Учебный прибор по радиотехнике

Предлагаемое устройство относится к учебным приборам и тренажерам по радиомеханике и позволяет наглядно демонстрировать режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, принципы образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей прибора путем демонстрации и подавления дополнительных каналов приема в панорамном приемнике. Прибор содержит РЛС, первый высокочастотный генератор, модулятор, первый счетчик, генератор развертки, второй счетчик, гетеродин, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор, видеоусилитель, третий счетчик, ЭЛТ, второй, третий и четвертый высокочастотный генераторы, первый и второй сумматоры, переключатели, фазовращатели и на 90°, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, перемножитель, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, ключ и преобразователь частоты. 4 ил.

 

Изобретение относится к учебным приборам и тренажерам по радиотехнике и позволяет наглядно демонстрировать режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, принципы образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления.

Известны устройства, используемые в качестве учебных приборов (авт. свид. СССР №№1495720, 1770974; патенты РФ №№2003181, 2051425 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Учебный прибор по радиотехнике» (патент РФ №2003181, G 09 B 23/18, 1992), который и выбран в качестве прототипа.

Указанное устройство позволяет имитировать входные сигналы РЛС с различающимися временными параметрами, демонстрировать процессы поиска сигналов по частоте панорамным приемником и исследовать режимы последовательного поиска сигналов.

Однако основу известного устройства составляет панорамный приемник, в котором одно и то же значение промежуточной частоты f_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах f_c и f_з, т.е. f_пр=f_c-f_г и f_пр=f_г-f₃.

Следовательно, если частоту настройки f_c принять за основной канал приема, то наряду с ним существует и другой (зеркальный) канал приема, частота f₃ которого расположена симметрично (зеркально) относительно частоты f_г гетеродина (фиг.2). Преобразование по зеркальному каналу происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу приема. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость панорамного приемника.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема, частота которых определяется следующим образом:

где f_ki - частота i-го комбинационного канала;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии частоты принимаемого сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность панорамного приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала приема. Так, при m=1 и n=2 двум комбинационным каналам соответствуют следующие частоты:

F_к1=2f_г-f_пр и f_к2=2_fг+f_пр

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости панорамного приемника.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей прибора путем демонстрации и подавления дополнительных каналов приема в панорамном приемнике.

Поставленная задача решается тем, что учебный прибор по радиотехнике, содержащий последовательно включенные первый высокочастотный генератор, модулятор и первый счетчик, последовательно включенные генератор развертки, гетеродин, первый смеситель и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные первый амплитудный детектор, видеоусилитель и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены со вторым выходом генератора развертки, при этом к первому выходу генератора развертки подключен второй счетчик, к выходу видеоусилителя подключен третий счетчик, снабжен вторым, третьим и четвертым высокочастотным генераторами, пятью переключателями, двумя фазовращателями на 90°, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, двумя сумматорами, перемножителем, узкочастотным фильтром, вторым амплитудным детектором и ключом, причем к выходу модулятора последовательно подключен первый переключатель и первый сумматор, второй вход которого через второй переключатель соединен с выходом второго высокочастотного генератора, третий вход - через третий переключатель соединен с выходом третьего высокочастотного генератора, четвертый вход - через четвертый переключатель соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора, а выход подключен ко второму входу первого смесителя, ко второму выходу гетеродина последовательно подключен первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого через пятый переключатель соединен с выходом первого сумматора, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к входу первого амплитудного детектора.

Структурная схема предлагаемого прибора представлена на фиг.1 - частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема, показана на фиг.2. Частотно-временные диаграммы, поясняющие режимы последовательного поиска импульсных сигналов по частоте, изображены на фиг.3 и 4.

Прибор содержит модель РЛС 1, последовательно включенные первый высокочастотный генератор 2, модулятор 3, первый переключатель 18, первый сумматор 17, второй вход которого через второй переключатель 19 соединен с выходом второго высокочастотного генератора 14, третий вход - через третий переключатель 20 соединен с выходом третьего высокочастотного генератора 15, четвертый вход - через четвертый переключатель 21 соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора 16, первый смеситель 8, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 7, и первый усилитель 9 промежуточной частоты, последовательно подключенные к первому генератору 5 развертки гетеродин 7, первый фазовращатель 23 на 90°, второй смеситель 24, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 17, второй усилитель 25 промежуточной частоты, второй фазовращатель 26 на 90°, второй сумматор 27, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 9 промежуточной частоты, перемножитель 28, второй вход которого через пятый переключатель 22 соединены с выходом первого сумматора 17, узкополосый фильтр 29, второй амплитудный детектор 30, ключ 31, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 27, первый амплитудный детектор 10, видеоусилитель 11 и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 13, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены со вторым выходом генератора 5 развертки.

Прибор работает следующим образом.

Прибор позволяет демонстрировать три режима.

В первом режиме прибор позволяет демонстрировать процессы поиска сигналов по частоте панорамным приемником и исследовать режимы последовательного поиска сигналов.

Во втором режиме прибор позволяет демонстрировать наличие дополнительных каналов приема в панорамном приемнике.

В третьем режиме прибор позволяет демонстрировать методы и средства подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

В первом режиме прибор позволяет воспроизвести процесс обнаружения серий импульсных сигналов РЛС кругового обзора панорамным. При этом переключатель 18 замыкается.

Высокочастотный сигнал

U_c(t)=U_ccos(2πf_ct+ϕ_c),

где U_c f_c, ϕ_c - амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного сигнала;

от генератора 2 поступает на модулятор 3. Модель РЛС 1, состоящая из последовательно включенных высокочастотного генератора 2 и модулятора 3, позволяет моделировать три различных периода обращения T₁, Т₂, Т₃ РЛС кругового обзора и соответственно три различных длительности импульсных пачек τ₁,τ₂,τ₃, попадающих в зону обзора приемного устройства.

Далее промодулированный сигнал поступает через переключатель 18 и сумматор 17 на первые входы смесителей 8 и 24, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 7 линейно-изменяющейся частоты:

U_г(t)=U_г·cos(2πf_гt+πγt²+ϕ_г),

U_г(t)=U_г·cos(2πf_гt+πγt²+ϕ_г+90⁰), 0≤t≤Тп,

где U_г, f_г, ϕ_г, Τ_п - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;

- скорость перестройки частоты гетеродина 7 в заданном диапазоне частот D_f,

Т_п - период повторения напряжения гетеродина 7 (фиг.3.4).

Изменение частоты гетеродина по линейному закону осуществляется с помощью генератора 5 развертки, в качестве которого используется генератор шилообразного напряжения. Генератор 5 развертки формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 13. Это же напряжение поступает на счетчик 6 для регистрации числа перестроек гетеродина 7.

На выходах смесителей 8 и 22 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 9 и 25 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:

U_пр1(t)=U_пр·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр),

U_пр2(t)=U_пр·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр-90°), 0≤t≤Тп,

где U_пр=1/2·К₁·U_c·U_г;

K₁ - коэффициент передачи смесителей;

f_пр=f_c-f_г - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_с-ϕ_г.

Напряжение U_пр2(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

U_пр3(t)=U_пр·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр-90°+90°)=U_пр·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр).

Напряжения U_пр1(t) и U_пр3(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется суммарное напряжение

U_Σ(t)=U_Σ·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр),

где UΣ=2U_пр.

Это напряжение подается на второй вход перемножителя 28, на первый вход которого через замкнутый переключатель 22 поступает высокочастотный сигнал U_c(t) с выхода сумматора 17. На выходе перемножителя 28 образуется напряжение

U₁(t)=U₁·cos(2πf_гt+πγt²+ϕ_г),

где U₁=1/2·K₂·Uc·U_Σ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое выделяется узкополосным фильтром 29, детектируется амплитудным детектором 30 и поступает на управляющий вход ключа 31, открывая его. В исходном состоянии ключ 31 всегда закрыт. Частота настройки f_н узкополосного фильтра 29 выбирается равной начальной частоте f_г гетеродина 7(f_н=f_г).

При этом напряжение U_Σ(t) с выходом сумматора 27 через открытый ключ 31 поступает на вход амплитудного детектора 10, где выделяется модулирующий сигнал, который после усиления в видеоусилителе 11 поступает на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ 13 и счетчик 12. В счетчике 12 фиксируются импульсы совпадения входной серии импульсов, попадающих в полосу пропускания приемника при его периодической перестройке с периодом Т_п.

Период повторения Т_п можно изменить, изменяя режим развертки генератора 5, а следовательно, можно изменить и скорость изменения частоты гетеродина 7.

Тем самым при фиксированных величинах Т_п, τ₁ и D_f можно демонстрировать достижение границ быстрого и медленного поисков. Визуально эти границы наблюдаются при следующих совпадениях показаний счетчиков на некоторых интервалах наблюдения Т_набл(Т_набл≫ Т_п).

Граница быстрого поиска соответствует совпадению показаний счетчиков 4 и 12 (N₄=N₁₂, где N₄ - число, зафиксированное счетчиком 4; N₁₂ - число, зафиксированное счетчиком 12) на Т_набл.

Граница медленного поиска соответствует совпадению показаний счетчиков 6 и 12 (N₆=N₁₂, где N₆ - число, зафиксированное счетчиком 6; N₁₂ - число, зафиксированное счетчиком 12) на Т_набл. Между этими границами находится область вероятностного поиска (со средней скоростью).

Предусмотренная в приборе возможность имитации сигналов РЛС с различающимися временными параметрами T₁, τ₁; Т₂, τ₂; Т₃, τ₃ - позволяет продемонстрировать изменение границ достоверных поисков при фиксированном диапазоне поиска D_f и ширине полосы пропускания Δf_п приемника путем перехода к анализу процесса формирования импульсов совпадения для входных сигналов с различными временными параметрами.

Второй режим обеспечивается тем, что переключатели 18 и 22 замыкаются, переключатели 19, 20 и 21 последовательно замыкаются и последовательно визуально наблюдается воздействие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному, первому и второму комбинационным каналам на качество приема полезных сигналов.

При этом на экране ЭЛТ 13 (на горизонтальной развертке) образуются частотные метки, соответствующие полезному сигналу и ложным сигналам (помехам), принимаемым по дополнительным каналам.

Третий режим обеспечивает демонстрацию методов и средств подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. При этом переключатели 18, 20 и 21 размыкаются, а переключатели 19 и 22 замыкаются. Высокочастотный сигнал

U₃(t)=U₃·cos(2πf₃t+ϕ₃),

формируемый генератором 14 через замкнутый переключатель 19 и сумматор 17 поступает на вход преобразователя 32 частоты. Усилителями 9 и 25 промежуточной частоты в этом случае выделяются следующие напряжения:

U_пр4(t)=U_пр4·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4),

U_пр5(t)=U_пр4·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4+90°),

где U_пр4=1/2·К₁·U_з·U_г;

f_пр=f_г-f_з - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_г-ϕ_з.

Напряжение U_пр5(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателля 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

U_пр6(t)=U_пр4·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4+90°+90°)=U_пр4·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр4).

Напряжение U_пр4(t) и U_пр6(t), поступающие на два входа сумматора 27, на его выходе компенсируются. Частотная метка на экране ЭЛТ 13 отсутствует.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте f₃, подавляется. Для этого используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 7, смесителей 8 и 24, усилителей 9 и 25 промежуточной частоты, фазовращателей 23 и 26 на 90°, сумматора 27, и реализующее фазокомпенсационный метод.

Для демонстрации подавления первого комбинационного канала переключатель 19 размыкается, а переключатель 20 замыкается. При этом высокочастотный сигнал

U_к1(t)=U_к1·cos(2πf_к1t+ϕ_к1).

С выхода генератора 15 через замкнутый переключатель 20 и сумматор 17 поступает на вход преобразователя 32 частоты. В этом случае усилителями 9 и 25 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

U_пр7(t)=U_пр7·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7),

U_пр8(t)=U_пр7·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7+90°),

где U_пр7=1/2·К₁·U_к1·U_г;

f_пр=2f_г-f_к1 - промежуточная частота;

ϕ_пр7=ϕ_г-ϕ_к1.

Напряжение U_пр8(t) выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется следующее напряжение

U_пр9(t)=U_пр7·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7+90°+90°)=-U_пр7·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр7).

Напряжение U_пр7(t) и U_пр9(t), поступающее на два входа сумматора 27, на его выходе компенсируются. Частотная метка на экране ЭЛТ 13 отсутствует.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте f_к1 подавляется. Для этого также используется «внешнее кольцо», реализующее фазокомпенсационный метод.

Для демонстрации подавления второго комбинационного канала переключатель 20 размыкается, а переключатель 21 замыкается. При этом высокочастотный сигнал

U_к2(t)=U_к2·cos(2πf_к2t+ϕ_к2)

с выхода генератора 16 через замкнутый переключатель 21 и сумматор 17 поступает на вход преобразователя 32 частоты. В этом случае усилителями 9 и 25 выделяются следующие напряжения:

U_пр10(t)=U_пр10·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10),

U_пр11(t)=U_пр10·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10+90°),

где U_пр10=1/2·К₁·U_к2·U_г;

f_пр=f_к2-2f_г - промежуточная частота;

ϕ_пр10=ϕ_г-ϕ_к2.

Напряжение U_пр11(t) с выхода усилителя 25 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 26 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

U_пр12(t)=U_пр10·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10-90°+90°)=U_пр10·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10).

Напряжения U_пр10(t) и U_пр12(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется суммарное напряжение

U_Σ1(t)=U_Σ1·cos(2πf_прt+πγt²+ϕ_пр10),

где U_Σ1(t)=2U_пр10.

Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 28, на первый вход через замкнутый переключатель 22 поступает принимаемый сигнал Цк2(1). На выходе перемножителя 28 образуется напряжение

U₂(t)=U₂·cos(2πf₂t+πγt²+ϕ_г),

где U₂=1/2·К₁·U_к2·U_Σ1;

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 29. Ключ 31 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте f_к2, подавляется. Для этого используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 28, узкополосного фильтра 29, амплитудного детектора 30 и ключа 31 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

Если замыкаются переключатели 18-22, то на вход панорамного приемника одновременно поступают полезный сигнал на частоте f_с, ложные сигналы (помехи), принимаемые по зеркальному каналу на частоте f_з, первому f_к1 и второму f_к2 комбинационным каналам. Ложные сигналы (помеха), принимаемые по дополнительным каналам, подавляются, а на горизонтальной развертке ЭЛТ 13 образуется частотная метка, соответствующая полезному сигналу, принимаемому по основному каналу на частоте f_с.

Таким образом, предлагаемый учебный прибор по сравнению с прототипом позволяет не только имитировать входные сигналы РЛС с различающимися временными параметрами, демонстрировать процессы поиска сигналов по частоте панорамным приемником и исследовать режимы последовательного поиска сигналов, но и демонстрировать процесс образования дополнительных каналов приема в панорамном приемнике и методы и средства их подавления. Тем самым функциональные возможности учебного прибора по радиомеханике расширены.

Учебный прибор по радиотехнике, содержащий последовательно включенные первый высокочастотный генератор, модулятор и первый счетчик, последовательно включенные генератор развертки, гетеродин, первый смеситель и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные, первый амплитудный детектор, видеоусилитель и вертикально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены со вторым выходом генератора развертки, при этом к первому выходу генератора развертки подключен второй счетчик, к выходу видеоусилителя подключен третий счетчик, отличающийся тем, что он снабжен вторым, третьим и четвертым высокочастотным генераторами, пятью переключателями, двумя фазовращателями на 90°, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, двумя сумматорами, перемножителем, узкополосным фильтром, вторым амплитудным детектором и ключом, причем к выходу модулятора последовательно подключен первый переключатель и первый сумматор, второй вход которого через второй переключатель соединен с выходом второго высокочастотного генератора, третий вход - через третий переключатель соединен с выходом третьего высокочастотного генератора, четвертый вход через четвертый переключатель соединен с выходом четвертого высокочастотного генератора, а выход подключен ко второму входу первого смесителя, к второму выходу гетеродина последовательно подключен первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого через пятый переключатель соединен с выходом первого сумматора, узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен ко входу первого амплитудного детектора.