Устройство для оценки частотных искажений случайных сигналов (варианты)

Устройство для оценки частотных искажений случайных сигналов (варианты)

Реферат

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для интегральной оценки частотных искажений, вносимых радиотехническими цепями в исходный случайный сигнал. В частности, изобретение может найти применение в задачах контроля качества прохождения сигналов в цепях, обладающих фильтрующими свойствами.

Известно устройство для оценки частотных искажений случайных сигналов (прототип), содержащее два спектроанализатора и измеритель коэффициента корреляции, выход которого является выходом устройства, входами которого являются входы спектроанализаторов, выходы которых соединены со входами измерителя коэффициента корреляции [Пат. РФ №2328003. Опубл. 27.06.2008. Бюл. №18].

Недостатком прототипа является невозможность его применения для оценки частотных искажений, возникающих в частотно-избирательных цепях, имеющих амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) K(ω), зависящую в диапазоне рабочих частот от частоты ω, т.е. график которой, на исследуемом участке, отличен от горизонтальной прямой.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящих устройств, заключается в расширении функциональных возможностей за счет появления возможности оценки частотных искажений в радиотехнических цепях с неравномерной в диапазоне рабочих частот АЧХ.

Технический результат достигается тем, что в устройство для оценки частотных искажений случайных сигналов (вариант 1), содержащее первый и второй спектроанализаторы и измеритель коэффициента корреляции, выход которого является выходом устройства, первым и вторым тестовыми входами которого являются входы первого и второго спектроанализаторов соответственно, выход первого спектроанализатора соединен с первым входом измерителя коэффициента корреляции, согласно изобретению, введены блок умножения и задатчик амплитудно-частотной характеристики, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго спектроанализатора, выход блока умножения соединен со вторым входом измерителя коэффициента корреляции.

Технический результат достигается тем, что в устройство для оценки частотных искажений случайных сигналов (вариант 2), содержащее первый и второй спектроанализаторы и измеритель коэффициента корреляции, выход которого является выходом устройства, первым и вторым тестовыми входами которого являются входы первого и второго спектроанализаторов соответственно, выход второго спектроанализатора соединен со вторым входом измерителя коэффициента корреляции, согласно изобретению, введены блок умножения и задатчик обратной амплитудно-частотной характеристики, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого спектроанализатора, выход блока умножения соединен с первым входом измерителя коэффициента корреляции.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг.1 показана функциональная схема устройства по первому варианту с подключенным тестируемым четырехполюсником, на фиг.2 - функциональная схема устройства по второму варианту.

Схема по фиг.1 содержит спектроанализаторы 1, 2, блок 3 умножения, задатчик 4 АЧХ, измеритель 5 коэффициента корреляции и тестируемый четырехполюсник, представляющий собой усилитель 6 с подключенной нагрузкой с сопротивлением R_L. Вход спектроанализатора 1 служит первым тестовым входом устройства, вторым тестовым входом которого служит вход спектроанализатора 2, к первому тестовому входу подключен выход тестируемого усилителя 4, вход которого объединен со вторым тестовым входом, выход спектроанализатора 1 соединен с первым входом измерителя 5 коэффициента корреляции, второй вход которого соединен с выходом блока 3 умножения, один из входов которого соединен с выходом спектроанализатора 2, а другой с выходом задатчика 4 АЧХ. Выход измерителя 5 является выходом устройства.

Схема по фиг.2 содержит спектроанализаторы 7, 8, блок 9 умножения, задатчик 10 АЧХ, измеритель 11 коэффициента корреляции и тестируемый четырехполюсник, представляющий собой усилитель 12 с подключенной нагрузкой с сопротивлением R_L. Вход спектроанализатора 7 служит первым тестовым входом устройства, вторым тестовым входом которого служит вход спектроанализатора 8, к первому тестовому входу подключен выход тестируемого усилителя 12, вход которого объединен со вторым тестовым входом, выход спектроанализатора 8 соединен со вторым входом измерителя 11 коэффициента корреляции, первый вход которого соединен с выходом блока 9 умножения, один из входов которого соединен с выходом спектроанализатора 7, а другой с выходом задатчика 10 АЧХ. Выход измерителя 11 является выходом устройства.

В основе работы устройств, также как и в прототипе, лежит принцип определения коэффициента корреляции r(G_вх(ω), G_вых(ω)) спектров сигналов на входе и выходе контролируемых цепей по заранее полученным оценкам энергетических спектров G_вх(ω), G_вых(ω) входного и выходного сигналов соответственно

где [ω₁; ω₂] - диапазон рабочих частот контролируемой цепи.

Однако, в отличие от прототипа, для реализации возможности оценки частотных искажений в цепях с фильтрующими свойствами, спектр одного из сигналов дополнительно подвергается преобразованию в соответствии с формой АЧХ K(ω) цепи, вносящей искажения. При этом предполагается, что K(ω) является эталонной АЧХ (функцией), отклонение от которой приводит к частотным искажениям. В схеме по фиг.1 эталонная АЧХ K(ω) учитывается путем умножения спектра входного сигнала G_вх(ω) на величину K²(ω), хранящуюся в задатчике 4. Таким образом, на входы измерителя 5 коэффициента корреляции подаются спектр G_вых(ω) и преобразованный спектр G_вх1(ω), представляющий собой результат умножения: G_вх1(ω)=G_вх(ω)K²(ω). В связи с указанным определяется коэффициент корреляции

который принимает максимальное значение, равное единице, при выполнении условия G_вых(ω)=G_вх(ω)K²(ω), что является условием отсутствия частотных искажений.

В схеме по фиг.2, в отличие от первой схемы, для предварительного преобразования используется обратная АЧХ, т.е. K²(ω), которая хранится в задатчике 10. При этом на входы измерителя 11 коэффициента корреляции подаются спектр G_вх(ω) и результат умножения: G_вых2(ω)=G_вых(ω)K^-2(ω), а коэффициент корреляции в этом случае выражается следующим образом

Несложно видеть, что величина r(G_вх(ω), G_вых2(ω)) принимает значение, равное единице, при тех же условиях, что и выше.

Поскольку при реализации устройств для получения оценок спектров G_вх(ω), С_вых(ω) предполагается использование алгоритмов дискретного преобразования Фурье, коэффициенты которого несут информацию об амплитудном спектре, а в вышеприведенных выражениях использовались энергетические спектры G_вх(ω), G_вых(ω), то для корректного преобразования спектров с учетом заданной квадрированной АЧХ следует использовать либо квадрированные значения модулей коэффициентов дискретного преобразования Фурье, либо использовать АЧХ без квадрирования. Представленные при этом в дискретной форме спектры и АЧХ должны иметь единый ряд дискретных значений ω (отсчетов на частотной оси).

Вариантные исполнения устройств (фиг.1 и фиг.2) в структурном плане отличаются лишь расположением блока умножения, а в алгоритмическом - тем, что в первом случае (см. фиг.1) преобразуется спектр входного сигнала, а во втором - спектр выходного сигнала. Разумеется, в первом случае в задатчике 4 должны храниться квадраты значений АЧХ контролируемой цепи, а во втором случае, в задатчике 10, - обратные им значения. В тех случаях, когда контролируется цепь с горизонтальной (равномерной) в диапазоне рабочих частот АЧХ, блок умножения используется как блок, умножающий на постоянную величину, в простейшем случае это может быть единица. Задатчик 4 (10) может быть реализован в виде блока памяти, как с возможностью перепрограммирования, так и без таковой, в зависимости от назначения устройства.

Также, как и в прототипе, показатели r(G_вх1(ω), G_вых(ω)) и r(G_вх(ω), G_вых2(ω)) принимают значения, лежащие в диапазоне от 0 до 1. Случаю полного отсутствия искажений соответствует равенство введенных показателей единице, а равенство нулю отвечает ситуации максимального отличия сравниваемых спектров, т.е. максимуму искажений.

1. Устройство для оценки частотных искажений случайных сигналов, содержащее первый и второй спектроанализаторы и измеритель коэффициента корреляции, выход которого является выходом устройства, первым и вторым тестовыми входами которого являются входы первого и второго спектроанализаторов соответственно, выход первого спектроанализатора соединен с первым входом измерителя коэффициента корреляции, отличающееся тем, что в него введены блок умножения и задатчик амплитудно-частотной характеристики, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго спектроанализатора, выход которого соединен со вторым входом измерителя коэффициента корреляции.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задатчик амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде энергонезависимого постоянного запоминающего устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задатчик амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде энергонезависимого перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства.

4. Устройство для оценки частотных искажений случайных сигналов, содержащее первый и второй спектроанализаторы и измеритель коэффициента корреляции, выход которого является выходом устройства, первым и вторым тестовыми входами которого являются входы первого и второго спектроанализаторов соответственно, выход второго спектроанализатора соединен со вторым входом измерителя коэффициента корреляции, отличающееся тем, что в него введены блок умножения и задатчик обратной амплитудно-частотной характеристики, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого спектроанализатора, выход которого соединен с первым входом измерителя коэффициента корреляции.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что задатчик обратной амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде энергонезависимого постоянного запоминающего устройства.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что задатчик обратной амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде энергонезависимого перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства.