Устройство для измерения амплитудно-частотной характеристики тракта связи

 

Использование: в электросвязи для проведения автоматизированных измерений АЧХ групповых и линейных трактов системы передачи по кабельным, радиорелейным и другим линиям связи. Сущность изобретения: устройство содержит блок 1 управления и регистрации данных, генератор 2, резисторы 3.1 - 3.4 развязки, усилители 4.1 - 4.4, измеряемый тракт 5 связи, детекторы 6, блок 7 вычитания, передатчик 8 и приемник 16. Устройство позволяет осуществлять единичное измерение АЧХ тракта связи на каждой из выделенных для контроля частот, что значительно повышает быстродействие измерения АЧХ. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для проведения автоматизированных измерений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) групповых и линейных трактов системы передачи по кабельным, радиорелейным и другим линиям связи.

Известно устройство для измерения амплитудно-частотной характеристики канала связи, содержащее измерительный генератор, блок управления, измерительный блок, пороговый блок, прямой и обратные каналы.

Недостатком известного устройства является длительное время измерения амплитудно-частотной характеристики канала связи.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, реализующее способ измерения амплитудно-частотной характеристики тракта связи, содержащее блок управления и регистрации данных измерений, генератор, резисторы развязки, измеряемый тракт связи, детектор, компаратор, передатчик квитирующего сигнала, обратный тракт связи, приемник квитирующего сигнала, усилители.

Недостатком данного устройства является низкое быстродействие измерения АЧХ тракта связи, так как на каждой контролируемой частоте ступеньками увеличивается уровень измерительного сигнала до тех пор, пока не сработает компаратор на приемной станции, после чего производится регистрация данных измерения и включается следующая частота измерительного сигнала.

Цель изобретения повышение быстродействия измерения амплитудно-частотной характеристики тракта связи путем передачи на каждой частоте измерительного сигнала с дальнейшей передачей измерения по каналу связи в виде отношения амплитуд двух гармоник нелинейно искаженного колебания.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения амплитудно-частотной характеристики тракта связи, содержащее последовательно соединенные блок управления и регистрации данных измерений, генератор, первый резистор развязки, первый усилитель, измеряемый тракт связи, второй усилитель, второй резистор развязки и детектор, последовательно соединенные передатчик, третий резистор развязки, третий усилитель, обратный тракт связи, четвертый усилитель, четвертый резистор развязки и приемник, выход которого подключен к входу блока управления и регистрации данных измерений, введен блок вычитания, первый вход которого подключен к выходу детектора, второй вход блока вычитания является входом опорного напряжения, а выход блока вычитания подключен к входу передатчика.

На фиг.1 изображена структурная электрическая схема устройства для измерения амплитудно-частотной характеристики тракта связи. Устройство содержит блок 1 управления регистрации данных измерений, генератор 2, резисторы 3.1. 3.4 развязки, усилители 4.1.4.4, измеряемый тракт 5 связи, детектор 6, блок 7 вычитания, передатчик 8, состоящий из усилителя-модулятора 9, дополнительного генератора 10, двух полосовых фильтров 11.1 и 11.2, преобразователя частоты 12, генератора синусоидального напряжения 13, усилителя 14, обратный тракт 15 связи и приемник 16, состоящий из двух полосовых фильтров 11.3 и 11.4, двух дополнительных детекторов 17.1 и 17.2 и делителя 18 напряжения.

На фиг.2 представлен вариант структурной электрической схемы блока 1 управления и регистрации данных измерений. Блок 1 управления и регистрации данных измерений содержит кнопку 19 пуска, генератор 20 тактовых импульсов, счетчик 21, цифроаналоговых преобразователь 22, 23, аналогово-цифровой преобразователь, мультиплексор 24, элемент 25 задержки, ячейки памяти 26, индикатор 27.

На фиг.3 представлены графики, поясняющие работу усилителя модулятора 9, где а) передаточная вольт-амперная характеристика элемента (биполярного транзистора); б) временная диаграмма входного синусоидального напряжения; в) временная диаграмма выходного тока усилителя.

На фиг.4 приведены графики зависимости коэффициентов Берга α_k (коэффициентов разложения косинусоидального импульса выходного тока усилителя-модулятора 9) от угла отсечки выходного тока Θ°, где коэффициент Берга представляет собой отношение амплитуды I_mк спектральной составляющей (гармоники) тока к амплитуде импульса I_макс тока: a_к= I_mk/I_макс.

Устройство для измерения амплитудно-частотной характеристики работает следующим образом.

При нажатии кнопки 19 "Пуск" включается генератор тактовых импульсов 20 и производится отсчет этих импульсов счетчиком 21, с выхода которого поступает кодовая комбинация на цифроаналоговый преобразователь 22, выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 22 поступает на вход генератора 2 и перестраивает его на определенную частоту. С выхода генератора 2 сигнал проходит через резистор 3.1 развязки на усилитель 4.1 и далее в измеряемый тракт 5 связи, с выхода тракта 5 связи измерительный сигнал проходит через усилитель 4.2 и резистор развязки 3.2 и попадает на вход детектора 6, с выхода которого попадает на вход блока 7 вычитания, где происходит сравнение уровня измерительного сигнала с пороговым напряжением U_п. С выхода блока 7 вычитания результирующее напряжение поступает на вход передатчика 8, где разностное напряжение поступает на управляющий вход усилителя-модулятора 9, второй вход которого подключен к выходу дополнительного генератора 10, формирующего гармонический сигнал. Значения частот гармоник выходного сигнала усилителя-модулятора 9, содержащего нелинейный элемент, не зависят от амплитуды напряжения на его управляющем входе, а определяются частотой гармонического колебания с выхода дополнительного генератора 10. В качестве напряжения смещения E_см=U_б(t)=E_б+U₂(t) используется выходное напряжение блока 7 вычитания. Напряжение смещения на управляющем входе усилителя-модулятора 9 не обязательно должно быть положительным. Оно определяется амплитудой гармонического колебания с выхода генератора 10 и требуемым диапазоном изменения угла отсечки. В этом случае блок 7 вычитания выполняет иные функции, чем компаратор прототипа. Амплитуды гармоник выходного сигнала усилителя-модулятора 9 зависят от значения выходного напряжения с блока 7, которое определяется уровнем АЧХ тракта связи. Элементы схемы усилителя-модулятора 9 подбираются таким образом, чтобы напряжение смещения, подаваемое на его управляющий вход, обеспечивало бы нелинейный режим работы данного усилителя 9. В этом случае на входе усилителя присутствует высокочастотный сигнал, ток которого имеет определенный угол отсечки и определенные амплитуды гармоник I_m1, I_m2, Данный сигнал поступает на входы полосовых фильтров 11.1 и 11.2, первый из которых настроен на частоту первой гармонической составляющей F₁, а второй фильтр 11.2 на частоту второй гармонической составляющей F₂=2F₁ выходного сигнала модулятора 9. С выхода второго полосового фильтра 11.2 сигнал с частотой второй гармонической составляющей I_m2 поступает на вход преобразователя частоты 12, на управляющий вход которого поступает вспомогательное синусоидальное напряжение от генератора 13. Преобразованный сигнал, близкий по частоте к частоте первой гармонической составляющей выходного сигнала усилителя-модулятора 9, с выхода преобразователя частоты поступает на усилитель 14. С выхода передатчика 8 сигналы на частотах F₁ и F_2пр проходят через резистор 3.3 развязки и усилитель 4.3 и попадают в обратный тракт 15 связи, с выхода которого проходят через усилитель 4.4, резистор развязки 3.4. Далее сигнал поступает на вход приемника 16 и попадает на входы полосовых фильтров 11.3 и 11.4. При этом первый полосовой фильтр 11.3 настроен на частоту первой гармоники, а второй полосовой фильтр 11.4 на частоту второй гармоники. С выходов фильтров 11.3 и 11.4 отфильтрованные гармонические составляющие поступают на входы соответственно первого и второго дополнительных детекторов 17.1 и 17.2, предназначенных для определения амплитуды первой и второй гармонических составляющих сигнала. Выходы дополнительных детекторов 17.1 и 17.2 подключены и соответствующим входам делителя 18 напряжения, предназначенного для нахождения отношения амплитуд первой и второй гармоник. На фиг.5 представлены графики, поясняющие работу отдельных блоков устройства и раскрывающие соответствие между величиной затухания тракта 5 (на верхнем графике представлена амплитудно-частотная характеристика K(F) измеряемого тракта 5 связи) и значением сигнала на выходе делителя напряжения 18 (нижний график). Число в окружности указывает на номер того блока, в котором физический процесс проиллюстрирован соответствующей эпюрой напряжения. Частота генератора 2 в течение промежутка времени измерения АЧХ t∈ [t₁,t₂] изменяется от нижнего значения полосы пропускания F_н тракта 5 до верхнего значения F_в. Амплитуда измеряемого сигнала на выходе тракта 5 также будет изменена в соответствии с АЧХ в полосе пропускания тракта 5. Огибающая данного сигнала выделяется детектором 6 и после прохождения блока 7 вычитания подается в качестве напряжения смещения на вход усилителя-модулятора 9, на второй вход которого поступает гармоническое колебание с выхода генератора 10. Усилитель-модулятор работает в режиме с отсечкой тока, при этом значение угла отсечки определяются напряжением смещения, а следовательно, АЧХ тракта 5. Амплитуды первой и второй гармонических составляющих промодулированного сигнала на входах соответствующих полосовых фильтров 11.3 и 11.4 также определяются значением угла отсечки. Поэтому выходной сигнал делителя 18, на вход которого подаются вышеназванные гармонические составляющие, также определяются значением угла отсечки, а следовательно, однозначно связан с АЧХ тракта 5 связи. На практике чаще всего стоит задача измерения АЧх прямого тракта, а АЧХ обратного тракта считается известной. Как следует из фиг.3, при равномерной АЧХ контролируемого тракта связи, а следовательно, при стабильном угле отсечки Θ выходного тока усилителя-модулятора 9 отношение амплитуд гармоник будет постоянным независимо от величины затуханий колебаний в обратном тракте 15 связи. В случае неравномерности АЧХ значение угла отсечки изменяется, а следовательно, изменяется отношение амплитуд гармоник, что приводит к изменению напряжения сигнала на входе делителя 18 напряжения, поступающего на вход блока 1 управления. Входной сигнал блока 1 управления поступает в аналого-цифровой преобразователь 23, откуда в цифровой форме поступает на информационные входы мультиплексора 24. На управляющие входы мультиплексора 24 подана кодовая комбинация с выхода счетчика 21, через элемент 25 задержки о номере частоты, на которой в данный момент измеряется уровень АЧХ. В зависимости от сигнала на управляющем входе мультиплексора 24 результат измерения АЧХ записывается в соответствующую ячейку 26 памяти. Время измерения АЧХ тракта связи на одной частоте определяется не скважностью импульсов, а периодом следования импульсов с генератора 20 тактовых импульсов. Увеличение содержимого счетчика 21 на "1" приводит к увеличению уровня напряжения на выходе ЦАП, которое в качестве управляющего подается на вход генератора 2 и перестраивает его на определенную частоту. В качестве ЦАП могут быть использованы микросхемы типа К 1118ПА1, К572ПА1, К594ПА1 и др. Выходы ячеек памяти 26.1. 26. N подключены к входу индикатора 27 с целью визуального отображения состояния АЧХ тракта связи в измеряемом диапазоне частот.

Таким образом, предложенное устройство позволяет осуществить единичное измерение АЧХ тракта связи на каждой из выделенных для контроля частот, что значительно повышает быстродействие измерения АЧХ по сравнению с прототипом. При этом результаты измерения не зависят от уровня затухания в обратном тракте связи.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения амплитудно-частотной характеристики тракта связи, содержащее последовательно соединенные блоки управления и регистрации данных, генератор, первый резистор развязки, первый усилитель, выход которого является входом измеряемого тракта связи, второй усилитель, вход которого является входом сигнала с выхода измеряемого тракта связи, второй резистор развязки и детектор, последовательно соединенные передатчик, третий резистор развязки, третий усилитель, выход которого является входом обратного тракта связи, четвертый усилитель, вход которого является входом сигнала с выхода обратного тракта связи, четвертый резистор развязки и приемник, выход которого подключен к входу блока управления и регистрации данных, отличающееся тем, что введен блок вычитания, первый вход которого подключен к выходу детектора, второй вход блока вычитания является входом опорного напряжения, а выход блока вычитания подключен к входу передатчика.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что передатчик выполнен в виде последовательно соединенных генератора и усилителя-модулятора, управляющий вход которого является входом передатчика, двух полосовых фильтров, входы которых подключены к выходу усилителя-модулятора, выход второго полосового фильтра подключен к первому входу преобразователя частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора, а выход подключен к входу усилителя, выход которого объединен с выходом первого полосового фильтра и является выходом передатчика.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приемник выполнен в виде последовательно соединенных первого полосового фильтра, первого детектора и делителя напряжения, выход которого является выходом приемника, последовательно соединенных второго полосового фильтра, вход которого объединен с входом первого полосового фильтра и является входом приемника, и второго детектора, выход которого подключен к второму входу делителя напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5