учебный прибор по радиотехнике

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 f ₃ 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(2f _ct+ _c),

где U_c f_c, _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 ₁, ₂, ₃, 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(2f _гt+t ²+ _г),

U_г(t)=U_г·cos(2f _гt+t ²+ _г+90⁰), 0tТп,

где U_г, f_г, _г, _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(2f _прt+t ²+ _пр),

U_пр2(t)=U_пр·cos(2f _прt+t ²+ _пр-90°), 0tТп,

где U_пр=1/2·К₁·U_c ·U_г;

K₁ - коэффициент передачи смесителей;

f_пр=f_c-f _г - промежуточная частота;

_пр= _с- _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(2f _прt+t ²+ _пр-90°+90°)=U_пр·cos(2f _прt+t ²+ _пр).

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

U (t)=U ·cos(2f _прt+t ²+ _пр),

где U=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

U ₁(t)=U₁·cos(2f _гt+t ²+ _г),

где U₁=1/2·K₂ ·Uc·U ;

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 (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, ₁ 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, ₁; Т₂, ₂; Т₃, ₃ - позволяет продемонстрировать изменение границ достоверных поисков при фиксированном диапазоне поиска D _f и ширине полосы пропускания f _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(2f ₃t+ ₃),

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(2f _прt+t ²+ _пр4),

U_пр5(t)=U_пр4·cos(2f _прt+t ²+ _пр4+90°),

где U_пр4=1/2·К ₁·U_з·U_г;

f _пр=f_г-f_з - промежуточная частота;

_пр= _г- _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(2f _прt+t ²+ _пр4+90°+90°)=U_пр4·cos(2f _прt+t ²+ _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(2f _к1t+ _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(2f _прt+t ²+ _пр7),

U_пр8(t)=U_пр7·cos(2f _прt+t ²+ _пр7+90°),

где U_пр7=1/2·К ₁·U_к1·U_г;

f _пр=2f_г-f_к1 - промежуточная частота;

_пр7= _г- _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(2f _прt+t ²+ _пр7+90°+90°)=-U_пр7·cos(2f _прt+t ²+ _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(2f _к2t+ _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(2f _прt+t ²+ _пр10),

U_пр11(t)=U_пр10·cos(2f _прt+t ²+ _пр10+90°),

где U_пр10=1/2·К ₁·U_к2·U_г;

f _пр=f_к2-2f_г - промежуточная частота;

_пр10= _г- _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(2f _прt+t ²+ _пр10-90°+90°)=U_пр10·cos(2f _прt+t ²+ _пр10).

Напряжения U_пр10(t) и U _пр12(t) поступают на два входа сумматора 27, на выходе которого образуется суммарное напряжение

U₁ (t)=U₁ ·cos(2f _прt+t ²+ _пр10),

где U₁ (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)=U ₂·cos(2f ₂t+t ²+ _г),

где U₂=1/2·К₁ ·U_к2·U₁ ;

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.