УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ СВЯЗИ

Полезная модель относится к технике связи и может использоваться при измерениях каналов тональной частоты.
Известно устройство для измерения частотных характеристик каналов связи, которое содержит на входе прямого канала измеритель уровня, последовательно соединенные генератор и регулятор уровня, а на выходе обратного канала - измеритель уровня (см. авторское свидетельство СССР №362499, кл. H04B 3/04, 1971 г.).
Недостатком известного устройства является сложность измерительных и коммутирующих устройств, а также недостаточная точность измерения.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является устройство для осуществления способа измерения частотных характеристик каналов связи, которое содержит на входе прямого канала измеритель уровня, последовательно соединенные генератор и регулятор уровня, на выходе прямого канала - пороговый элемент и коммутатор, а на выходе обратного канала - измеритель уровня (см. авторское свидетельство СССР №545084, кл. H04B 3/46, 3/10, опубл. 30.01.1977 г. в бюл. №4).
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения частотных характеристик прямого канала связи вследствие недостоверности результатов измерения, получаемых на выходе обратного канала в условиях флуктуирующих мультипликативных помех.
Технический результат - повышение точности измерения частотных характеристик прямого канала связи за счет обеспечения устойчивости к флуктуирующим мультипликативным помехам при передаче измерительной информации по обратному каналу.
Этот результат достигается тем, что в предложенное устройство введены дополнительно: на выходе прямого канала - выпрямитель, усилитель и дополнительный генератор; на выходе обратного канала - два полосовых фильтра, два амплитудных детектора и делитель напряжений, подключенный к измерителю уровня.
Предлагается устройство для измерения частотных характеристик каналов связи, содержащее последовательно соединенные генератор и прямой канал, обратный канал и измеритель уровня, при этом согласно полезной модели дополнительно введены выпрямитель, вход которого подключен к выходу прямого канала, усилитель, управляющий вход которого подключен к выходу выпрямителя, дополнительный генератор, выход которого подключен к информационному входу усилителя, выход которого подключен к входу обратного канала, два полосовых фильтра, входы которых подключены к выходу обратного канала, два амплитудных детектора, входы которых подключены к выходам соответствующих полосовых фильтров, делитель напряжений, два входа которого подключены к выходам соответствующих амплитудных детекторов, а выход делителя напряжений подключен к входу измерителя уровня.
Выходной сигнал прямого канала после выпрямления подается в качестве напряжения смещения на управляющий вход усилителя, работающего в нелинейном режиме с углом отсечки выходного тока, образованного синусоидальным сигналом, подаваемым на информационный вход усилителя, выходом подключенного к входу обратного канала. На выходе обратного канала по отношению амплитуд двух первых гармоник, не зависящего от флуктуирующего коэффициента передачи обратного канала, определяется угол отсечки выходного тока усилителя, а, следовательно, и уровень сигнала на выходе прямого канала.
k
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства для измерения частотных характеристик каналов связи. На фиг.2 представлена вольт-амперная характеристика i(U), эпюры входных напряжений и косинусоидальных импульсов выходного тока усилителя, работающего в нелинейном режиме с отсечкой тока. На фиг.3 представлены графики зависимостей коэффициентов Берга α от значения угла отсечки θ.
Устройство для измерения частотных характеристик каналов связи содержит генератор 1, прямой канал 2, выпрямитель 3, усилитель 4, дополнительный генератор 5, обратный канал 6, два полосовых фильтра 7 и 8, два амплитудных детектора 9 и 10, делитель 11 напряжений и измеритель 12 уровня.
Устройство для измерения частотных характеристик каналов связи работает следующим образом.
Генератор 1 формирует испытательный сигнал на заданных частотах, который подается на вход прямого канала 2 связи. С выхода прямого канала 2 сигнал, уровень которого определяется амплитудно-частотной характеристикой данного канала, подается на выпрямитель 3.
0
m
m
Выходное напряжения выпрямителя 3, подаваемое на управляющий вход усилителя 4 в качестве напряжения смещения U, управляет положением рабочей точки на вольт-амперной характеристике данного усилителя, работающего в режиме отсечки выходного тока (фиг.2). На сигнальный вход усилителя 4 с выхода дополнительного генератора 5 поступает гармонический сигнал u(t)=Ucos(ωt), где U - амплитуда, ω - частота сигнала. На выходе усилителя 4 нелинейно искаженный сигнал имеет вид косинусоидальных импульсов тока с углом отсечки θ, определяемым из выражения [1]:
зап
где E - напряжение запирания нелинейного элемента усилителя 4. Угол осечки θ представляет собой половину той части периода, в течении которой через нелинейный элемент усилителя 4 протекает ток. В спектральном отношении сигнал в виде периодической последовательности косинусоидальных импульсов содержит сумму гармонических составляющих вида
0
mk
где I - постоянная составляющая сигнала; I - амплитуда k-й гармоники.
Выходной сигнал усилителя 4 вида (2) подается в обратный канал 6 с коэффициентом передачи µ, статистические изменения которого, в общем случае, обусловлены наличием флуктуирующих мультипликативных помех.
m1
m2
К выходу обратного канала 6 подключены два полосовых фильтра 7 и 8, настроенные на частоты соответственно первой ω и второй 2ω гармоник сигнала. Выделенные фильтрами 7 и 8 гармонические составляющие поступают на входы соответствующих амплитудных детекторов 9 и 10, с выходов которых измеренные значения амплитуд соответственно первой µ·I и второй µ·I гармоник (с учетом флуктуирующих значений µ=µ(t) коэффициента передачи в обратном канале 6, являющегося мультипликативной помехой) подаются на соответствующие входы делителя 11 напряжений.
С выхода делителя 11 напряжений результат деления амплитуд гармоник
m1
m2
без коэффициента передачи µ, сокращенного в процессе деления, поступает на измеритель 12 уровня. Таким образом, отношение амплитуд гармоник I/I является функцией только угла отсечки θ выходного тока усилителя 4 вида [1]
зап
m
0
Но так как угол отсечки θ в соответствии с выражением (1) при постоянных напряжении Е запирания нелинейного элемента усилителя 4 и амплитуде U определяется только значением напряжения смещения U, то показания измерителя 12 будут соответствовать уровню напряжения на выходе выпрямителя 3, а следовательно отражать уровень выходного сигнала прямого канала 2 связи на исследуемой частоте.
0
m
m1
m2
k
mk
макс
макс
Особенностью измерителя 12 уровня является только шкала, проградуированная в значениях U=E-Ucosθ, где угол отсечки θ определяется по результатам измерения отношения гармоник (4). При этом целесообразно выбирать такой режим усилителя 4, чтобы угол отсечки изменялся в пределах 60°≤0≤120°, так как только в этом случае присутствует однозначная зависимость отношения I/I от θ. Данное замечание следует из графика зависимостей коэффициентов Берга α=I/I от угла отсечки θ, представленного на фиг.3 [1]. Здесь I - амплитуда косинусоидальных импульсов в соответствии с фиг.2.
Таким образом, на выходе обратного канала 6 присутствует достоверная информация об уровнях сигнала на выходе прямого канала 2, определяемых его частотной характеристикой, независимо от характера мультипликативных помех в обратном канале 6, что, в конечно итоге, повышает точность измерения частотных характеристик прямого канала связи.
Источник информации
1. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1982. - 280 с.