Устройство для измерения отношения сигнал/шум
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения отношения сигнал/шум аддитивной смеси сигнала и шума. Модель содержит блок 1 вычитания, прямой вход которого является входом модели, полосовой фильтр 2, выход которого соединен с инверсным входом блока 1, измерители 3 и 4 мощности, входы которых соединены с выходами фильтра 2 и блока 1 соответственно, перемножитель 5, первый вход которого соединен с выходом блока 1, а выход - со входом фильтра 2, дифференциальный логарифмический преобразователь 6, прямой и инверсный входы которого соединены с выходами измерителей 3 и 4 соответственно, а выход является выходом модели, и антилогарифмический преобразователь 7, вход которого соединен с выходом модели, а выход - со вторым входом перемножителя 5. Вновь введенные перемножитель 5 и преобразователь 7 и новые связи обеспечивают модели повышенную надежность. Илл.1.
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения отношения сигнал/шум аддитивной смеси сигнала и шума с априорно неизвестной мощностью.
Известно устройство для измерения отношения сигнал/шум по авторскому свидетельству СССР №1529148 кл. G01R 29/26, 1989 г., содержащее квадратор, вход которого является входом устройства, два полосовых фильтра, входы которых соединены с выходом квадратора, первый и второй измерители мощности, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго полосовых фильтров, блок вычитания, блок деления, первый и второй входы которого соединены с выходами первого полосового фильтра и блока вычитания соответственно, а выход является выходом устройства. Признаками этого устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются полосовой фильтр, два измерителя мощности и блок вычитания.
Недостатком этого устройства является относительно узкий динамический диапазон измерения отношения сигнал/шум, обусловленный наличием
в составе устройства блока деления.
От этого недостатка свободно устройство для измерения отношения сигнал/шум по авторскому свидетельству СССР №1071976 кл. G01R 29/26, 1982 г., содержащее смеситель, полосовой фильтр, два измерителя мгновенной мощности, частотно-модулированный гетеродин, блок управления, два блока вычитания, логарифмический преобразователь, шесть управляемых ключей и два блока памяти. Признаками этого устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются полосовой фильтр, измерители мощности, блок вычитания и логарифмический преобразователь, выход которого является выходом устройства.
Это устройство характеризуется большой сложностью и относительно низкой надежностью, что обусловлено наличием в составе устройства большого количества управляемых ключей и вносящих значительную погрешность в измерение блоков памяти, а также трудностью реализации частотно-модулированного гетеродина и блока управления с девятью входами.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для измерения отношения сигнал/шум по авторскому свидетельству СССР №1215064 кл. G01R 29/26, 1985 г., содержащее смеситель, сигнальный вход которого является входом устройства, частотно-модулированный гетеродин, выход которого подключен к опорному входу смесителя, полосовой фильтр, вход которого подключен к выходу смесителя, последовательно включенные первый измеритель мощности, блок вычитания, дифференциальный логарифмический преобразователь и регистрирующий прибор, второй измеритель мощности, выход которого подключен к инверсным входам блока вычитания и дифференциального логарифмического преобразователя, первый и второй управляемые ключи, сигнальные входы которых подключены к выходу полосового фильтра, а выходы - к сигнальным входам соответственно первого и второго измерителей
мощности, и блок управления, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены к управляющим входам соответственно частотно-модулированного гетеродина, первого и второго ключей, первого и второго измерителей мощности. Признаками этого устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются полосовой фильтр, измерители мощности, блок вычитания и дифференциальный логарифмический преобразователь, а также связь инверсного входа дифференциального логарифмического преобразователя с выходом второго измерителя мощности, а выхода - с выходом устройства.
В этом устройстве исключены блоки памяти, число управляемых ключей сокращено до двух, а число выходов блока управления - до пяти. Тем не менее, это устройство является достаточно сложным и имеющим относительно низкую надежность.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение и повышение надежности устройства.
Указанный технический эффект достигается тем, что в что в известное устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее полосовой фильтр, два измерителя мощности, блок вычитания и дифференциальный логарифмический преобразователь, выход которого является выходом устройства, а инверсный вход соединен с выходом второго измерителя мощности, введены перемножитель и антилогарифмический преобразователь, прямой вход блока вычитания соединен со входом устройства, инверсный - с выходом полосового фильтра и входом первого измерителя мощности, а выход - со входом второго измерителя мощности и первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом антилогарифмического преобразователя, а выход - со входом полосового фильтра, при этом прямой вход диффернциального логарифмического преобразователя соединен с выходом первого измерителя мощности, а выход - со входом антилогарифмического преобразователя.
Совокупность вновь введенных перемножителя, антилогарифмического преобразователя и новых связей не является самостоятельным устройством и не следует явным образом из уровня техники, поэтому предлагаемую полезную модель для измерения отношения сигнал/шум следует считать новой.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена ее структурная схема.
Полезная модель содержит блок 1 вычитания, полосовой фильтр 2, измерители 3 и 4 мощности, перемножитель 5, дифференциальный логарифмический преобразователь 6, антилогарифмический преобразователь 7.
Прямой вход блока 1 соединен со входом устройства, инверсный вход - с выходом фильтра 2 и входом измерителя 3, а выход - со входом измерителя 4 и первым входом перемножителя 5. Прямой и инверсный входы преобразователя 6 соединены с выходами измерителей 3 и 4 соответственно, а выход - со входом преобразователя 7 и выходом устройства. Второй вход перемножителя 5 соединен с выходом преобразователя 7, а выход - со входом фильтра 2.
Работа модели заключается в следующем.
Смесь сигнала и шума, отношение которых подлежит измерению, со входа модели поступает на прямой вход блока 1, на инверсный вход которого поступает сигнал с выхода фильтра 2, совпадающий по частоте, фазе и уровню с сигналом в смеси на входе устройства.
Этот же сигнал поступает на вход измерителя 3, который измеряет его мощность Р с. Результат измерения поступает на прямой вход преобразователя 6.
На выходе блока 1 формируется сигнал шума, который поступает на первый вход перемножителя 5 и вход измерителя 4. Измеритель 4 измеряет мощность Рш поступившего на его вход сигнала. Результат измерения поступает на инверсный вход преобразователя 6.
Преобразователь 6 формирует сигнал Uвых, пропорциональный логарифму отношения сигналов, поступивших на его входы:
где k - коэффициент передачи преобразователя 6.
При k=10 сигнал Uвых равен отношению сигнал/шум в децибеллах.
Он поступает на выход модели и на вход преобразователя 7. Преобразователь 7 формирует нелинейную антилогарифмическую зависимость. В результате на его выходе формируется сигнал, пропорциональный отношению сигнал/шум, который поступает на второй вход перемножителя 5.
Перемножитель 5 осуществляет перемножение поступивших на его входы сигналов. На его выходе формируется сигнал, пропорциональный сигналу, поступившему на вход модели, в смеси с шумом. Этот сигнал через узкополосный фильтр 2, полоса пропускания которого согласована со спектром сигнала, поступает на инверсный вход блока 1. Далее процесс повторяется.
За счет обратной связи, осуществляемой через перемножитель 5, уровень сигнала на выходе фильтра 2 поддерживается равным уровню сигнала в смеси с шумом на входе устройства. При отклонении сигнала на выходе фильтра 2 от этого уровня в спектре шума на выходе блока 2 появляется составляющая полезного сигнала, приводящая к соответствующему изменению отношения сигнал/шум, вызывающему в свою очередь ликвидацию этого отклонения.
Таким образом, на выходе модели формируется сигнал, соответствующий отношению сигнал/шум. Поскольку этот сигнал пропорционален логарифму этого отношения, динамический диапазон измерения отношения сигнал/шум в предлагаемой модели гораздо шире, чем в устройстве по а.с. №1529148.
Заявляемая модель существенно проще, чем прототип по а.с.№1215064, так как в ней полностью отсутствуют управляемые ключи и блок управления, кроме того, в ней отсутствуют перестраиваемый гетеродин и смеситель. Большая простота обеспечивает заявляемой модели более высокую надежность. Расчет показывает, что наработка на отказ у предлагаемой модели на 30...35% выше, чем у прототипа.
Заявляемая модель достаточно легко реализуема' на тех же элементах, что и прототип.
Блок 1 вычитания, перемножитель 5, преобразователи 6 и 7 могут быть реализованы на интегральных микросхемах типа 140УД6. В качестве измерителей 3 и 4 могут служить стандартные детекторные головки. Фильтр 2 может быть реализован на основе пьезоэлементов (см., например, книгу, Л.Г.Барулина и др. "Радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь. - 1984, раздел 7.2).
Модель может найти применение в системах радиосвязи.
Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее полосовой фильтр, два измерителя мощности, блок вычитания и дифференциальный логарифмический преобразователь, выход которого является выходом устройства, а инверсный вход соединен с выходом второго измерителя мощности, отличающееся тем, что в него введены перемножитель и антилогарифмический преобразователь, прямой вход блока вычитания соединен со входом устройства, инверсный - с выходом полосового фильтра и входом первого измерителя мощности, а выход - со входом второго измерителя мощности и первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом антилогарифмического преобразователя, а выход - со входом полосового фильтра, при этом прямой вход дифференциального логарифмического преобразователя соединен с выходом первого измерителя мощности, а выход - со входом антилогарифмического преобразователя.
