Измеритель отношения сигналшум

(19) (И) а 01 6 У 18-21 32 .П.федо нически Бюлбинадио нчиккисти УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) 1. Авто9 518741 ю к2, Ав торсР 613508 к 7.757(088.8)рское свидетельство СССРл, 6 01 К 29/26 29.09.74,кое свидетельство СССРл. Н 04 В 3/46,. 30.06.78(54)(57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ, содержаший последовательно соединенные полосовой фильтр, сумматор и делительный блок, второй вход которого подключен к выходу полосового фильтра, о т л и ч а ю ш и й " с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения отношения сигнал/шум, в него введен регулируемый усилитель,включенный между выходом сумматора и входом полосового фильтра, при этом управлякиций вход регулируемого усилителя соединен с выходом делительного блока, а второй вход сумматора является входом измерителя.2. Измеритель по п. 1, о т л и - .ч а ю щ и й с я тем, что полосовой фильтр выполнен в виде объединенных по входу первого и второго перемножителей, соединенных соответственно через первый и второй интеграторы с третьим и четвертым перемножителя" ми, выходы которых посредством сумматора соединены с фильтром нижних частот, при этом вторые входы перво" го и третьего перемножителей соеди-нены с генератором опорного напряжения и через фазоврашатель на 90 со вторввчи ВХодами второго и четвертого перемножителей.Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ис- пользовано для измерения отношения сигнал/шум (ОСШ) в радиотехнических устройствах.Известно устройство дляфизмерения 5 ОСШ,: содержащее измеритель отношения, первый и второй перемножи 1 ели, объединенные по входу, ныходы которых подключены соответственно к входам первого и второго интеграторов, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя и через фазонращатель - с вторым входом второго пере- множителя 1315 Недостатком данного устройства яв- .ляется узкий диапазон измеряемых эна"чений ОСШ, ограниченный величиной,динамического диапазона входных перемножителей. Кроме того, устройствонуждается в периодической калибровке,что увеличивает нремя измерения. Приэтом точность измерения во многом определяется точностью выполненияфазонращателя на 45, Недостатком устройства является также то,что измерение уровня шума производит,ся в узкой полосе частот вблизи частоты сигнала, что приводит к значи"тельной погрешности при измерениишумов с неравномерным распределениемпо частотному диапазону.Наиболее бЛиэким к предлагаемомуявляется устройство для контроля состояния каналов связи по отношению З 5сигнал - помеха, содержащее последоватеЛьно соединенные нелинейный преобразователь напряжения входноГо сигнала, узкополосный Фильтр, ныпрямитель когерентного сигнала .и нелинейный преобразователь когерентного сигнала, образующие полосовой фильтр, атакже последовательно соединенныевыпрямитель входного сигнала, блоквычитания (сумматор) и делительныйблок, причем вход нелинейного преобразователя входного сигнала и входвыпрямителя входного сигнала объедивены, а вход нелинейного преобраэо",вателя когерентного сигнала подключен к вторым входам блока вычитанияи делительного блока,Принцип действия укаэанного устройстна основан на том, что иэ смесисигнала и помехи (далее ". шума) навыходе последовательно соединенныхнелинейного преобразователя входногосигналар узкополосного фильтра, выпрямителя когерентного сигнала и нелинейного преобразователя когерент"ного сигнала, выполнякцих роль полоссового фильтра, ныделяется постоянноенапряжение, пропорциональное напряжению сигнала, которое в блоке вычитается иэ постоянного напряжения,пропорционального напряжения смеси 65 сигнала и шума, поступающего с выхода выпрямителя входного сигнала. В результате этого вычитания на выходе последовательно соединенных нелинейного преобразователя входного сигнала, узкополосного фильтра, выпрямите" ля когерентного сигнала и нелинейного преобразователя когерентного сиг" нала, выполняющих роль .полосового фильтра, выделяется постоянное напря,жение, пропорциональное напряжению сигнала, которое в блоке вычитания вычитается иэ постоянного напряжения, пропорционального напряжению смеси сигнала и шума, поступающего с выхода. выпрямителя входного сигнала, В результате этого вычитания на вьбсоде блока вычитания выделяется постоянное напряженив, пропорциональное уровню шума. Выделенные постоянные напряжения поступают на входы дели- тельного блока, в котором производит- ся вычисление отношения сигнал/шум. При этом точность работы устройства занисит от точности разделения.сигнала и шума (2) .Существенным недостатком известного устройства является узкий динами-ческий диапазон измеряемЫх значеннй ОСШ, ограниченный большой погрешностью выделения шума. Это объясняется тем, что при больших значениях ОСШ, когда уровни сигнала и шума значительно отличаются по величине, выпрямитель входного сигнала не обеспечивает одновременное выпрямление сигнала и шума с высокой точностью.Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений отношения сигнал/шум.Поставленная цель достигается тем,что в измеритель отношения сигнал/шум,содержащий последовательно соединенные полосовой Фильтр, сумматор и двлительный блок, нторой вход которого подключен к выходу полосового Фильт" ра, введен регулируемый усилитель, включенный между выходом сумматора и входом полосового Фильтра, при этом управляющий вход регулируемого усили" теля соединен с выходдм делительного блока, а второй вход сумматора явЛяется входом измерителяПолосовой Фильтр выполнен в виде объединенных по входу первого и вто" рого перемножителей, соечиненных соответственночерез первый и второй интеграторы с третьим и четвертым перемножителями, выходы которых посредством сумматора соединены с фильтром нижних частот, прй этом вторые входы первого и третьвго пере- множителей соединены с генератором опорного напряжения и через фазовра-щатель на 90 фсо вторыми входами второго и четвертого перемножителей,На Фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства на1038890 Фиг. 2 - пример реализации полосового Фильтра,сУстройство содержит полосовойфильтр 1, сумматор 2, делительныйблок 3, регулируемый усилитель 4.Сумматор 2 осуществляет сложение 5напряжения сигнала, поступающегос выхода полосового фильтра 1 с входной смесью сигнала из напряжения,поступающего через регулируемый усилителв 4 с выхода сумматора 2.,Регу- Ялируемый усилитель 4 передает напряжение с выхода сумматора 2 на входполосового Фильтра 1 с коэффициентомпередачи прямо пропорционально зависящим от уровня напряжения на еговтором входе. Делительный блок 3осуществляет операцию вычисления величины отношения выходных напряженийполосового фильтра 1 и сумматора 2.Устройство работает следующим образом.2 ОВходная емесь сигнала и шума скла".дывается в сумматоре 2 с выходнымнапряжением полосового Фильтра 1.4Это напряжение представляет собой полезный сигнал сосдвигом на 180 О выделенный из смеси сигнала и шума. Врезультате, сложения на выходе сумматора 2 осуществляется компенсация сиг,нала и выделяется напряжение шума.Величина ОСШ вычисляется в делительном блоке путем деления отфильтрован"ного найряжения сигнала с выхода по лосового фильтра 1 на напряжение шу"ма с выхода сумматора 2. Напряжениес выхода делительного блока поступает на управляющий вход регулируемого,усилителя 4 и изменяет его коэффициент усиленияпрямо пропорциональноОСШ, при измененин последнего. Регулируемый усилитель 4 поддерживает 4 рпостоянной в заданных пределах величину ОСШ на выходе сумматора 2 и навходе сумматора 2 и на входе полосо"вого Фильтра 1 при изменении величи"ны ОСШ на входе устройства. Благода-.ря этому резко снижаютея требованияпо динамическому диапазону к полосовому фильтру, что позволяет повыситькочность измерения больших. величинОСШ и тем самым существенно расширить диапазон измеряемых величин ОСШ 4 ф,.Напряжение 0 х 2 на выходе сумМатора 2 при напряжении на входе измерителя ОСШ 0 вх можно записатьОвх 1 макс ВЫх 2 щ макс Кгде К 4 - минимальное значение коэффициента передачи регулируемого усилителя 4.учетом тогоф что 0 вых 2 э =0 вх вф а также выражений (3) и (4), диапазонизмеряемых значений ОСШ равенцех с,оса иМакС ВЫх 2 Ш миН0 СШ 0вых 2 а максВх Х макс 4 макс0 .КОп . Ка минВведение регулируемого усилителя позволяет .Расширить диапазон измеряеьаас значений ОСШ в количество раз, разное глУбине регулировки усилите ля 4оех Вьа 2 Х К+1где К 1, К+" коэффициент передачи по" лосового фильтра 1 и регулируемого Щ усилителя 4, соответственно. С учетом того, что полосовой Фильтр 1 узкополосный и его коэффици,ент передачи для шума равен нулю, на-у ПРЯжЕНИЯ ШУМа 0 вх 2 И СИГНаЛа 0 е.ееа 2 сна выходе сумматора 2 равны,ак Цвью 2 ш вх шОаО ехс 2фЕЬх 2 С К К+. (2)НапРЯжение 0 еых 2 ЯвлЯетсЯ неском"пенсированным остатком сигнала и вно.сит погрешность в измерение напряжения шума, при этом погрешность тембольше, чем меньше 0 ех , т,е. чембольше величина ОСШ, Этим ограничивается максимальное измеряемое значе"ние ОСШ.В реальных устройствах величина0 еьв 2 с сЯ:,Ьничена снизу уровнем собственных помех, напряжениями дрейфа .и.смещения нулевого уровня (0 п) ак"тивйых элементов полосового фйльтра 1,приведенных к его входу. Приэтом напРЯжение 0 в,х 2 не может бытьполучено меньше 0 я, приведенного к,выходу сумматора 2:0вых 2 с4 максгде К 4" максимальное значение коэффициента передачи регулируемогоусилителя 4,Минимальная величина 0 ,х 2 , котораяможет быть измерена с йогрешностью д",при. среднеквадратическом детектировании, равна О: 0ахх 2 х".ф х -р"уМинимальное значение ОСШ ограниченомаксимальнЬ допустимым входным напряжением фильтра -0 х 1 ах . Эта величина связана с максимальньм измеряемымУРожнем шУма Олх 2 ш макь,1038890 фиь. 2. Составитель В.МаксименкоРедактор В.Пилипенко Техред С. Мигунова Корректор Г.Огар Заказ 6225/53 Тираж 710ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Параметры устройства в целом во много определяются характеристиками используемого полосового фильтра. Для получения высоких качественных показателей этот фильтр должен быть выполнен синхронным. Использование полосовых фильтров другого типа. не позволяет получить узкую полосу про-, пускания из-эа их низкой добротности и стабильности, что затрудняет точ- . нов разделение сигнала и шума,. 10Полосовой фильтр содержит первый перемножитель 5, первый интегратор 6, третий перемножитель 7, второй пере- множитель 8, второй интегратор 9, четвертый перемножитель 10, опорный 15 генератор 11, фазовращатель 12 на 90,о сумматор 13 и фильтр 14 нижних частот.Объединенные по входу первый пере- множитель 5 и второй перемножитель 8 соединены соответственно через пер" вый интегратор б и второй интегратор9 с третьим перемножителем 7 и четвертым перемножителем 10, выходы которых посредством сумматора 13 соеди"иены с фильтром 14 нижних частот,при этом вторые входы первого перемно"жителя 5 и третьего перемножителя 7соединены с опорным генератором и через фаэовращатель 12 на 90 с вторымвходом второго перемножнтеля 8 и чет-вертого перемножителя 10. Предлагаемый фильтр обеспечивает получение узкой полосы пропускания (менее одного герца) в широкой полосе частот и высокую устойчивость благодаря постоянству сдвига фаз между входным и выходным напряжениями, что позволяет включить фильтр в цепь глубокой отрицательной обратной свя" зи и получить высокое качество разделения сигнала и шума.