УСТРОЙСТВО СЕЛЕКТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к радиоизмерительной технике, в частности к измерительному приему, анализу спектров и селективному измерению напряжений и может быть использована в последовательных супергегеродинных анализаторах спектра, измерительных супергетеродинных приемниках, в том числе супергетеродинных панорамных приемниках последовательного анализа и супергетеродинных селективных вольтметрах.
Супергетеродинные измерительные приборы (СИП): приемники, анализаторы спектра, селективные вольтметры - предназначены для измерения амплитуд (или их соотношений) и частот множества входных сигналов.
Известны панорамные приемники и анализаторы спектра, предназначенные для селективного измерения сигналов путем супергетеродинного преобразования на промежуточную частоту и фильтрации на ней сигналов (Мартынов В.А., Селихов Ю.А. Панорамные приемники и анализаторы спектра, Советское радио, 1980, гл.1,2,7; SU, авт. св.№1095091, М1СИ G01R 23/16, 30.05.84).
Известен измерительный приемник типа ЕВ 100 Miniport Empfanger фирмы Роде Шварц ФРГ. Данное устройство взято в качестве ближайшего аналога по технической сущности заявляемому. Упрощенная структурная схема данного устройства представлена на фиг. 1.
Тракт преобразования сигнала в данном устройстве является стандартным для СИП и состоит из входного устройства , включающего преселектор и аттенюатор, переключателей поддиапазонов ( от 20 до 500 Мгц и от 500 до 1000 Мгц ), четыре каскада преобразования частоты (ПЧ), включающих смеситель, гетеродин, усилитель промежуточной частоты УПЧ, двух перевслючателей поддиапазонов ( от 20 до 500 Мгц и от 500 до 1000 Мгц ), блока промежуточной частоты , включающего фильтр основной селекции ФОС и УПЧ, блока детекторов и измерительного блока.
Недостатком данного устройства, как и вышеуказанных приборов, является сложность и громоздкость их реализации из-за того, что разбивка принимаемого диапазона частот на поддиапазоны, промежуточные частоты в преобразователях частоты и частоты гетеродинов в известных приборах не совпадают с применяемыми в массовых радиотехнических устройствах. Это приводит к необходимости применения специальных устройств
( генераторы на объемных резонаторах, генераторы управляемые напряжением, ЖИГ генераторы, фильтры и т.д.) и не дает возможности применять унифицированные, недорогие стандартные радиотехнические модули, микросборки и микросхемы.
Технической задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание компактного, дешевого, с расширенными функциональными возможностями устройства селективного измерения сигналов за счет использования при его схемотехнической реализации унифицированных микросхем, вьшускаемых большими сериями для телевизионных и связных устройств. Для этого широкий рабочий ( широко применяемый как связной ) диапазон частот от 0,009 до 2150 Мгц разбит на поддиапазоны с использованием в каждом из них отдельных преобразователей частоты с соответсгвуюпщм образом выбранных промежуточных частот.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройство селективного измерения сигналов, содержащее входное устройство, три преобразователя частоты, оконечный преобразователь промежуточной частоты, видеофильтр, измерительный блок и два переключателя поддиапазонов частот, у которых первый выход первого переключателя соединен с первым входом второго переключателя, а второй выход подключен ко входу пфвого
преобразователя частоты, выход которого, соединен со вторым входом второго переключателя, выход третьего преобразователя частоты подключен ко входу цепочки из последовательно соединенных оконечного преобразователя частоты, включающего блок усиления-преобразования оконечной промежуточной частоты и детектор, видеофильтра и измерительного блока, введены третий и четвертый переключатели поддиапазонов частот, выход входного устройства соедщнен со входом третьего переключателя, первый выход которого подключен ко входу второго преобразователя частоты, а второй выход подключен ко входу первого переключателя, выход второго преобразователя часготы соединен с первым входом четвертого переключателя, второй вход которого соеда нен с выходом второго переключателя, а выход четвертого переключателя соедо1нен со входом третьего преобразователя частоты, причем первый преобразователь частоты выполнен на да1апазоны частот 0,009 - 46 Мгц и 860 - 900 Мгц , второй преобразователь частоты на диапазон 900 - 2150 Мгц, третий преобразователь частоты на диапазон 46 - 860 Мгц и оконечный преобразователь промежуточной частоты на 34,8 Мгц.
Первый преобразователь частоты содержит на входе электронный коммутатор, первый выход которого через фильтр нижних частот подключен к первому входу генераторно - смесительного блока. if второй вход которого соединен через полосовой фильтр ко второму выходу электронного коммутатора, третий и четвертый выходы генераторно - смесительного блока через электрически перестраиваемые колебательные контуры гетеродинов подключены к выходу синтезатора частот, вход которого соеда1нен с выходом генераторно -смесительного блока, второй выход которого подключен к полосовому фильтру, выход которого является выходом преобразователя частоты, причем генераторно - смесительный блок выполнен на микросхеме типа ТДА 5636, а синтезатор частот на микросхеме типа TSA 5522.
Второй преобразователь частоты содержит цепочку из последовательно соеданеных усилителя, вход которого является входом преобразователя частоты, полосового фильтра с электронной перестройкой, смесителя частот, усилителя,полосового фильтра промежуточной частоты и выходного усилителя, выход которого является выходом преобразователя частоты, ко второму входу смесителя подключен электрически перестраиваемый гегеродщн, второй выход которого соединен со входом синтезатора частот, выход которого подключен ко второму входу полосового фильтра и входу перестройки гетеродина, причем синтезатор частот выполнен
на микросхеме типа SP 5055 или весь преобразователь частоты может быть выполнен на модуле типа BSS 479 ТАГОК фирмы Comtech LTD.
Третий преобразователь частоты содержит на входе электронный коммутатор, выхода котрого подвшючены через рюонансные усилители ко входам смесителей генераторно - смесительного блока, на входа австивных элементов гетероданов которого подключены колебательные контуры гетеродинов, к варикапам которых подключен выход синтезатора частот, соединеный также с входами перестройки резонансных усилителей, вход синтезатора частот соединен с выходом генераторно - смесительного блока, другой выход которого является выходом преобразователя частоты, причем генераторно - смесительный блок выполнен на микросхеме типа ТДА 5636, а синтетатор частот на микросхеме типа TSA 5522 или в качестве преобразователя частоть может быть применен модуль типа KS-H-132/134/136 фирмы Selteka, Литва.
Оконечный преобразователь частоты содержит смесительноусилительный блок, включающий три усилителя, смеситель и логарифмический усилитель- детектор, вход первого усилителя является входом преобразователя, выход усилителя сое финен с первым входом смесителя, второй вход которого через второй усилитель подключен к выходу синтезатора частот, а между выходом третьего усилителя, включенного на выходе смесителя, и входом
логарифмического усилителя-детектора смесительно-усшштельного блока включена цепочка из последовательно соединеных блока фильтров основной селекции и аттенюатора промежуточной частоты, выход логарифмического усилителя является выходом преобразователя частоты,причем смесительно-усилительный блок выполнен на микросхеме типа АД 608, синтезатор частот на микросхеме типа АД 9851, а аттенюатор промежуточной частоты на микросхеме типа АД 603.
На фиг. 2 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.З - блок-схема первого преобразователя частоты, на фиг.4 - блоксхема второго преобразователя частоты, на фиг. 5 - блок-схема третьего преобразователя частоты, на фиг, 6 - блок-схема оконечного преобразователя частоты.
Устройство состоит из тракта преобразования сигнала, включающего входное устройство ВУ1 (преселектор и аттенюатор), первый переключатель 2, первый выход которого соединен с первым входом второго переключателя 3, а второй выход подЕслючен ко входу первого преобразователя частоты 4, выход которого соединен со вторым входом второго переключателя 3 , выход входного устройства соединен со входом третьего переключателя 5, первый выход которого подключен ко входу второго преобразователя - 7 частоты 6, а второй выход подключен ко входу первого переключателя 2, выход второго преобразователя частоты 6 соединен с первым входом четвертого переключателя 7, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя 3, а выход четвертого переключателя 7 соединен со входом третьего преобразователя частоты 8, выход которого подключен ко входу цепочки из последовательно соединенных оконечного преобразователя частоты 11, включающего преобразователь промежуточной частоты 9 и детектор 10, видеофильтра 12 и измерительного блока 13. Опорные частоты формируются для синтезаторов преобразователей частоты 4, 6, 8, 9 формирователем 14 и опорным кварцевым генератором 15.
Первый преобразователь частоты выполнен на диапазоны частот 0,009 - 46 Мгц и 860 - 900 Мгц и содержит на входе электронный коммутатор 16, первый выход которого через фильтр нижних частот 17 подключен к первому входу генераторно - смесительного блока 18, второй вход которого соединен через перестраиваемый полосовой фильтр 19 ко второму выходу электронного коммутатора 16, третий и четвертый входы генераторно - смесительного блока 18 подключены к колебательным контурам гетеродинов 20,21 варикапы которых подключены к выходу синтезатора частот 22, вход которого соединен с выходом генераторно -смесительного блока 18, второй выход которого подалючен к полосовому фильтру 23, выход которого является выходом преобразователя частоты 4. Генераторно - смесительный блок 18 выполнен на микросхеме типа ТДА 5636 и включает в себя смесители частот 24, активные элементы гетеродинов 25 и буферные усилители 26. Синтезатор частот 22 выполнен на микросхеме типа TSA 5522 и содержит делитель частоты гетеродина 27, фазовый детектор 28 и делитель опорной частоты 29.
Второй преобразователь частоты 6 выполнен на диапазон 900 - 2150 Мгц и состоит из последовательно соединеных усилителя 30, вход которого является входом преобразователя частоты 6, полосового фильтра с электронной перестройкой 31, смеситеахя частот 32, усилителя 33, полосового фильтра промежуточной частоты 34 и выходного усилителя 35, выход которого является выходом преобразователя частоты 6, ко второму входу смесителя 32 подключен гетеродин 36, второй выход которого соеданен со входом синтезатора частот 37, выход которого подключен ко второму входу полосового фильтра 31 и входу гетеродина 36.
Синтетатор частот выполнен на ми1фосхеме типа SP 5055 и и включает в себя делитель частоты гегеродана 27, фазовый детектор 28 и делитель опорной частоты 29.
третий преобразователь частоты 8 выполнен на диапазон 46 - 860 Мгц и содержит на входе электронный коммутатор 38, выходы которого подключены через резонансные усилители 39 - 41 ко входам смесителей 24 генераторно - смесительного блока 42, на входы активных элементов гетеродинов 25 которого подволочен через колебательные контуры гетеродинов 43- 45 выход фазового детеоЕСТОра 28 синтезатора частот 46, соединенный и с входами перестройки резонансных усилителей 39 - 41, вход делителя частоты гегеродинов 27 синтезатора частот 46 соединен с выходом буферного каскада гетеродинов 47 генераторно - смесительного блока 42, выход выходаюго каскада промежуточной частоты 48 которого подключен ко входу полосового фильтра 49, выход которого является выходом преобразователя частоты. Генераторно - смесительный блок 42 выполнен на микросхеме типа ТДА 5636. Синтезатор частот выполнен на микросхеме типа TSA 5522 и содержит делитель частоты гетеродина 27, фазовый детектор 28 и делитель опорной частоты 29.
Вся схема преобразователя частоты может быть выполнена на модуле типа KS-H-132/134/136 фирмы Selteka, Литва.
Оконечный преобразователь промежуточной частоты 34,8 Мгц, (являющейся центральной частотой тракта промежуточной частоты стандартных телевизионных приемников) на оконечную
- /с промежуточную частоту 17,628 или 10,7 МГц, содержит смесительноусилитепьный - детекторный блок 50, включающий цепочку из последовательно соединенных усилителя 51, вход которого является входом преобразователя частоты, смесителя 52, усилителя 53, логарифмического усилителя - детектора 54, выход которого является выходом преобразователя частоты, и третьего усилителя 55, подключенного выходом ко второму входу смесителя частоты 52, а входом - к выходу синтезатора частот 56, а между выходом усилителя 53 и входом логарифмического усилителя-детектора 54 включена цепочка из последовательно соединеных блока фильтров основной селекции 5 и аттенюатора промежуточной частоты 58. Смесительноусилительный-детекторный блок 50 выполнен на микросхеме типа АД 608, синтезатор частот 56 на мшфосхеме типа АД 9851, а аттенюатор промежуточной частоты 58 на микросхеме типа АД 603.
Устройство работает следующим образом.
Принцип дейсшия устройства селективного измерения сигнала, являющегося супергетеродинным измерителем, основан на преобразовании частот входных сигналов, находящихся в да1апазоне 0,009 - 2150 Мгц в оконечную промежуточную частоту, например 17,628 Мгц, на которой осуществляется основная фильтрация и усиление сигнала до уровня, достаточного для работы детектора, преобразующего промежуточную частоту в видеосигнал,
. - // поступающего на измерительный блок и вывода результата измерения на индикаторное устройство.
Сигнал, поступающий на вход высокой частоты входного устройства 1 в диапазоне 0,009 - 2150 Мгц проходит через входной аттенюатор, который при поступлении сильных входных сигналов препятствует перегрузке последующих сигналов, где разделяется на на четыре канала:
900-2150 Мгц; 46-860 Мгц; 0,009-46 Мгц; 860-900 Мгц.
Сигнал с частотой 0,009 - 46 Мгц и 860 - 900 Мгц преобразуется в блоке ПЧ 4 в промежуточную частоту 80 Мгц. Сигнал с частотой 900 - 2150 Мгц преобразуется в блоке ПЧ 6 в промежуточную частоту 479,5 Мгц. Сигналы с частотами 80 Мгц и 479,5 Мгц ( являющейся стандартной второй промежуточной частотой спутниковых телевизионных приемников) поступают на блок ПЧ 8, где преобразуются в промежуточную частоту 34,8 Мгц. Блок ПЧ 8 самостоятельно работает в поддиапазоне частот 46 - 860 Мгц, при подаче на него сигналов 80 Мгц и 479,5 Мгц начинает работать в режиме фиксированных частот. Сигнал промежуточной частоты 34,8 Мгц затем усиливается, фильтруется и поступает на блок ПЧ 9, где после прохождения через смеситель получаем оконечную промежуточную частоту 17,628 Мгц. В оконечном преобразователе частоты ПЧ 11 происходит основная фильтрация, и необходимое
усиление до уровня, достаточное для работы детевсгора 10, где он превращается в видеосигнал. В блоке видеофильтра 12 осуществляется фильтрация видеосигнала, который поступает затем на аналогоцифровой преобразователь измерительного блока 13, где преобразуется в код, пропорциональный уровню продетектированного в детекторе 10 сигнала. Индикация измеренного сигнала осуществляется также в измерительном блоке 13. Синтезаторы частот блоков ПЧ 4, 6, 8, вырабатывают сигналы, управляющие частотами электрически перестраиваемых генераторов данных ПЧ и обеспечивающих захват их частоты в дискретных значениях частоты m 4 / п Мгц, где m - коэффициент деления частоты гетеродина, п - коэффициент деления опорной частоты 4МГц. Синтезатор блока ПЧ 9 представляет собой микросхему прямого цифрового синтеза с весьма малым дискретом частоты ( до долей герца ) при опорной частоте 30 Мгц. Опорные частоты 4 Мгц и 30 Мгц, определяемые конструкциями синтезаторов, коэффициенты m и п, а также код частоты прмого синтеза задаются измерительным блоком 13,.формируются опорным кварцевым генератором 15 и формирователем опорных частот 14.
В преобразователях ПЧ 6 и ПЧ 8 частоты гетеродинов унифицированы с соответствующими частотами телевизионных селекторов каналов (тюнеров). В преобразователе ПЧ 4
. -/3промежуточная частота ( 80 Мщ) может варьировать в таких пределах, чтобы его частоты гетеродинов не выходили за пределы,
нормируемые микросхемами ТДА 5636 и TSA 5522.
Практическая реализация устройства
Поддиапазон 46 - 860 Мгц унифицирован с используемым в телевидении метровым кабельным и дециметровым диапазонами, он перекрывается двумя микросхемами ТДА 5636 и TSA 5522 ( преобразователь частоты 8 ).
Поддиапазон 900 - 2150 Мгц по применяемой элементной базе унифицирован с диапазоном первой промежуточной частоты спутниковых телевизионных приемников и может быть перекрыт с помощью транзисторов BF 904 или BF 908 и микросхемы SP 5055 (преобразователь частоты 6 ).
Поддиапазоны частот 0,009 - 46 Мгц и 860 - 900 Мгц могут быть перекрыты с помощью микросхем ТДА 5636 и TSA 5522, используемых в поддаапазоне частот 46 - 860 Мгц ( преобразователь частоты 4).
Полезная модель дает возможность использования в подгщапазонах 46 - 860 Мгц и 900 - 2150 Мгц некоторых типов телевизионных тюнеров, вьшускаемых модулями (KS-H-132/134/136 фирмы Selteka, Литва, BSS 479 TAIDN фирмы Comtech LTD ).
- У
Микросхемы синтюа в телевидении имеют достаточно большой дискрет перестройки ( до 250 кГц) и поэтому для плавной перестройки в данной полезной модели в качестве гетеродина в оконечной  преобразования ( преобразователь частоты 9 ) применена микросхема прямого цифрового синтеза ( микросхема АД 9851).
Остальные блоки устройства селективного измерения сигнала выполняются по известным схемам аналогичных измерителей: 1- входное устройство: фильтр нижних частот на элементах LC и аттенюатор;
2, 3, 5, 7 - электронные переключатели типа MGS 700 08; 4, 6, 8, 9 - преобразователи частоты, их выполнение описано выше и представлено на фиг. 3-6;
.12- видеофильтр выполнен в виде интегрирующей цепочки с изменяемой постоянной времени;
13 - измерительный блок обеспечивает управление всеми блоками устройства и осуществляет регистрацию результатов измерения. В современных приборах аналогичного назначения измерительные блоки выполняются на основе микропроцессоров с внутренним программным обеспечением.
У6-Промышленная применимость устройства селективного  сигналов заключается в том, что оно позволяет создавать компактные, дешевые и универсальные измерительные приемники с возможностью спектрального анализа , которые могут осуществлять: измерение ложных сигналов, паразитной генерации, поиск и измерение помех, измерение частот неизвестных сигналов, измерение уровней телевизионных сигналов, анализ спектра при испытаниях и разработке источников сигналов и т.д..
y fФормула