путем демонстрации избыточной информации о несущей частоте непрерывного сигнала и исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала.

Поставленная задача решается тем, что учебный прибор по радиотехнике, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные первый высокочастотный генератор, модулятор, первый переключатель, первый сумматор, второй вход которого через второй переключатель соединен с выходом второго высокочастотного генератора, третий вход - через третий переключатель соединен с выходом третьего высокочастотного генератора, четвертый вход - через четвертый переключатель соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора, первый смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с первым выходом генератора развертки, первый усилитель промежуточной частоты, второй сумматор, перемножитель, второй вход которого через пятый переключатель соединен с выходом первого сумматора, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый амплитудный детектор и видеоусилитель, последовательно включенные генератор развертки и горизонтально-отклоняющие пластины электроннолучевой трубки, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, при этом к выходу модулятора подключен первый счетчик, к первому выходу генератора развертки подключен второй счетчик, к выходу видеоусилителя подключен третий счетчик, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен шестым переключателем, пороговым блоком, вторым, третьим и четвертым ключами, измерителем частоты, блоком сравнения и блоком памяти, причем к выходу видеоусилителя последовательно подключены пороговый блок, второй ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина, измеритель частоты, блок сравнения, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты, блок памяти, блок сравнения, четвертый ключ, второй вход которого через шестой переключатель соединен с выходом видеоусилителя, и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, которые через шестой переключатель соединены с выходом видеоусилителя.

Структурная схема предлагаемого прибора представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема, показана на фиг.2. Частотно-временные диаграммы, поясняющие режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, изображены на фиг.3 и 4.

Прибор содержит модель РЛС 1, последовательно включенные первый высокочастотный генератор 2, модулятор 3, первый переключатель 18, первый сумматор 17, второй вход которого через второй переключатель 19 соединен с выходом второго высокочастотного генератора 14, третий вход - через третий переключатель 20 соединен с выходом третьего высокочастотного генератора 15, четвертый вход - через четвертый переключатель 21 соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора 16, первый смеситель 8, второй вход которого через гетеродин 7 соединен с первым выходом генератора 5 развертки, первый усилитель 9 промежуточной частоты, второй сумматор 27, перемножитель 28, второй вход которого через пятый переключатель 22 соединен с выходом первого сумматора 17, узкополосный фильтр 29, второй амплитудный детектор 30, первый ключ 31, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 27, первый амплитудный детектор 10, видеоусилитель 11, шестой переключатель 32 и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 13, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены со вторым выходом генератора 5 развертки, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина 7 первый фазовращатель 23 на 90°, второй смеситель 24, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 17, второй усилитель 25 промежуточной частоты и второй фазовращатель 26 на 90°, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора 27, последовательно подключенные к выходу видеоусилителя 11 пороговый блок 33, второй ключ 34, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина 7, измеритель частоты 35, блок 36 сравнения, третий ключ 37, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты 35, блок 39 памяти, блок 36 сравнения и четвертый ключ 38, второй вход которого соединен с выходом видеоусилителя 11 через шестой переключатель 32, а выход подключен к вертикально-отклоняющим пластинам ЭЛТ 13, при этом к выходу модулятора 3 подключен первый счетчик 4, к первому выходу генератора 5 развертки подключен второй счетчик 6, к выходу видеоусилителя 11 подключен третий счетчик 12.

Прибор работает следующим образом.

Прибор позволяет демонстрировать четыре режима.

В первом режиме прибор позволяет демонстрировать процессы поиска сигналов по частоте панорамным приемником и исследовать режимы последовательного поиска сигналов.

Во втором режиме прибор позволяет демонстрировать наличие дополнительных каналов приема в панорамном приемнике.

В третьем режиме прибор позволяет демонстрировать методы и средства подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

В четвертом режиме прибор позволяет демонстрировать избыточную информацию о несущей частоте принимаемого непрерывного сигнала и устройство исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала.

В первом режиме прибор позволяет воспроизвести процесс обнаружения серий импульсных сигналов РЛС кругового обзора панорамным. При этом переключатель 18 замыкается.

Высокочастотный сигнал

u_c(t)=U_ccos(2πf_ct+ϕ_c),

где U_c, f_c, ϕ_c - амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного сигнала;

от генератора 2 поступает на модулятор 3. Модель РЛС 1, состоящая из последовательно включенных высокочастотного генератора 2 и модулятора 3, позволяет моделировать три различных периода обращения T₁, T₂, T₃ РЛС кругового обзора и соответственно три различных длительности импульсных пачек τ₁, τ₂, τ₃, попадающих в зону обзора приемного устройства.

Далее промодулированный сигнал поступает через переключатель 18 и сумматор 17 на первые входы смесителей 8 и 24, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 7 линейно-изменяющейся частоты:

u_Г(t)=U_Гcos(2πf_Гt+πγt²+ϕ_Г),

, 0≤t≤T_П,

где U_Г, f_Г, ϕ_Г, T_П - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;

- скорость перестройки частоты гетеродина 7 в заданном диапазоне частот D_f;

Т_П - период повторения напряжения гетеродина 7 (фиг.3, 4).

Изменение частоты гетеродина по линейному закону осуществляется с помощью генератора 5 развертки, в качестве которого используется генератор пилообразного напряжения. Генератор 5 развертки формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 13. Это же напряжение поступает на счетчик 6 для регистрации числа перестроек гетеродина 7.

На выходах смесителей 8 и 22 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 9 и 25 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:

u_пр1(t)=U_прcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр),

u_пр2(t)=U_прcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр-90°), 0≤t≤Т_П,

где ;

К₁ - коэффициент передачи смесителей;

f_пр=f_c-f_Г - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_c-ϕ_Г.

Напряжение u_пр2(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр3(t)=U_прcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр-90°+90°)=U_прcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр).

Напряжения u_пр1(t) и u_пр3(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u_Σ(t)=U_Σcos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр),

где U_Σ=2U_пр.

Это напряжение подается на второй вход перемножителя 28, на первый вход которого через замкнутый переключатель 22 поступает высокочастотный сигнал u_с(t) с выхода сумматора 17. На выходе перемножителя 28 образуется напряжение

u₁(t)=U₁cos(2πf_Гt+πγt²+ϕ_Г),

где ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется узкополосным фильтром 29, детектируется амплитудным детектором 30 и поступает на управляющий вход ключа 31, открывая его. В исходном состоянии ключ 31 всегда закрыт. Частота настройки f_н узкополосного фильтра 29 выбирается равной начальной частоте f_Г гетеродина 7 (f_н=f_Г).

При этом напряжение u_Σ(t) с выходом сумматора 27 через открытый ключ 31 поступает на вход амплитудного детектора 10, где выделяется модулирующий сигнал, который после усиления в видеоусилителе 11 поступает на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 13 и счетчик 12. В счетчике 12 фиксируются импульсы совпадения входной серии импульсов, попадающих в полосу пропускания приемника при его периодической перестройке с периодом T_П.

Период повторения Т_П можно изменить, изменяя режим развертки генератора 5, а следовательно, можно изменить и скорость изменения частоты гетеродина 7.

Тем самым при фиксированных величинах Т_П, τ₁ и D_f можно демонстрировать достижение границ быстрого и медленного поисков. Визуально эти границы наблюдаются при следующих совпадениях показаний счетчиков на некоторых интервалах наблюдения Т_набл.(Т_набл.>>Т_П).

Граница быстрого поиска соответствует совпадению показаний счетчиков 4 и 12 (N₄=N₁₂, где N₄ - число, зафиксированное счетчиком 4; N₁₂ - число, зафиксированное счетчиком 12) на Т_набл..

Граница медленного поиска соответствует совпадению показаний счетчиков 6 и 12 (N₆=N₁₂, где N₆ - число, зафиксированное счетчиком 6; N₁₂ - число, зафиксированное счетчиком 12) на Т_набл.. Между этими границами находится область вероятностного поиска (со средней скоростью).

Предусмотренная в приборе возможность имитации сигналов РЛС с различающимися временными параметрами Т₁, τ₁; Т₂, τ₂; Т₃, τ₃ - позволяет продемонстрировать изменение границ достоверных поисков при фиксированном диапазоне поиска D_f и ширине полосы пропускания Δf_П приемника путем перехода к анализу процесса формирования импульсов совпадения для входных сигналов с различными временными параметрами.

Второй режим обеспечивается тем, что переключатели 18 и 22 замыкаются, переключатели 19, 20 и 21 последовательно замыкаются и последовательно визуально наблюдается воздействие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному, первому и второму комбинационным каналам на качество приема полезных сигналов.

При этом на экране ЭЛТ 13 (на горизонтальной развертке) образуются частотные метки, соответствующие полезному сигналу и ложным сигналам (помехам), принимаемым по дополнительным каналам.

Третий режим обеспечивает демонстрацию методов и средств подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. При этом переключатели 18, 20 и 21 размыкаются, а переключатели 19 и 22 замыкаются. Высокочастотный сигнал

u_з(t)=U_зcos(2πf_зt+ϕ_з),

формируемый генератором 14 через замкнутый переключатель 19 и сумматор 17 поступает на вход переключателя 32 частоты. Усилителями 9 и 25 промежуточной частоты в этом случае выделяются следующие напряжения:

u_пр4(t)=U_пр4cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4),

u_пр5(t)=U_пр4cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4+90°),

где ;

f_пр=f_Г-f_з - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_Г-ϕ_з.

Напряжение u_пр5(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр6(t)=U_пр4cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4+90°+90°)=-U_пр4cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4).

Напряжение u_пр4(t) и u_пр6(t), поступающие на два входа сумматора 27, на его выходе компенсируются. Частотная метка на экране ЭЛТ 13 отсутствует.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте f_з, подавляется. Для этого используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 7, смесителей 8 и 24, усилителей 9 и 25 промежуточной частоты, фазовращателей 23 и 36 на 90°, сумматора 27, реализующее фазокомпенсационный метод.

Для демонстрации подавления первого комбинационного канала переключатель 19 размыкается, а переключатель 20 замыкается. При этом высокочастотный сигнал

u_к1(t)=U_к1cos(2πf_к1t+ϕ_к1).

С выхода генератора 15 через замкнутый переключатель 20 и сумматор 17 поступает на вход преобразователя 32 частоты. В этом случае усилителями 9 и 25 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр7(t)=U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7),

u_пр8(t)=U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7+90°),

где ;

f_пр=2f_Г-f_к1 - промежуточная частота;

ϕ_пр7=ϕ_Г-ϕ_к1.

Напряжение u_пр8(t) выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется следующее напряжение

u_пр9(t)=U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7+90°+90°)=-U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7).

Напряжение u_пр7(t) и u_пр9(t), поступающее на два входа сумматора 27, на его выходе компенсируются. Частотная метка на экране ЭЛТ 13 отсутствует.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте f_к1, подавляется. Для этого также используется «внешнее кольцо», реализующее фазокомпенсационный метод.

Для демонстрации подавления второго комбинационного канала переключатель 20 размыкается, а переключатель 21 замыкается. При этом высокочастотный сигнал

u_к2(t)=U_к2cos(2πf_к2t+ϕ_к2)

с выхода генератора 16 через замкнутый переключатель 21 и сумматор поступает на вход преобразователя 32 частоты. В этом случае усилителями 9 и 25 выделяются следующие напряжения:

u_пр10(t)=U_пр10cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10),

u_пр11(t)=U_пр7cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10+90°),

где ;

f_пр=f_к2-2f_Г - промежуточная частота;

ϕ_пр10=ϕ_Г-ϕ_к2.

Напряжение u_пр11(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пр12(t)=U_пр10cos(2πf_прt-πγt²+ϕ_пр10-90°+90°)=U_пр10cos(2πf_прt-πγt²+ϕ_пр10).

Напряжения u_пр10(t) и u_пр12(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется суммарное напряжение

где .

Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 28, на первый вход через замкнутый переключатель 22 поступает принимаемый сигнал u_к2(t). На выходе перемножителя 28 образуется напряжение

u₂(t)=U₂cos(4πf₂t+πγt²+ϕ_Г),

где ;

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 29. Ключ 31 не открывается и сложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте f_к2, подавляется. Для этого используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 28, узкополосного фильтра 29, амплитудного детектора 30 и ключа 31 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

Если замыкаются переключатели 18-22, то на вход панорамного приемника одновременно поступают полезный сигнал на частоте f_c, ложные сигналы (помехи), принимаемые по зеркальному каналу на частоте f_з, первому f_к1 и второму f_к2 комбинационным каналам. Ложные сигналы (помеха), принимаемые по дополнительным каналам, подавляются, а на горизонтальной развертке ЭЛТ 13 образуется частотная метка, соответствующая полезному сигналу, принимаемому по основному каналу на частоте f_c.

Для демонстрации наличия избыточной информации о несущей частоте принимаемого непрерывного сигнала (фиг.4) переключатель 32 переводится в первое положение I. В этом случае любой непрерывный сигнал попадает в полосу пропускания Δf_п панорамного приемника в каждом цикле его перестройки. Поэтому избыточность полученной информации определяется количеством циклов перестройки гетеродина 7, которое фиксируется счетчиком 6 и 12.

Для демонстрации исключения повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала переключатель 32 переводится во второе II положение, при котором между выходом видеоусилителя 11 и вертикально-отклоняющими пластинами ЭЛТ 13 включается ключ 38. Ключи 34, 37 и 38 в исходном состоянии всегда закрыты.

Принимаемый непрерывный сигнал после преобразования по частоте детектирования в амплитудном детекторе 10, усиления в видеоусилителе 11 и превышения порогового уровня в пороговом блоке 33 поступает на управляющий вход ключа 34, открывая его. При этом частота гетеродина 7 в данный момент времени t₁ через открытый ключ 34 поступает на вход измерителя 35 частоты, где и измеряется (f_Г1) в цифровом виде. Измеренное значение f_Г1 поступает на первый вход блока 36 сравнения, на второй вход которого подаются коды измеренных ранее частот гетеродина 7 из блока 39 памяти. В исходном состоянии в памяти блока 39 памяти информация отсутствует.

Если сравниваемые коды не равны, то блок 36 сравнения формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 37 и 38, открывая их. При этом код измеренной частоты f_Г1 гетеродина 7 в первом цикле его перестройки через открытый ключ 37 поступает в блок 39 памяти, где записывается в его памяти. Видеоимпульс (фиг.4, 6) с выхода видеоусилителя 11 через открытый ключ 38 поступает на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 13, в результате чего на ее экране образуется частотная метка, положение которой на горизонтальной развертке однозначно определяет несущую частоту f₁ принимаемого непрерывного сигнала (f₁=f_Г1+f_пр).

При втором и последующих циклах перестройки гетеродина 7 непрерывный сигнал на частоте f₁ опять будет попадать в полосу пропускания Δf_п панорамного приемника (усилителей 9 и 25 промежуточной частоты). Сравниваемые коды будут равны и на выходах блока 36 сравнения постоянное напряжение отсутствует, ключи 37 и 38 оказываются закрытыми.

Следовательно, только в первом цикле перестройки гетеродина 7 осуществляется визуальная оценка несущей частоты f₁ принимаемого непрерывного сигнала и запись кода несущей частоты f₁ в блоке 39 памяти. Если, например, в первом цикле перестройки частоты гетеродина другой непрерывный сигнал на частоте f₂ попадает в полосу пропускания Δf_п приема, то последний работает аналогичным образом. При этом код частоты гетеродина 7, измеренный в момент времени t₂(f_Г2), сравнивается с кодом частоты гетеродина 7, измеренной в момент времени t₁(f_Г1). Так как коды не равны друг другу, то блок 36 сравнения формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 37 и 38, открывая их. При этом значение несущей частоты f₂ принимаемого непрерывного сигнала визуально оценивается на экране ЭЛТ 13, а код частоты f_Г2 гетеродина 7, измеренной в момент времени t₂, записывается в блок 39 памяти.

Таким образом, предлагаемый учебный прибор по радиотехнике по сравнению с прототипом позволяет продемонстрировать наличие избыточной информации о несущей частоте принимаемого непрерывного сигнала, а также исключение повторного измерения и регистрации несущей частоты принимаемого непрерывного сигнала. Тем самым функциональные возможности учебного прибора по радиотехнике расширены.

Учебный прибор по радиотехнике, содержащий последовательно включенные первый высокочастотный генератор, модулятор, первый переключатель, первый сумматор, второй вход которого через второй переключатель соединен с выходом второго высокочастотного генератора, третий вход - через третий переключатель соединен с выходом третьего высокочастотного генератора, четвертый вход - через четвертый переключатель соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора, первый смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с первым выходом генератора развертки, первый усилитель промежуточной частоты, второй сумматор, перемножитель, второй вход которого через пятый переключатель соединен с выходом первого сумматора, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый амплитудный детектор и видеоусилитель, последовательно включенные генератор развертки и горизонтально-отклоняющие пластины электроннолучевой трубки, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, при этом к выходу модулятора подключен первый счетчик, к первому выходу генератора развертки подключен второй счетчик, к выходу видеоусилителя подключен третий счетчик, отличающийся тем, что он снабжен шестым переключателем, пороговым блоком, вторым, третьим и четвертым ключами, измерителем частоты, блоком сравнения и блоком памяти, причем к выходу видеоусилителя последовательно подключены пороговый блок, второй ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина, измеритель частоты, блок сравнения, третий ключ, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты, блок памяти, блок сравнения, четвертый ключ, второй вход которого через шестой переключатель соединен с выходом видеоусилителя, и вертикально-отклоняющиеся пластины электроннолучевой трубки, которые через шестой переключатель соединены с выходом видеоусилителя.