УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЧАСТОТНЫХ ИСКАЖЕНИЙ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR ESTIMATING FREQUENCY DISTORTIONS OF RANDOM SIGNALS (VERSIONS)

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.
L
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. 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.
L
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. 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.
вх
вых
вх
вых
В основе работы устройств, также как и в прототипе, лежит принцип определения коэффициента корреляции r(G(ω), G(ω)) спектров сигналов на входе и выходе контролируемых цепей по заранее полученным оценкам энергетических спектров G(ω), G(ω) входного и выходного сигналов соответственно
1
2
где [ω; ω] - диапазон рабочих частот контролируемой цепи.
вх
вых
вх1
вх1
вх
2
2
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(ω) на величину K(ω), хранящуюся в задатчике 4. Таким образом, на входы измерителя 5 коэффициента корреляции подаются спектр G(ω) и преобразованный спектр G(ω), представляющий собой результат умножения: G(ω)=G(ω)K(ω). В связи с указанным определяется коэффициент корреляции
вых
вх
2
который принимает максимальное значение, равное единице, при выполнении условия G(ω)=G(ω)K(ω), что является условием отсутствия частотных искажений.
2
-2
вх
вых2
вых
В схеме по фиг.2, в отличие от первой схемы, для предварительного преобразования используется обратная АЧХ, т.е. K(ω), которая хранится в задатчике 10. При этом на входы измерителя 11 коэффициента корреляции подаются спектр G(ω) и результат умножения: G(ω)=G(ω)K(ω), а коэффициент корреляции в этом случае выражается следующим образом
вх
вых2
Несложно видеть, что величина r(G(ω), G(ω)) принимает значение, равное единице, при тех же условиях, что и выше.
вх
вых
вх
вых
Поскольку при реализации устройств для получения оценок спектров G(ω), С(ω) предполагается использование алгоритмов дискретного преобразования Фурье, коэффициенты которого несут информацию об амплитудном спектре, а в вышеприведенных выражениях использовались энергетические спектры G(ω), G(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.
вх1
вых
вх
вых2
Также, как и в прототипе, показатели r(G(ω), G(ω)) и r(G(ω), G(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.