Осциллографический анализатор спектра
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использован в радиолокации и связи, где широко применяются сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией (ЛЧМ-ФМн). Цель изобретения - расширение функциональных возможностей фазометра путем визуальной оценки основных параметров сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазоеии манипуляцией Анализатор содержит генератор 1 развертки, гетеродин 2. смеситель 3, усилитель 4 промежуточной часто J, обнаружитель Б, линию 6 задержки , электронно-лучевые трубки 7, 25 и 32. ключ 8, умножители У и 15 частоты на восесь, делители 10 и 16 частоты кя посемь, полосовые фильтры 11 и 14, блок 12 р( гулируемой задержки перемножитель 13. узко полосный фильтр 17, фазовьи детектор 18, управляющий блок 19. частотныедете .горы 20 и 26, дифференцирующие блоки 21 и 23, амплитудный детектор 22, генератор 24 пилообразного напряжения, выпрямители 27, генератор 28 опорного напряжения, фазовращатель 29 на 90° и усилители 30 и 31. 5 ил. (Л С
СОЮЗ СОБЕТСКИХ
СОЦИЛЛИС1И ГЕ" VVIX
РЕСГ1УБ>ЛИК (я)5 G 01 R 25/00
ГОСУДЛРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4639020/21 (22) 22.11.88 (46) 07.02.91. Бюл. M 5 (72) Б.Р. Альжанов, В.И. Дикарев и В.Б.
Шерстобитов (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N . 1247778, кл. G 01 R 25/00, 1984. (54) ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА (57) Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использован в радиолокации и связи, гд" широко применяются сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией и фаэовой манипуляцией (ЛЧ М- ФМн). Цель изобретения — расширение функциональных возможностей фаэометра путем визуальной оценки
„„, Ж „„1626241 А1 основных параметров сиг«алов с комбиниров 1лной линейной частотной модуляцией и фазовый манипуляцией. Анализатор содержи1 генератор 1 развертки, гет<.родин 2. смеси-,ель 3, усилитель 4 промежутиочной часто .а, обнаружитель 5, линию 6 задержки, электронно-лучевые трубки 7, 25 v 32. ключ 8, умножители 9 и 15 частоты на восесь, делители 10 и 16 частоты на восемь, полосовые фильтры 11 и 14, блок 12 р-гулируемой задержки. перемножиTель 13, узко полосный фильтр 17, фазовьи. детектор 18, управляющий блок 19. частотные дете;горы
20 и 26, дифференцирующие блоки 21 и 23, амплитудный детектор 22, генератор 24 пилообразного напряжения, выпрямитель 27, генератор 28 опорного напряжения, фазовращатель 29 на 90 и усилители 30 и 31. 5 ил, 1626241
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в радиолокациг и связи, где применяются сигналы с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией (Л Ч М вЂ” Ф М н).
Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей фазометра путем визуальной оценки основных параметров сигналов с комбинированной линейной частотной модуляцией и фазовой манипуляцией, На фиг, 1 представлена структурная схегла предлагаемого анализатора; на фиг, 2— структурная схема обнаружителя; на фиг, 3 и 4 — временные диаграммы, поясняющие работу анализатора; на фиг, 5 — вид осциллограмм.
Осциллографический анализатор содержит последовательно включенные генератор 1 развертки, гегеродин 2, смесигель
3, второй вход которого является входом анализатора, усилитель 4 промежуточной частоты и обнаружитель 5, второй вход которого соединен с выходом линии 6 задержки, а выход подключен к входу генератора
1 развертки, к входу линии 6 задержки, к вертикальному электроду электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 7, входу ключа 8, горизонтальный электрод ЭЛТ соединен с вторым выходом генератора 1 развертки. К выходу ключа 6 последовательно подключены первый умножитель 9 частоты на восемь, первый делитель 10 частоты на восемь, второй полосовой фильтр 11, г ок 12 регулируемой задержки, пере;лножитель 13, второй вход которого соединен с выходом ключа 8, первый полосовой фильтр 14, второй умножитель 15 частоты на восемь, второй делитель
16 на восемь частоты, узкополосный фильтр
17, фазовый детектор 18 и управляющий блок 19, выход которого соединен с вторым входом блока 12 регулируемой задержки, К выходу ключа 8 последовательно подключены второй частотный детектор 20, первый дифференцирующий блок 21, последовательно включенные аплитудный детектор
22, второй дифференцирующий блок 23 и генератор 24 пилообразного напряжения, Выход дифференцирующего блока 21 соединен с вертикальным электродом ЭЛТ 25, паласовой фильтр 14 через первый частотный детектор 26 соединен с выпрямителем
27, второй вход детектора 18 соединен с выходом генератора 28 опорного напряжения. К Bl ходу последнего последовательно подключены фазовращатель 29 на 90 первый усилитель 30, второй усилитель 31 соединен с выходом генератора 28 опорного напряжения и входом вертикального электрода ЭЛТ 32, а модулирующий электрод соединен с выходом выпрямителя 27.
Обнаружитель 5 (фиг. 2) состоит из трех каналов обработки сигналов, каждый из ко5 торых состоит из последовательно включенных умножителя 33 (34, 35) частоты, измерителя 37 (38, 39) ширины спектра, блока 40 (41, 42) сравнения, второй вход которого соединен с выходом измерителя 36
10 ширины спектра, порогового элемента 43 (44, 45), второй вход которого соединен с выходом линии 6 задержки, и элемента ИЛИ
46. Причем в первом канале частота умножается на два, во втором — на четыре, а в
15 третьем — на восемь.
Анализатор работает следующим образом, Просмотр заданного диапазона частот
Рг осуществляется с помощью генератора 1
20 развертки, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 2. Одновременно енера ор 1 развертки формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 7, которая исполь25 зуется как ось частот, причем ее длина соответствует полосе обзора частотного диапазона. Клю 8 в исходном состоянии закрыт.
Принимаемый ЛЧМ-ФМн сигнал, кото30 рый можно описать следующим выражением;
u, (t ) = U cos (<л„.т+ лp2 + р, (t ) + p, );
0 (1(Т, где U<, cl+, Тс, p: — амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза сигнала соответственно; <ï, 40 у = — — скорость изменения частоты
Тп внутри импульса;
Л f> — девиация частоты;
e (с ) — манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг, За), причем p, (t ) =
=const при К г„(t < (k + 1 ) t„и может изменяться скачком на Лр при t = k r„, т. е. на границах между элементарными посылками (k = 1, 2„... iU-1); т„N — длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc = N . tn), посту55 пает на первый вход смесителя 3, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 2 линейно-изменяющейся частоты
ur (t ) = 0 cos (в,с + л у,т + p. ), 2
1626241 где Ог, оФ, р, — амплитуда. частота и начальная фа a напряжения гетеродина соответственно;
0 уг = — — скорость изменения частоты
Тп гете родина.
На выходе смесителя 3 образуются напряжения комбинационных частот, Усилителем
4 выделяется напряжение промежуточной частоты
Unp) (t) Unp COS (Гдц1рс +Лyt +
+p, (t ) — луР+ р,р);
0 +t Тс — 1 где Unp = — kt Uc Ur, 2
k> — коэффициент передачи смесителя; сдпр = и — а — промежуточная частота;
Фпр = (pc — pr — промежуточная на чальная фаза; которое поступает на вход обнаружителя 5.
Если на вход анализатора поступает сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и однократной фазовой манипуляцией (ЛЧМ вЂ” ОФМн), то на вых.)де умножителей 33 — 35 частоты образуются следующие колебания соответственно;
Ul (t ) = Unp СОЗ (2 жПрт + 2 Лу т — — 2 л yrt2+ 2 р,р );
О2 (t ) = Опр cos (4 c0npt + 4 лу т2— 4 nyrt + 4 р р );
U3(t ) = Опр COS (8алрт +8Лут2— 8 zyrt + 8 уЪ„);
О <:т <Т,, Так как 2р,(т) =02л, 4р,(т) =
= 0,4 л, 8 рс (t ) = 0,8л, то в указанных колебаниях манипуляция фазы уже отсутствует. Ширина спектра второй Л fz. четвертой
Л f4 и восьмой Л fg гармоник определяется длительностью сигнала Tc (Л г=Л т4=Л f8=
1 — ), тогда как ширина Afc ЛЧМ-ОФМн
Тс сигнала определяется длительностью его элементарных посылок hfс = —, т. е, 1
tn ширина спектра укаэанных гармоник стала в N раэ меньше ширины спектра входного сигнала:
Л .- Л1с Л с
Ж 4 б
Следовательно, при умножении ча .тсты
5 flVM — 0 Это позволяет обнаружить сигнал ЛЧМОФМн даже тогда, когда и ег. мощность на вкоде анализатора меньше мощности шу 10 мов. Ширина спектра Л fc входного сигнала измеряется с помощью измерителя 36, ширина спектра в-орой Л4. четвертои h f> и восьмой Лта гармсник игнала измеряется с помощью измерителей 37 — Зп. Напряжения Ui, Ог и Оз, пропорциональные A fz. 6 f< и Л fs соответственно, с выходов измерителей 37 — 39 ширины спектра поступают на перьые входы блоков 40 — 42 сравнения, на вторые входы которых подается напряжение U с выхода измерителя 36 ширины спектра. г1ропорциональное Л fc. Так как U»U<. U»U, и О»Оз, то на вс.ходах бгоков 40 42 сравнения образуются положительные импульсы, которые превышают пороговь.й уропечь Опор в пороговых элементах 43 — 45 и через элемент ИЛИ 46 поступает на выход, Если на вход анализатора поступает сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и двухкратной фазовой манипуляцией (ЛЧМ вЂ” ДФМн p< (t j =О, —, 3 л, — л) то на выходе умножителя 33 часто 2 35 ты на два образуется ЛЧМ вЂ” ОФМн сигнал ((t ) =О. л, 2л, Зл J а на выходе умножителей 34 и 35 частоты на четыре и восемь— колебания U2(t) и Оз(т) соответственно, т. е. в укаэанных каналах осуществляется сверт40 ка cëåêòðý входного сигнала. Если на вход анализатора поступает сигнал с комбинированной линейной частотной модуляцией и трехкратной фазовой манипуляцией (ЛЧМ вЂ” ТФМн, р, (t ) =0, 45 л л 3 5 3 —, —, — л,л, — л, — л, — л), то свертка 4 2 4 " 4 2 4 спектра осуществляется только на выходе умножителя 35 частоты на восемь. При этом положительное напряжение формируется торлько на выходе блока 42 сравнения. Напряжение с выхода обнаружителя 5 поступает на управляющий вход генератора 1 развертки, прекращая перестоойку гетеродина 2, на вход линии 6 задержки, на управляющий вход ключа 8, открывая его, v на вертикальный электрод ЭЛТ 7. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Ог и поиск ЛЧМ-ФМн сигналов прекращается на время визуаль1626241 ного анализа основных параметров обнаружения ЛЧМ-ФМн сигнала. которое определяется временем задержки т линии 6 задержки. При этом на экране ЭЛТ 7 образуется импульс (частотная метка). положение которого на горизонтальной развертке однозначно определяет начальную несущую частоту в принимаемого ЛЧМ-ФМн сигнала (фиг. 5а). Пороговый уровень Unop в обнаружителе 5 выбирается таким, что этот уровень не превышает случайные помехи. При прекращении перестройки частоты юг гетеродина 2 усилителем 4 выделяется напряжение (фиг, Зб) Unpre (t ) = Оир COS (C0ppt + Лy t + +p,(с)+pp); 0<с<Т,, которое через открытый ключ 8 поступает на входы умножителя 9 частоты на восемь, перемножителя 13 и частотного детектора 20, На выходе умножителя 9 частоты на восемь образуется напряжение (фиг. Зг) Мрэ (С) = Unp COS (8Nnpt + +8лусг +8pp); 0 Так как 8 р< (t ) = 0,8 л — при однократной фазовой манипуляции,8 р» (t ) = 0,4 л, 8 л, 12 л, — при двукратной фаэовой манипуляции;8 р((с ) = 0 2 л, 4 л, 6л, 8л, 10л, 12л, 14 z — при трехкратной фазовой манипуляции, то в указанном напряжении манипуляции фазы уже отсутствует. Напряжение О.рз (с) поступает на вход делителя 10 частоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение (фиг, Зд) Unp4 (С ) = Unp COS (04ipt + +лус +ядр); 0 +лу(с — т) +pip); 0 5 ЛЧМ-ФМн сигнал промежуточной частоты о рг(с). На выходе перемножителя 13 образуется напряжение биений (фиг. 4б) вст t (t ) = Огт cos (ги г с + p, (с ) + pz ); 0 k — коэффициент передачи перемножителя; вс — — 2 л у т — частота биений; у)д = (dnp т — Лу Сг — НаЧаЛЬНая фаэа 20 биений, которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте биений. Причем частота биений (оо-определяется скоростью изменения частоты сигнала у и величиной задержки т. Напряжение uo> (t) выделяется полосовым фильтром 14 и поступает на вход умножителя-15 частоты на восемь. на выходе которого образуется гармоническое напря30 жение (фиг. 4в) и ог (с)= Огт cos (8 а „р t + 8 р, (t ) + + 8 Pip ) = Опcos (8 в)гтt 4 8 Pip); 0 (с <Т, Напряжение Ug: (с) поступает на вход делителя 16 астоты на восемь, на выходе которого образуется напряжение 40 и (73 (t ) = ОО cos (03су t + pip ), которое представляет собой гармоническое колебание на частоте биений игу, Напряже45 ние Огсз (с) выделяется узкополосным фильтром 17 и поступает на первый вход фазового детектора 18, на второй вход которого подается напряжение с выхода генератора 28 опорного напряжения: 50 о, (t ) = Uo cos (в, t +go ), где О,,ю,, ф, — амплитуда, частота и начальная фаза напряжения генератора оответственно. Если указанные напряжения отличаются одно от другого по частоте или фазе, то на выходе фазового детектора 18 образуется постоянное управляющее напряжение, При1626241 10 rliIЦ = 2 Л У т = Il Тс T»»вЂ” N чем амплитуда и полярность этого напряжения зависит от степени и направления отклонения астоты биений л»г1 от частоты а»<» fене затора 28 опорного напряжения. Управляющее напряжение с помощью управляющего блока 19 воздействует на блол 12 регулируемой задержки, изменяя величину задержки ттак, что выполняетсл раве <стBO Для визуальной оценки величины скачков фазы 1р и кратности фазовои л1анипуляции и принимаемого ЛЧМ-ФМн сигнала и пользуется ЭГ»Т32 с;руговой разверткой j !ричем круговал развертка формируетсл с помогцью генератора 28 onoo»lofo напряжения, астота о»», которого»<оддеркивается равной час»о1е биений refT < пЬ = г<ц, с помощью системы фазовой автоподстройки частоты. Напрлжение а (»).генератора 28 поступает через усилитель 31 на вертикальный электрод, а через фазовращатель 29 на 90 и усилитель 30 — на горизонтальный электрод ЭЛТ 32. Напряжение и гт1(т) (фиг. 46) с выхода полосового фильтра 14 одновременно поступает на вход частотного детектора 26. на выходе которого образуются короткие рэзнополярные импульсы (фиг. 4д), временное положение которых соответствует моментам скачкообразного изменения фазы сигнала и о1(т)(фиг. 46). На выходе выпрямителя 27 образуется последовательность коротких положительных импульсов (фиг. 4е), которая поступает на модулирующий электрод ЭЛТ 32 и осуществляет модуляцию:".е электронного луча по яркости. На экране ЭЛТ 32 образуется изображение в виде нескольких ярких точек, расположенных на оКружности (фиг. 5в, r, д). Количество точек определяет кратность и фазовой манипуляции, a;fnoffoe расстояние между ними рав»о величине скачков фазы Ар обнаруженного ЛЧМ-ФМн сигнала. При неравенстве частот шпаги ю, (ьгг о», ) яркостные метки двигаются по окружности с разностной частотой Для получения устойчивой осциллограм;-1ы на экране ЭЛТ 32 используется система ФАПЧ, работа которой опчса,»а. Для визуальной оценки закона фазовой манипуляции, длительнос»и т„ и количества N эл ментарных посылок, а также параметроз линейной частотной модуляции напряжение u»»pp(t) (фиг. 36) с выхода усилителя 4 промежуточной частот»» через открытый 2 ) 55 ключ 8 од oa »еменно поступа< т»!с»<: ., !ь» частотно»о 20 и амплитуд»чо о 2) де1е <, ров, На выходе частотHof о д(те кто< з 0 образуется Hoop» ПОСтуПавт На ВЕртИКаЛЬНЫИ ЭЛ<, К;рэд ">J!T ;5. Амплигудиый детек»ор 22 г«»де» лет OI!Iба»ощу о I.v!.чаля $1! f. Зз1, » o; рэл C,.: t.,»c ренцируг; цим блоком "3 пре»бга=уч rc! в д ;э ко;»огких разно" on, :ых и,п:; ьс" (ф -. Зи). Причем поло:, 1ел. » ьм горог им импульсом запуск.-етгя, а коротким о»рицэтельным имг ульсом выкл>очаетсл генератор 24 г»илообоаз»:о<о напряжения, выходн"P напряг:»<ие котс ро-о (фнг. 3K) испольэуетсл для фг r. <ирован» я горизонтальной раз»»е,.»тки, ЗЛ1 25. При э1ом н;< . кра»;е- ЭЛТ 2 ..»ра.- ется иэображение в виде прлмоугольного импульса с короткими разнополярными импульсами»»a -fo пер».»и»»е (фиг. Зж и фиг. 56) Г1ричем длите» »»о-.ть импульса пропорционэльна длит.л<.:. -,и Г об»» »руженчого ЛЧМ-ФМ»< сиг»<дла, .-.мплитуд,. импульса пропорциональна cKD»p0сти и:.менечия частоты у внутри сигнала, а площадь импульса Ilf опорци налчHa девиации частоты Лf<» =)< . T .зГиним lf мого ЛЧМ-ФМн сигнала, Число коротких»заэног»оллр»»ых импуг ьсов равно количеству скачков фазы m прини, »аемого ЛЧМ вЂ” ФМн сигналов. Между количеством скачков фаэь, m и ко" "1ч"c-вом элементарных посылок N существует следующая аналити»ескал зависимость; N = 0,5(m + 1). Подсч 1тав количество скачков фазы m, можно определить количество элементарных посылок N. Оценив Тс и N, можно определить длительность элементарных и зсь»<1ок Время зад<.ржки t> линии 6 a ».»;;жки выбирap1ся таким, что мож»iо визуально оценить основные параметры обнаруженHо;о Г1ЧМ вЂ” ФМн сигнала, »,э:1лго<дал осциллограммы на экранах ЭЛ Г 7, 25 и 32. По vстечекии этого времени напряжение с выхода линии 6 задержки поступае »<а входы сброса пороговых элемечтов 43 — !5 |: с1„а сывает их содержимое на чулевое энэчсн 1е. При этом генератор 1 развертки переводи ..— 1б2 6241 ся B режи>л перестройки. а ключ 8 зэкрынзется, т. е, переводится н свое исходное состояние. С этого моменпэ нрел1сн>) npocr Формула изобретения Осциллографический анализатор спектра, содержащий последовательно соединенны гетерод>1«, ск есл>тель, нтарсй нхпд VОтаРОГn СОГ ДИНСН С ВХОДСМ 3><3 1 > <) ОР3, усилитель промежуточной ас<оть< и обнаРУжИтЕЛЬ, ВтОРай КОД КОТОРОГО СОЕДИНЕН С выходом лИНИи задержки, >> нь<ход ча>лк,)Ю че! I к входу л!1>! ии зад-р:кки, v. нтoрому входу ключа перныи нх p, >;OTopo!o соедине>< с ныхГДО>1 усипи1елп про<лежуто,,<:!1 час>пты, и к верти><альному электроду первой электро><) <о-лучевой трубки, горизс«тальный электрод vоторсlo соединен с вторым Ы. ОДОМ < B> 10 перемножигель, пернь<й паласовой фильтр и первый частотный детектор подключен к входу н>,<прямителя, к выходу ключа последовательно подключены первыи умнож<лтель <асто)ы н3 восемь, первый делитель 1б <3 "TQTa на восемь, BTopoA > Ослсдонательна подкл>очены второй частот»ый детектор, первый дифференциру>о )О <..)>Ié блок и нертикэлb)
35 лообрэзного напряжения соединен с гори=онгэльным электродом третьей электроннол-ученой трубки, вход гетеродинэ через гснератап развертки соединен с выхода>л обнэружителя, 1626241 H(t 1 -! Вр2 Хпах 7m< un (g прФ Й 20 и„ 22 3 23 И 2Ф 1626241 1626241 Е и -г S» Составитель В.Величкин Редактор Н.Бобкова Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар Заказ 278 Тираж 409 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
