Анализатор спектра

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических системах для анализа частотных спектров различного вида сигналов. Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности спектрального анализа непрерывных и импульсных сигналов. Анализатор спектра содержит преселектор 1, смеситель 2, фильтр 3 сжатия, индикатор 4, генератор 5 контрольных сигналов , линейно-частотно-модулированный гетеродин 6, стробирующий блок 7, блок 8 управления, фильтры 9 и 10, детекторы II, элемент 12 разности. Дополнительное введение полосовых фильтров 13 и 14, амплитудного детектора 15, временного дискриминатора 16 и интегрирующих усилителей 17 и 18 обеспечивает достижение поставленной цели. 2 з.п. ф-лы. 3 ил. S (Л 00 о ел 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51)4 G 01 R 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ У,Л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4074209/24-21 (22) 18 ° 04.86 (46) 30.01,88, Бюл, N 4 (72) В. Г. Дмитриев и В, В. Сергеев (53) 621.317 ° 757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 595682, кл. G 01 R 23/00, 1978.

Каменский Н. Н., Модель А. М., Надененко Б, С. и др. Справочник по радиорелейной связи/ Под ред.

С. В ° Бородича. M. Рад о и связь, 1981 ° (54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических системах для анализа частотных спектров различного вида сигналов. Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности спектрального анализа непрерывных и импульсных сигналов. Анализатор спектра содержит преселектор 1, смеситель 2, фильтр 3 сжатия, индикатор 4, генератор 5 контрольных сигналов, линейно-частотно-модулированный гетеродин 6, стробирующий блок

7, блок 8 управления, фильтры 9 и 10 детекторы 11, элемент 12 разности.

Дополнительное введение полосовых фильтров 13 и 14, амплитудного детектора 15, временного дискриминатора 16 и интегрирующих усилителей 17 и 18 обеспечивает достижение поставленной цели, 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

1370588

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических системах для анализа частотных спектров раэ5 личного вида сигналов.

Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способ" ности спектрального анализа непрерывных и импульсных сигналов. 10

На фиг. 1 представлена структурФ ная схема анализатора спектра; на фиг ° 2 - схема линейно-частотно-модулированного гетеродина; на фиг. 3— схема блока управления, 15

Анализатор спектра включает в себя преселектор 1, смеситель 2, фильтр

3 сжатия, индикатор 4, генератор 5 контрольных сигналов, линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) гетеродин 6, 20 стробирующий блок 7, блок 8 управления, фильтры 9 и 10, детекторы ll, элемент 12 разности, первый и второй полосовые фильтры 13 и 14, амплитудный детектор 15, временной дискрими- 25 натор 16, первый и второй интегрирующие усилители 17 и 18, Структуру связей анализатора спектра формирует последовательно соеди" ненные преселектор 1, смеситель 2, 30 фильтр 3 сжатия, первый полосовой фильтр 13 и индикатор 4, последовательно соединенные второй полосовой фильтр 14, стробирующий блок 7, первый фильтр 9, первый детектор 11 и элемент 12 разности, последовательно соединенные второй фильтр 10 и второй детектор 11, выход которого соединен с вторым входом элемента 12 разности, последоватепьно соединен- 40 ные амплитудный детектор 15, времен" ной дискриминатор 16 и первый интегрирующий усилитель 17, последоватепьно соединенные блок 8 управления и ЛЧМ-гетеродин 6, а также второй 45 интегрирующий усилитель 18 и генератор 5 контрольных сигналов, подключенный к второму входу преселектора 1, при этом вход второго полосового фильтра 14 подключен к выходу фильтра 3 сжатия, а его выход - к входу амплитудного детектора 15, вход второго фильтра 10 подключен к выходу стробирующего блока 7, выход элемента 12 разности соединен с вхо" дом второго интегрирующего усилителя 18, выход которого соединен с вторым входом ЛЧМ-гетеродина 6, третий вход которого соединен с выходом первого интегрирующего усилителя 17, а выход — с вторым входом смесителя 2, второй и третий выходы блока 8 управления соединены соответственно с первым и вторым входами временного дискриминатора 16, четвертый выход блока 8 управления соединен с вторым входом стробирующего блока 7, второй вход индикатора 4 соединен с первым выходом блока 8 управления.

ЛЧМ-гетеродин 6 содержит последовательно соединенные управляемый генератор 19 пилсобразного напряжения (ГПН) и управляемый высокочастотный генератор 20, выход которого является выходом ЛЧМ"гетеродина 6, первым входом является вход синхронизации

ГПН 19, вторым входом — управляемый вход (вход управления крутизной пилообразного напряжения) ГПН 19, а третьим — управляемый вход высокочастотного генератора 20.

Блок 8 управления содержит последовательно соединенные генератор 2) импульсов, первую линию 22 задержки и генератор 23 селекторных импульсов, а также последовательно соединенные вторую линию 24 задержки и генератор 25 стробирующего импульса, при этом вход второй линии.24 задержки соединен с выходом генератора 21 импульсов, который является первым выходом блока 8 управления, вторым и третьим выходами которого являются соответственно первый и второй выходы генератора 23 селекторных импульсов, а четвертым выходом — выход генератора 25 стробирующего импульса.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемые колебания поступают на преселектор 1 и далее — на смеситель 2. На второй вход этого смесителя подается напряжение с выхода ЛЧМ-гетеродина 6, В результате преобразования частоты анализируемые колебания получают дополнительную линейно-частотную модуляцию и подаются на фильтр 3 сжатия. В фильтре сжатия осуществляется свертка его импульсной характеристики с входными

ЛЧМ-колебаниями. При эяом на выходе фильтра сжатия образуются сжатые во времени (укороченные по длительности) радиоимпульсы, представляющие собой результат прямого преобразования Фурье от входного сигнала, т.е ° его спектральную плотность (,спектр).

1370588 менное положение укороченного контрольного импульса на выходе фильтра 3 сжа гия относительно начала перестройки ЛЧМ-гегеродина определяется несущей частотой высокостабильного гармонического колебания, вырабатываемого генератором 5. Сжатый радиоимпульс отфильтр)вывается вто рым полосовым фильтром 14 и поступает параллельно на амплитудный детектор 15 и стробирующий блок 7. На второй выход стробирующего блока 7 с четвертого выхода блока 8 управления подается стробирующий импульс.

Этот импульс открывает стробирующий блок 7 и обеспечивает тем самым поступление сжатого контрольного импульса на частотный детектор, составленный из элементов 9-12. Время задержки центра управляющего импульса относительно начала перестройки ЛЧМгетеродина 6 строго равно времени залержки сжатого контрольного импульса в фильтре 3 сжатия. Тем самым совместно с вторым полосовым фильтром 14 достигается надежное выделение контрольного сигнала из всей совокупности сигналов и исключение попадания анализируемых сигналов в цепь автоподстройки частоты.

Если закон изменения частоты ЛЧМСжатые радиоимпульсы анализируемого сигнала выделяются первым полосовым фильтром 13 и поступают на индикатор 4, Одновременно с анализируемыми колебаниями через преселектор 1 подается контрольный сигнал — высокостабильное гармоническое колебание, формируемое генератором 5 контрольного сигнала. Частота этого колебания не должна попадать в диапазон частоты анализируемых колебаний, т.е. подлежащих спектральному анализу. По контрольному сигналу осуществляется непрерывная коррекция рассогласования крутизны дисперсионной характеристики фильтра 3 сжатия и закона изменения частоты ЛЧМ-гетеродина 6, а также подстройка его несущей частоты. Достигается это следующим образом. Контрольнь)й сигнал, формируемый генератором 5, подается через преселектор 1 на смеситель 2.

Б результате преобразов"ния частоты с использованием ЛЧМ-гетеродина 6 он также приобретает допол. ительную линейно-частотную модуляцию и далее сжимается фильтром 3 сжатия. Вре10

?О

) Г)

55 гетеродина 6 согласован с дисперсионной характеристикой фильтра 3 сжатия, то сжатый контрольный импульс не имеет остаточной частотной модуляции, следовательно, на выходе элемента 12 разности присутствует нулевой потенциал, При рассогласовании закона изменения ЛЧМ-гетеродина 6 с дисперсионной характеристикой фильтра сжатия на выходе элемента 12 разности формируется сигнал ошибки положительной или отрицательной полярности. Далее этот сигнал усиливается в интегрирующем усилителе 18 и поступает как управляющее напряжение на второй вход

ЛЧМ-гетеродина 6 для подстройки скорости изменения частоты гетеродинного колебания. Для подстройки начальной частоты гетеродинного ЛЧМколебания вводится цепь, включающая амплитудный детектор 15, временной дискриминатор 16 и первый интегрирующий усилитель 17, соединенный с третьим входом ЛЧМ-гетеродина. Проде" тектированный сжатый контрольный импульс с выхода амплитудного детектора 15 поступает на сигнальный вход времегного дискриминатора 16. На второй (управляющий) вход временного дискриминатора с второго выхода блока управления поступают два селекторных импульса, При этом время задержки центра селекторных импульсов относительно начала запуска ЛЧМ-гетеродина равно времени задержки сжатого контрольного импульса на выходе фильтра 3 при некотором строго определенном значении начальной частоты

ЛЧМ-гетеродина, Нестабильность начальной частоты ЛЧМ-гетеродина приводит к тому, что временное положение сжатого контрольного радиоимпульса изменяется (флюктуирует) относительно центра селекторных импульсов или нуля дискриминаторной характеристики временного дискриминатора.

Появляющийся сигнал ошибки на выходе временного дискриминатора 16 фильтруется и усиливается первым интегрирующим усилителем 17 и поступает в качестве управляющего напряжения на третий вход ЛЧМ-гетеродина °

Процесс подстройки начальной частоты ЛЧМ-гетеродина 6 продолжается до тех пор, пока временное положение сжатого контрольного радиоимпульса

0588!

Ц„() е -д- 1

V г

25 (2) f (>= f,+К U„(t), 5 137 не будет точно соответствовать временному положению центра селекторных импульсов. Тем самым стабилизируется начальная частота ЛЧМ-гетеродина.

ЛЧМ-гетеродин 6 работает следующим образом.

Синхронизирующим импульсом, посту. пающим с первого выхода блока 8 управления, запускается ГПН 19, Он формирует модулирующее напряжение

U„(t), изменяющееся во времени по пилообразному закону где V — амплитуда пилы;

- длительность пилы;

Модулирующее напряжение с выхода

ГПН 19 подается на вход управляемого высокочастотного генератора 20, вызывая его перестройку по частоте по закону где f, — начальная частота;

К вЂ” крутизна модуляционной ха1 рактеристики генератора 20 с размерностью Гц/В °

Подставляя (2) в (1), получаем закон изменения гетеродинного ЛЧМколебания

К . Ч 0 f

f(c) = f + -- — . c-f + — c (3) где 4f=K Ч вЂ” девиация частоты ге1 m теродинного ЛЧМ-колебания, Формулу (3) можно представить так" же в следующем виде:

f(c) = f,+ -„- .c=f,+b, c, (4)

af

l г

af где Ь -„- =df,/dc — крутизна пере"г стройки частоты ЛЧМ-колебания с размерностью Гц/с.

Согласно формуле (4) регулирование закона изменения f(t) гетеродинного ЛЧМ-колебания заключается в регулировании начальной частоты f и регулировании крутизны b,.

Регулирование крутизны b, при фиксированном г заключается в подстройке девиации af, что достигается изменением амплитуды Ч пилы модулирующего напряжения, формируемо" го ГПН 19.

6

Высокочастотный генератор 20 целесообразно выполнять по схеме автогенератора с встречным включением варикапов в его колебательный контур. Тем самым при подаче пилообразного напряжения в точку соединения варикапов достигается высокая линейность модуляционной характеристики генератора (К =const), а следовательf но, и высокая линейность перестройки частоты, Регулирование начальной частоты гетеродинного ЛЧМ-колебания осуществляется независимо от регулирования Ьг и достигается изменением начальной емкости варикапов под действием напряжения смещения — управляющего напряжения, поступающего с выхода первого интегрирующего усилителя 17.

Блок 8 управления осуществляет синхронную работу всех блоков анализатора спектров. Он выполняется в виде последовательного соединения генератора 21 импульсов, первой линии 22 задержки и генератора 23 селекторных импульсов, а также последовательно соединенных второй линии

24 задержки и генератора 25 стробирующего импульса, причем вход второй линии 22 задержки соединен с выходом генератора 21 импульсов.

Первым выходом блока 8 управления являешься выход генератора 21 импульсов, вторым выходом - первый выход генератора 23 селекторных импульсов, третьим выходом — второй выход генератора 23 селекторных импульсов, четвертым выходом — выход генератора 25 стробирующего импуль" са.

Генератор 21 импульсов формирует последовательность однополярных синхроимпульсов — коротких прямоугольных видеоимпульсов с высокой стабильностью параметров и конструктивно может быть выполнен в виде после" довательно соединенных кварцевого генератора и усилителя-формирователя импульсов на триггере Шмитта. Синхроимпульсы с первого выхода блока 8 поступают на запуск ЛЧМ- гетеродина

6 и индикатора 4. Они определяют период запуска ЛЧМ-гетеродина

Внутри блока 8 управления синхроимпульсы поступают на входы первой 22 и второй 24 линий задержки.

В каждом периоде следования .синхроимпульс, задержанный первой линией

137058 тоты.

22 задержки, запускает генератор 23 сепекторных импульсов. Последний формирует два следующих друг эа другом селекторных импульса длите:tbHQ

6 стью,-„ каждый. Конструктивно генератор 23 может быть в виде двух последовательно запускаемых одновибраторов или ждуп его блокинг-генератора с прямым и задержанным на „ вь|ходами, Время задержки первой линии 22 равно °, — Г,„, где — время задержки центра селекторных импульсов относительно начала запуска ЛЧМ-гетеродина (или индикатора). Интервал времени, равен времени задержки сжатого контрольного сигнала при номинальном значении начальной частоты ЛЧМ-колебания гетеродина

6. В -.о же время интервал " 2О

cooтветсгвует нулю дискриминаторной характеристики временного дискриминатора 16.

Синхроимпульс, задержанный второй линией 24 задержки, также в каждом 26 периоде следования запускает генератор 25 стробируюгцего импульса — оцновибратор, формирующий прямо гольный видеоимпульс длительностгю

Бремя :.адержки второй линии 24 уста- 3О навливается равным .1, — 1",, /2. 1лительнос гь стробирующего импулг.га должна превышать длительность сжаТОГО контрольного радиоимпульса и учитывать флюктуации егo врем. ии задержки вследствие нестабильности начальной частоты f ЛЧМ-гецеродип».

Ориентировочно длительность, мг жет быть установлена равной

+3,... где Ь„ — среднеквадратичесi L кая ошибка времени задержки сжатого

I;nII грольного радиоимпульса вследствие нестабильности начальной частоты .11 1М-гетеродина. При таком значении выполняется надежное без потерь выд ение контрольного радиоимпульса строб«рующим блоком 7. 1 аким образом, введением первого

B Io)Jo I o IIo. IocoBb1x фильтpoII 1 3 а 1пли гу;цгого де ектора 15, временного дискриминатора 16, первого интегрирую цего усилителя 17, второгo интегрирующего усилителя 18 осуществляется повышение точности и разрешающей способности спектральгг ного анализа непрерывных и импульсных сигналов. Это достигается эа счет непрерывной коррекции рассог.ласования крутизны дисперсионной

8 характеристики фильтра сжатия и зако»а изменения частоты ЛЧУ1-гетеродина и автоподстройки его начальной часформулаизобретения

1 ° Анализатор спектра, содержагций последовательно соединенные преселектор, смеситель и фильтр сжатия, госледовательно соединенные стробирующий блок, первый филь.гр, первый детектор и элемент разности, последовательно соединенные второй фи7ьтр и второй детеK ãор, подключенный к второму входу элемента разности, а также генератор контролт,ных сигналов, линейно-частотно-модулированный гетеродин, блок управления, причем генератор контроль ных сигналов подключен к в" îðîìó входу преселектора, выход линейно-частотномодулированного гетеродина подключен к второму входу смесителя, первый вход линеино-частотно-модулированного гетеродина соединен с первым выходом блока управления, вход второго фильтра подключен к выходу стробирующего блока, второй вход индикатора подключен к первому выходу блока управления, о т л и ч а ю— ш и и с я тем, что, с целью повышения гочности и разрешающей способности спектрального анализа непрерыв" ных и импульснь:х сигналон, в него до го, мнительно ВIIoдены пt рвый и В то рой полосовые фильтры, последователь" но соединенные амплигудный детектор, временной дискриминатор и первый интегрирующий усилитель, а также второй интегрирующий усилитель, при этом первый полосовой фильтр включен между выходом фильтра сжатия и первым входом индикатора, второй полосовой фильтр включен между выходом фильтра сжатия и первым входом стробирующего блока, второй интегрирующий усилитель включен между выходом элемента разности и вторым входом ЛЧ11гетеродина, амплитудный детектор соединен с выходом второго полосового фильтра, выход первого интегрирующего усилителя соединен с третьим входом линейно-частотно-модулированного гетеродина, второй выход блока управления соединен с первым входом временного дискриминатора, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход

ОИ

Составитель А. Смолин

Редактор И. Рыбченко Техред А.Кравчук Корректор M. Демчик

Заказ 416/46 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 l3 которого соединен с вторым входом стробирующего блока.

2. Анализатор по п. I, о т л и— ч а ю шийся тем, что линейночастотно-модулированный гетеродин содержит последовательно соединенные управляемый генератор пилообразного напряжения и управляемый высокочастотный генератор, выход которого яв" ляется выходом линейно-частотно-мо" дулированного гетеродина.

3. Анализатор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управления содержит последовательно

70588

10. соединенные генератор импульсов, первую линию задержки и генератор селекторных импульсов, а также последовательно соединенные вторую лиВ нию задержки и генератор стробирующего импульса, при этом вход второй линии задержки соединен с выходом генератора импульсов — первым выходом блока управления, вторым и,третьим выходами которого являются первый и второй выходы генератора селекторных импульсов, и четвертым выходом — выход генератора стробирующего импульса.