АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА Российский патент 1994 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах, с помощью которых можно наблюдать на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) спектр исследуемых сигналов.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности и разрешающей способности устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого анализатора; на фиг. 2 - частотная диаграмма, поясняющая образование дополнительных каналов приема; на фиг. 3-5 - временные диаграммы, поясняющие работу анализатора.

Анализатор спектра содержит входной блок 1, калибратор 2, генератор 3 развертки, генератор 3 качающейся частоты, смеситель 5, усилитель 6 промежуточной частоты, первый квадратичный детектор 7, частотный детектор 8, блок 9 дифференцирования, вентиль 10, блок 11 совпадения, усилитель 12 постоянного тока, первый ключ 13, регистрирующий прибор в виде ЭЛТ 14, перемножитель 15, первый полосовой фильтр 16, второй квадратичный детектор 17, второй ключ 18, второй полосовой фильтр 19, фазоинвертор 20 и сумматор 21, причем к входу устройства последовательно подключены блок 1, фильтр 19, фазоинвертор 20, сумматор 21, второй вход которого соединен с выходом блока 1, смеситель 5, второй вход которого соединен с выходом калибратора 2, а третий вход - через генератор 4 - с первым выходом генератора 3, усилитель 6, детектор 8, блок 9, вентиль 10, блок 11, второй вход которого через детектор 7 соединен с выходом усилителя 6, ключ 13 и вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 14, горизонтально отклоняющие пластины которой соединены с вторым выходом генератора 3. К выходу сумматора 21 последовательно подключены перемножитель 15, второй вход которого соединен с выходом усилителя 6, фильтр 16, квадратичный детектор 17, ключ 18, второй вход которого соединен с выходом детектора 7, и усилитель 12, выход которого соединен с вторым входом ключа 13.

Анализатор спектра работает следующим образом.

Просмотр заданного диапазона частот D осуществляется с помощью генератора 3 развертки, который периодически с периодом Т_п по пилообразному закону изменяет частоту генератора 4 качающейся частоты. Одновременно генератор 3 формирует горизонтальную развертку ЭЛТ 14, которая используется как ось частот. Ключи 13 и 18 в исходном состоянии всегда закрыты.

Принимаемый импульсный сигнал
U_c(t)= U_ccos(2πf_ct+ϕ_c), 0≅t≅τ_u, где U_c, f_c, ϕ_cиτ_u - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала, соответственно,
с выхода входного блока 1 поступает на вход полосового фильтра 19 и на первый вход сумматора 21. Частота настройки f_н полосовых фильтров 16 и 19 выбрана равной промежуточной частоте f_пр(f_н = f_пр), поэтому указанный сигнал не попадает в полосу пропускания Δf_nполосового фильтра 19. На втором входе сумматора 21 напряжение отсутствует.

Следовательно, принимаемый сигнал с выхода входного блока 1 через сумматор 21 поступает на первый вход смесителя 5, на второй вход которого подаются частотные метки с выхода калибратора 2, а на третий вход подводится напряжение генератора 4
u_r(t)= U _r cos(2πf_гt+πγ₁t+ϕ_г ),
0≅t≅T_г, где U_г, f_г, ϕ_гиТ_п - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения генератора соответственно;
γ₁= = - скорость изменения частоты генератора;
Δ f_g - девиация частоты.

На выходе смесителя 5 образуются напряжения комбинационных частот
f_c1= f_г + γ₁t-f_c= f_пр + γ₁ t
f_c2= 2f_г + γ₂ t -f_c,
где первый индекс обозначает канал, по которому принимается сигнал; второй индекс обозначает номер гармоники частоты гетеродина, участвующей в преобразовании несущей частоты принимаемого сигнала; 2f_ги γ₂ - вторая гармоника частоты генератора и скорость ее изменения ( γ₂= 2 γ₁ ).

Частота настройки f_н1 и полоса пропускания Δ f₁ усилителя 5 промежуточной частоты выбраны следующим образом;
f_н1= f_пр, Δ f₁= 2f_пр.

Частота настройки f_н2 и полоса пропускания Δ f₂ полосового фильтра 16 выбраны следующим образом;
f_н2 = f _г , Δ f₂= 2f_пр.

Однако, в полосу пропускания Δ f₁ усилителя 6 промежуточной частоты попадает только напряжение с частотой f_с1
u_пр(t)= U_прcos(2πf_прt+πγ₁t²+ϕ_пр),
0≅t≅τ_u, , где U_пр= K₁U_сU_г ;
К - коэффициент передачи смесителя;
f_пр = f_г -f_c - промежуточная частота;
ϕ_пр= ϕ_г-ϕ_с.

Это напряжение представляет собой преобразованный по частоте сигнал с линейной частотной модуляцией. Напряжение u_пр (τ ) с выхода усилителя 6 промежуточной частоты подается на второй вход перемножителя 15, на первый вход которого поступает принимаемый сигнал u_c(t) с выхода входного блока 1. На выходе перемножителя 15 образуется напряжение
u₁(t)= U₁ cos(2πf_гt+πγ₁t²+ϕ_г),
0≅t≅τ_u, , где U₁= K₂U_сU_пр ;
К₂ - коэффициент передачи перемножителя, которое выделяется полосовым фильтром 16, детектируется квадратичным детектором 17 и поступает на управляющий вход ключа 18, открывая его.

Напряжение u_пр(t) (фиг. 4а) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты одновременно поступает на входы квадратичного 7 и частотного 8 детекторов. Квадратичный детектор 7 выделяет огибающую импульса (фиг. 4б), которая поступает на первый вход блока 11 совпадения. С выхода частотного детектора 8 видеосигнал (фиг. 4г), форма которого соответствует закону изменения частоты импульса (фиг. 4б), поступает на вход блока 9 дифференцирования, выходной сигнал которого (фиг. 4д) подается на вход вентиля 10. Вентиль 10 пропускает только положительные импульсы. Выходной импульс (фиг. 4е) вентиля 10 поступает на второй вход блока 11 совпадения. Так как напряжения (фиг. 4 в, е), поступающие на два входа 11 совпадения, занимают на временной оси один и тот же интервал, то блок 11 совпадения срабатывает. Напряжение с выхода блока 11 совпадения (фиг. 4ж) поступает на управляющий вход ключа 13, открывая его. При этом составляющие, частота которых лежит в полосе пропускания Δ f₁ усилителя 5 промежуточной частоты, усиливаются и после детектирования в квадратичном детекторе 7 и усиления в усилителе 12 через открытые ключи 18 и 13 поступают на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ 14, на экране которой наблюдается прямое изображение спектра принимаемого сигнала.

Описанная работа анализатора спектра соответствует случаю приема импульсных сигналов по основному каналу на частоте f_c (фиг. 3а).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте f_з (фиг. 3б)
u_з(t)= U_з cos (2πf_зt+ϕ_з),
0≅t≅τ_u, ,
то в смесителе 5 преобразуется в напряжения следующих частот;
f_з1= f_з-f_г - γ₁ t= f_пр - γ₁t
f_з2= 2f_г + γ₂ t-t_з.

Однако, только напряжение с частотой t_з1 попадает в полосу пропускания Δ f₁ усилителя 6 промежуточной частоты
u_пр1(t)= U_пр1 cos(2πf_прt-πγ₁t²+ϕ_пр1),
0≅t≅τ_u, , где U_пр = 1/2 · К₁U₃U_г;
f_пр= f_з-t_г - промежуточная частота;
ϕ_пр1= ϕ_з-ϕ_г.

Напряжение u_пр1(t) с выхода усилителя 5 промежуточной частоты поступает на второй вход перемножителя 15, на первый вход которого поступает принимаемый ложный сигнал (помеха) u_з(t) с выхода входного блока 1.

На выходе перемножителя 15 образуется напряжение
u₂(t)= U₂cos(2πf_гt+πγ₁t²+ϕ_г),
0≅t≅τ_u, , где U₂ = 1/2 · K₂U_зU_пр1,
которое выделяется полосовым фильтром 16, детектируется квадратичным детектором 17 и поступает на управляющий вход ключа 18, открывая его.

Напряжение u_пр1(t) (фиг. 5а) с выхода усилителя 6 промежуточной частоты одновременно поступает на входы квадратичного 7 и частотного 8 детекторов. Квадратичный детектор 7 выделяет огибающую сигнала (фиг. 5в), которая поступает на первый вход блока 11 совпадения. С выхода частотного детектора 8 видеосигнал (фиг. 5г), форма которого соответствует закону изменения частоты f_з1 (фиг. 5б), поступает на вход блока 9 дифференцирования, выходной сигнал которого (фиг. 5д) не пропускается вентилем 10. Ключ 13 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте f_з, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому комбинационному каналу на частоте f_к1 (фиг. 3в)
u_к1(t)= U_к1 cos(2πf_к1t+ϕ_к1),
0≅t≅τ_u, , то в смесителях 5 он преобразуется в напряжение следующих частот:
f₁₁= f_к1-f_г - γ₁ t
f₁₂= 2f_г + γ₂ t-f_к1= f_пр + γ₂t.

Однако только напряжение с частотой f₁₂ попадает в полосу пропускания Δ f₁ усилителя 5 промежуточной частоты
U_пр2(t)= U_пр2 сos (2πf_прt+πγ₂t²+ϕ_пр2),
0≅t≅τ_u, , где U_пр2= 1/2 · К₁U_k1U_г;
f_пр= 2f_г -f_k1 - промежуточная частота;
ϕ_пр2= ϕ_г-ϕ_k1.

Напряжение U_пр2(t) с выхода усилителя 6 промежуточной частоты поступает на второй вход перемножителя 15, на первый вход которого поступает принимаемый ложный сигнал (помеха) U_k1(t) с выхода входного блока 1. На выходе перемножителя 15 образуется напряжение
u₃(t)= U₃cos(4πf_гt+πγ₂t²+ϕ_г),
0≅t≅τ_u, , где U₃= 1/2 · K₂U_k1U_пр2, которое не попадает в полосу пропускания Δ f₂ полосового фильтра 16. Ключ 18 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте f_k1, подавляется.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте f_k2 (фиг. 3г).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по каналу прямого прохождения на частоте f_пр
u (t)= U_ncos(2πf_прt+ϕ_пр),
0≅t≅τ_u, , то он выделяется полосовым фильтром 19 и поступает на вход фазоинвертора 20. На выходе последнего образуется следующий ложный сигнал (помеха)
u_n= -U_n cos(2πf_прt+ϕ_пр),
0≅t≅τ_u, , который поступает на второй вход сумматора 21, на первый вход которого подается ложный сигнал (помеха) U_n(t). Ложные сигналы (помехи) U_n(t) и U_u (t), поступающие на два входа сумматора 21, на его выходе компенсируется. Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по каналу прямого прохождения, подавляется. (56) Авторское свидетельство СССР N 1774281, кл. G 01 R 23/16, 1990.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах, с помощью которых можно наблюдать на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) спектр исследуемых сигналов. Анализатор спектра содержит входной блок 1, калибратор 2, генератор 3 развертки, генератор 4 качающейся частоты, смеситель 5, усилитель 6 промежуточной частоты, первый квадратичный детектор 7, частотный детектор 8, блок 9 дифференцирования, вентиль 10, блок 11 совпадения, усилитель 12 постоянного тока, первый ключ 13, регистрирующий прибор ЭЛТ 14, перемножитель 15, первый полосовой фильтр 16, второй квадратичный детектор 17, второй ключ 18, второй полосовой фильтр 19, фазоинвертор 20 и сумматор 21. 5 ил.

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий входной блок, последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, первый квадратичный детектор, блок совпадений, ключ и регистрационный прибор, смеситель, второй вход смесителя соединен с выходом калибратора, а третий вход через генератор качающейся частоты соединен с первым выходом генератора развертки, последовательно соединенные частотный детектор, блок дифференцирования, вентиль, выходом соединенный с вторым входом блока совпадения, второй вход регистрирующего прибора соединен с вторым выходом генератора развертки, а также последовательно соединенные перемножитель, первый полосовой фильтр, второй квадратичный детектор, второй ключ и усилитель постоянного тока, второй вход перемножителя соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, второй вход второго ключа соединен с выходом первого квадратичного детектора, выход усилителя постоянного тока соединен с вторым входом первого ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и разрешающей способности устройства, в него введены последовательно соединенные второй полосовой фильтр, фазоинвертор и сумматор, второй вход которого подключен к выходу входного блока и входу второго полосового фильтра, а выход сумматора подключен к вторым входам смесителя и перемножителя.