Анализатор спектра

(57) Изобрительнойпользованмах для а АТОР СПЕКТРА носится к изме- может быть исение ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) АвторскоеУ 595682, кл.Каменский ННадененко Б, СрадиорелейнойС, ВБородича1981технике ио в радиотехнических сист нализа 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 гетероднн 6, стробирующий блок 7, блок 8 управления, фильтры 9 и О, детекторы 11, элемент 12 разности, Дополнительное введение полосовых фильтров 13 и 14, амплитудного детектора 15, временного дискриминато" ра 16 и интегрирующих усилителей 17 сФ и 18 обеспечивает достижение поставленной цели, 2 з.п. ф-лы. 3 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических системахдля анализа частотных спектров раэ 5личного вида сигналов.Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способ"ности спектрального анализа непрерывных и импульсных сигналов10На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора спектра; нафиг2 - схема линейно-частотно-модулированного гетеродина; на фиг. 3 "схема блока управления, 15Анализатор спектра включает в себя преселектор 1, смеситель 2, фильтр3 сжатия, индикатор 4, генератор 5контрольных сигналов, линейно-частот"но-модулированный (ЛЧМ) гетеродин 6, 20стробируюший блок 7, блок 8 управления, фильтры 9 и 10, детекторы 11,элемент 12 разности, первый и второйполосовые фильтры 13 и 14, амплитудный детектор 15, временной дискриминатор 16, первый и второй интегрирующие усилители 17 и 18,Структуру связей анализатора спектра формирует последовательно соеди"ненные преселектор 1, смеситель 2, 30фильтр 3 сжатия, первый полосовойфильтр 13 и индикатор 4, последовательно соединенные второй полосовойфильтр 14, стробирующий блок 7, первый фильтр 9, первый детектор 11 иэлемент 12 разности, последовательносоединенные второй фильтр 10 и второй детектор 11, выход которого соединен с вторым входом элемента 12разности, последоватепьно соединен" 40ные амплитудный детектор 15, времен"ной дискриминатор 16 и первый интегрирующий усилитель 17, последоватепьно соединенные блок 8 управления и ЛЧМ-гетеродин 6, а также второй 45интегрирующий усилитель 18 и генератор 5 контрольных сигналов, подключенный к второму входу преселектора 1, при этом вход второго полосового Фильтра 14 подключен к выходуфильтра 3 сжатия, а его выход - квходу амплитудного детектора 15,вход второго фильтра 1 О подключен квыходу стробирующего блока 7, выходэлемента 12 разности соединен с вхо"дом второго интегрирующего усилителя 18, выход которого соединен с вторым входом ЛЧМ-гетеродина 6, третийвход 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 вто" рым 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 21 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 задерж. ки соединен с выходом генератора 21 импульсов, который является первым выходом блока 8 управления, вторым итретьим 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 эом на выходе фильтра сжатия образуются сжатые во времени (укороченные по длительности) радиоимпульсы, представляющие собой результат прямого преобразова. ния Фурье от входного сигнала, т.е, его спектральную плотность (спектр), 1370588Сжатые радиоимпульсы анализируемого сигнала выделяются первым полосовым фильтром 13 и поступают на индикатор 4, Одновременно с анализируемыми колебаниями через преселектор 1 подается контрольный сигнал - высоко- стабильное гармоническое колебание, формируемое генератором 5 контроль" ного 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 дисперсиоцной характеристики фильтра 3 сжатия и закона изменения частоты ЛЧМ-гете- родина 6, а также подстройка его несущей частоты. Достигается это следующим образом. Контрольцьй сигнал, формируемый генератором 5, подается через преселектор 1 на смеситель 2. Б результате преобразов"ния частоты с использованием ЛЧМ-гетеродина 6 он также приобретает дополительцую линейно-частотную модуляцию и далее сжимается фильтром 3 сжатия, Времецное положение укороченного контрольного импульса на выходе фильтра 3 сжа гия относительно начала перестройки ЛЧМ-гегеродина определяет" ся несущей частотой высокостабильного гармонического колебания, вырабатываемого генератором 5. Сжатый радиоимпульс отфильтровывается вторым 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 поступлецие сжатого контрольного импульса ца частотный детектор, составленный из элементов 9-12. Время задержки центра управляющего импульса относительно начала перестройки ЛЧМ- гетеродица 6 строго равно времени задержки 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 ЛЧМ При рассогласовании закона изменения ЛЧМ-гетеродина 6 с дисперсионной характеристикой фильтра сжатияца выходе элемента 12 разности формируется сигнал ошибки положительнойнли отрицательной полярности, Далееэтот сигнал усиливается в интегрирующем усилителе 18 и поступает какуправляющее напряжение на второй входЛЧМ-гетеродина 6 для подстройки скорости изменения частоты гетеродинного колебания. Для подстройки начальной частоты гетеродинного ЛЧМколебания вводится цепь, включающаяамплитудный детектор 15, временнойдискриминатор 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 входвремегного дискриминатора 6. Навторой (управляющий) вход временногодискриминатора с второго выхода блока управления поступают два селекторцых импульса, При этом время задерж.ки центра селекторных импульсов относительно начала запуска ЛЧМ-гетеродина равно времени задержки сжатогоконтрольного импульса на выходефильтра 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-гетеродинаПроцесс подстройки начальной часто" ты ЛЧМ-гетеродина 6 продолжается до тех пор, пока временное положение сжатого контрольного радиоимпульса 1 О 15 О 30 35 40 45 50 55 гетеродина 6 согласован с дисперсиоцной характеристикой фильтра 3сжатия, то сжатый контрольный импульсце имеет остаточной частотной модуляции, следовательно, ца выходе элемента 12 разности присутствует нулевой потенциал.(2) йй)= Е,+Кр З(г),5 137 не будет точно соответствовать временному положению центра селектор" ных импульсов. Тем самым стабилизируется начальная частота ЛЧМ-гетеро- дина.ЛЧМ-гетеродин 6 работает следую" щим образом.Синхронизирующим импульсом, посту. пающим с первого выхода блока 8 управления, запускается ГПН 19, Он формирует модулирующее напряжение 11(с), изменяющееся во времени по пилообразному закону где Ч - 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 Г, - начальная частота;К - крутизна модуляционной характеристики генератора 20с размерностью Гц/ВПодставляя (2) в (1), получаем закон изменения гетеродинного ЛЧМ- колебания Кг Ч дЯй = й + - -Е +(3) где й 2=К Ч - девиация частоты гетеродинного ЛЧМ-колебания,Формулу (3) можно представить так" же в следующем виде: о+ С=о+Ьг С, (4)ИдГгде Ь =Юг/дс - крутизна пере"г стройки частоты ЛЧМ-колебания с размерностью Гц/с.Согласно формуле (4) регулирова" ние закона изменения Е(й) гетеродинного ЛЧМ-колебания заключается в регулировании начальной частоты и регулировании крутизны Ь,.Регулирование крутизны Ь, при фиксированном г заключается в подстройке девиации йЕ, что достигает" ся изменением амплитуды Ч пилы модулирующего напряжения, формируемо" го ГПН 19. 30 35 40 45 50 55 6Высокочастотный генератор 20 це"лесообразно выполнять по схеме авто" генератора с встречным включениемварикапов в его кьлебательный контур. Тем самым при подаче пилообраз"ного напряжения в точку соединения варикапов достигается высокая линейность модуляционной характеристики генератора (К =сопят), а следовательГно, и высокая линейность перестройки частоты,Регулирование начальной частотыгетеродинного ЛЧМ-колебания осуществляется независимо от регулирования Ь, и достигается изменениемначальной емкости варикапов под действием напряжения смещения - управляющего напряжения, поступающего с выхода первого интегрирующего усилителя 17.Блок 8 управления осущвствляет 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 син" хроимпульсов - 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-гетеродинаВнутри блока 8 управления син" хроимпульсы поступают на входы первой 22 и второй 24 линий задержки. В каждом периоде следования .синхроимпульс, задержанный первой линией137058 тоты. 22 задержки, запускает генератор 23 селекторцых импульсов. Последний формирует два следующих друг эа другом селекторцых импульса длительцо 6 стью ,- каждый. Конструктивно генератор 23 мажет быть в виде двух последовательно запускаемых одцовибраторов или ждущего блокинг-генератора с прямым и задержанным навьходами, 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 цомицальном значении начальной частоты ЛЧМ-колебания гетеродица 6. В ;о же время интервал ", 2 О соответсгвует нулю дискриминаторцой характеристики времецного дискриминатора 16.Сицхроимпульс, задержанный второй линией 24 задержки, также в каждом 26 периоде следования запускает генератор 25 стробирующего импульса - оццовибратор, формирующий прямоольцый видеоимпульс длительцостгю Бремя задержки второй линии 24 уста О цавливается равным "., - 1" /2. Блительцосгь стробирующего импульса должна превышать длительность сжакоцтрольного радиоимпульса и учитывать флюктуации его врем.ци загержки вследствие нестабильности начальной частоты Г, Г 1 ЧМ-гечеродиц. Ориентировочно длительность , мс- жет быть установлена раисой ,= +3 , где Ь - среднеквадратическая ошибка времени задержки сжатого кон грольного радиоимпульса вследствие нестабильности начальной частоты .1 Р 1 М-гетеродица. При таком значениивыполняется надежное без потерь гиы ение контрольного радиоимпульса стрс 1 бцрующим блоком 7.1 аким образом, введением первоговгорого полосовых фильтров 13ампли гу;цгого детектора 15, временного дискриминатора 16, первого интегрируюцего усилителя 17, второго 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 дисперсионцой 8характеристики фильтра сжатия и закоца изменения частоты ЛЧМ-гетеродицаи автоподстройкц его начальной часформулацзобретения 1. Анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные преселектор, смеситель и фильтр сжатия, последовательно соединенные стробирующий блок, первый филь гр, первый детектор и элемент разности, последовательно соединенные второй фильтр и второй детекгор, подключенный к второму входу элемента разности, а также генератор контролг цых сигналов, линейно-частотно-модулированный гетеродин, блок управления, причем генератор контроль ных сигналов подключен к второму входу преселектора, выход линейно-частотно- модулированного гетеродица подключец к второму входу смесителя, первый вход лицеицо-частотно-модулированного гетеродцна соединен с первымвыходом блока управления, вход второго фильтра подключен к выходу стробирующего блока, второй вход индикатора подключен к первому выходублока управления, о т л и ч а ю -ш и й с я тем, что, с целью повышения гочцости и разрешающей способности спектрального анализа непрерыв"цых и импульсць:х сигцалон, в цс годого,-цгительцо ввс.дены первый и второй полосовые фильтры, последователь"цо соединенные амплигудный детектор,временной дискриминатор и первый интегрирующий усилитель, а также второй интегрирующий усилитель, приэтом первый полосовой фильтр включенмежду выходом фильтра сжатия и первым входом индикатора, второй полосовой фильтр включен между выходомфильтра сжатия и первым входом стробирующего блока, второй интегрирующийусилитель включен между выходом элемента разности и вторым входом ЛЧ 11 гетеродина, амплитудный детектор соединен с выходом второго полосовогофильтра, выход первого интегрирующего усилителя соединен с третьим входом линейно-частотно-модулированногогетеродина, второй выход блока управления соединен с первым входом временного дискриминатора, второй входкоторого соединен с третьим выходомблока управления, четвертый выходО Составитель А, Смолинедактор И. Рыбченко Техред А.Кравчук рректор М. Демч 46 ВНИИПИ Го по дел 113035, МосЗаказ 4 772 Тиражсударсам изобква, Ж одписно митета СС енноготений и5, Рауш ткрытииая наб., д. 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектн 9 13 которого соединен с вторым входом стробирующего блока.2. Анализатор по и. 1, о т л и " ч а ю щ и й с я тем, что линейно- частотно"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 щ и й с я тем, что блок управления содержит последовательно 7058810.соединенные генератор импульсов,первую линию задержки и генераторселекторных импульсов, а также последовательно соединенные вторую ли- Внию задержки и генератор стробирую"щего импульса, при этом вход второйлинии задержки соединен с выходомгенератора импульсов - первым выходом блока управления, вторым и,третьим выходами которого являютсяпервый и второй выходы генератораселекторных импульсов, и четвертымвыходом - выход генератора стробирующего импульса.