Способ последовательного анализа спектра сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радкоиз- мерительной технике и предназначено для автоматического анализа спектра сигнала в большом динамическом диапа зоне.

Цель изобретения - повышение точ- HOcfH измерений и сокращение времени их проведения во всем динамическом диапазоне до длительности одного цикла просмотра исследуемого диапазона частот.путем синхронного с перестройкой анализатора снятия ампли тудно- астотной характеристики используемого режекторного фильтра и автоматического учета ее в процессе измерений,

На чертежа приведена схема предлагаемого устройства с,

Способ осуществляется следу.иящм образом,

Исследуемьй сигнал подают на вход анализирующего фшдьтра (анализатора спектра) через режектор-ный фильтр с заданной амплитудно-частотной характеристикой (зависимость коэффициента передачи от частоты) подавляющей наиболее мощг-гые спектральные состав- исследуемого сигнала. В результате этого уровень максга-запьньпс спектральных составляющих на вьгкоде режекторного уменьшается на величину затухания используемого фипьтраг что обеспечивает условия шг достоверных измерений аналнзиру(яцим .фильтром (анализатором спектра)s нме йщим динамический диапазон 40-50 дБ, Одновременно и синхронно с перестрой кой анализирзтощего фильтра в пол осе частот обзора анализатора спектра путем дополнительной подачи на вход режекторного фильтра испытательного сигналаJ частота которого все время равна (или отличается на постоянную известную вел -гчину) частоте иастрой- .ки анализирующего фильтра вьиеления (например5 с помощью синхронного детектора) и измерения уровня этого испытательного сигнала на выходе режекторного фильтра 5 снит ается амплитудно-частотная характеристшса этого фильтра. Этим обеспечивается получение характеристики нспользуемого экземпляра режектормого фильтра во всей требуемой полосе частот в реальных условиях его работы одновременно с анализом спектра сигнала на выходе этого фильтраJ что в конечном счете приводит к повьшенкю точности измере

ний спектральных составляющих исследуемого сигнала и сокращению времени их проведения. При этом в анализиру- g гощем фильтре испытательный сигнал исключается с помощью частотной или амплитудной селекции, например, выбором его частоты за пределами полосы пропускания анализирующего фильт10 Ра.

Сигнал с выхода анализирующего фильтра, величина которого пропорциональна уровню (в логарифмическом масштабе) соответствующих спектраль15 ных составлякщих исследуемого сигнала j прошедшего через режекторный фильтр,, суммируется с напряжением, обратно пропорциональным уровню испытательного сигнала на выходе режек20 торного фильтра и соответствуклцим затуханию этого фильтра на частотах этих же спектральных составляющих исследуемого сигнала. В результате суммирования получается сигнал, величи25 ,на которого в каждый момент времени равна уровню (в логарифмическом масштабе) соответств кщей спектральной составляющей исследуемого сигнала, которьй и регистрируется на индикатоап ре в зависимости от времени перестройки анализирующего фипьтра, определяющего частоту этой спектральной составляющей.

Устройство для «реализации способа при последовательном анализе спектра сигнала содержит блок 1 согласования, вьшолненный например, в виде кольцевого или щелевого моста, режекторный фильтр 2, анализатор 3 спектра, включающий например, последовательно соединенные широкополосный тракт 4, вход которого является входом анализатора спектра, смеситель 5, полосовой фильтр 6, ускпнтелъ 7 промежуточной частоты и детектор 8, например, логарифмический детектор, последовательно соединенные генератор 9 развертки и частотно-модул1фованный гетеродин 10, выход которого подключен к второму входу смесителя 5, а также индикатор 11, вход развертки которого соединен с вторым выходом генератора 9. развертки, линию 12 задержки, управляемый аттенюатор 13, выполненный, например, на диодах, блок 14

55 вьщеления огибающей сигнала с частотой гетеродина анализатора спектра, выполненный, например, в виде синхронI яого детектора, сумматор 15, усилитель

35

40

45

50

1 6 сигнала и инвертор 1 7, при этом последовательно соединены блок 1 согласования, вход которого является входом устройства, режекторный фильтр 2 и ана- лизатор 3 слектра, последовательно соединены блок 14 ВБиеления огибающей сигнала с частотой гетеродина анализатора спектра, первый и второй входы которого подключены соответствен- но к выходам частотно-модулированного гетеродина 10 анализатора спектра и режекторного фильтра 2, усилитель

16сигнала, выход которого подключен также к второму (управляющему) входу управляемого аттенюатора 13, инверто

17и сумматор 15, линия 12 задернжи входом подключена к выходу детектора 8, а выходом - к второму входу cyNMaTOpa 15, выход сумматора 15 под ключен к второму входу индикатора

11, причем вход аттенюатора 13 соединен с выходом гетеродина 10, а выход - с вторым входом блока 1 согласования.

Устройство работает следующим образом.

Режекторный фильтр 2 настраивают на известную частоту макет-шальной спектральной составляющей (наприг-ieps несущую частоту) исследуемого сигнала, которая подается на его вход через блок 1 согласования. На выходе режекторного фильтра 2 уровень спзкт ральных составляющих сигнала уменьшается на величину затухания этого Лильтра на частотах соответствующих спектральных составля1рщих. Полученньш сигнал через широкополосный тракт; анализатора. 3 спектра поступает на вход смесителя 5,, На второй вход этого смесителя подается сигнал частотно-модулированного гетеродина 10, частота которого изменяется по пило- образному закону с помощью напряжения генератора 9, чем и обеспечивается перестройка анализатора 3 спектра в заданной, полосе частот, превышающей полосу частот исследуемого сигнала не менее чем на значение промежуточной частоты анализатора 3 спектра Индикация частоты настройки анализатора спектра, которая пропорциональн величине напряжения генератора 9 раз вертки, обеспечивается подачей этого напряжения на вход развертки индикатора 11 анализатора спектра с второг выхода генератора 9 развертки.

g

0

5

0 „ г

5

0

Спектральные составляющие исследуемого сигналаS перенесенкые на проме- жь точную частоту, выделяются на выходе смесителя 5 анализатора спектра полосовым (анализирующим) фильтром 6 и после усиления в усилителе 7 проме™ Я5 точкпй частоты поступают на детектор 8. При этом уровни сигнала на выходе детектора 8 в соответствующие момен ты времени в течение одного ла перестройки анализатора спектра (перестройки частотно-модулированко-- го гетеродина 10) соответствуют спек тральным составляющим исследуемого сигнала (в логарифмическом масштабе) после его прохождения через режектор- ньй ф -шьтр 2,

Одновременно сигнал частотно-модз - лированного гетеродина 10 анализатора спектра через управляемьй аттенюатор 13 и второй вход блока 1 согласования также поступает (вместе с исследуемым сигналом) на вход режекторного фильтра 2. После режекторного фильтря 2 этот сигнал (сигнал с частотой и фазой сигнала частотно-модулированного гетеродина 10) выделяется и детектируется блоком 14 вьщеления огибающей сигнала с частотой гетеродина 10с При этом выходной сигнал блока )4 выделения огибающей сигнала с частотой гетеродина 10 анализатора спектра, пропорциональньй уровню сигнала частотно-модултфованного гетеродина 10 на выходе режекторного фильтра 2 через усилитель поступает на управля™ емый аттенюатор 13, увеличивая его затухание и, соответственно, уменьшая уровень сигнала частотно-модулированного гетеродина 10 на входе режбктор него фильтра 2 до некоторой величинЫг, при которой цепь обратной связи (режекторный фильтр 2, блок 14 вьщеления огибаюш.ей сигнала с частотой гетеродина 10.Sусилитель,зтравляемый аттенюатор 13, и блок1согласования) находитс к в ус- тановившемся режиме. Изменение уровня .сигнала частотно-модулированного гетеродина 10 при его прохождении через режекторный фильтр 2 приводит как к изменению сигнала на выходе блока 14,. так и к затуханию управляемого аттенюатора 13,.

Таким образом, при перестройке частотно-модулированного гетеродина 10 анализатора спектра по частоте уровень его сигнала на выходе режек торного фильтра 2 все время поддерживается иостсянкым за счет автоматического из,;ененкя, . -ш управляемого аттекюато оа 13, При этом зату хание управляемот о аттенюатора 13 и

однозна хно свя:;аи .ое с ним напряже-- ние упр--:й:ш1о;цего сигнала на выходе 5;силителя 16 кзййчяетск в соотнйтст- ВИИ с амплйгудно- частоткой харажтб РИСГ -ГКОЙ (в .norapK№MK4acKotvi масштабе режекторного фштй-Г ра 2„

Наличие Д :;г о нкто:.хъного скгкала частотно-модуПйроваг-гкох с га героцина to Hh ззсоде янаяяззт:;-ра . чектра и со отзетствекнг) на первом (спг нальиом) входе скеситгж: 5 ке оказывает злил- ния на ripOi.-ecL пзмереикй спеч;г иа ана лиззтором спектчар так как уровень /гог-ющью б. 1 соГ 1таилиБг й с .; и; ;стзен - уяя Ск/гнгшя гатеродкна подэвяамо о на эт ::;рой ьхоя- :чвск1 еля

i

Э1 огс сигнала ласовгния ус vro неньшик - -а

ми А Ъ раооты

смесятел;; ,, i частота э л Ол о сигнала с точностью до фзяь раь;на час - оте частотно-модулированного гетеродкн-з. 10, что исключазт обрЕзовакке дополнительных ком{5икаций ггрк преобразованни частоты 3 смесителе 5 аналязатсрг спекгра Так как частота ac j OTHC - Mr ufyjiijpO jsaHHO o reT epo.ictn-а iO отпя;чае-; ся в

Кай;цЫЙ KObi::::, 3:.Jc:HeKi; О : ; аС ; О Ь:; ЧЯ стройхй я: -;;-..-:: ;эатоп сп- р тра на велч чину П --:ь -::ч у-го«ной часо/о г;;:- ; Г о s одг-ш и тот ;:,:; McwaK ;/ jjaitprnicuKwe Ни аыход Э уежтите и 6 ::иредйлкг1 экачанке алжлнтудно- - астоэкой карак- TepHCTJ-fKK режек орнс):ч; фильт а 2 на частоте5 О ) л Маюд ейсй от ЧАСТОТТ- нз меряемой еггак грвлькой состаклязощей сигнала J такксе на зслйч ;ку пуог-гежу- Б -азультате этого iict;pocT : парестройки : гра по частс гв и ниж ег о ;; гтер )дйка

;ПЗС:ЙНа OuSKTpaJibKCH

, иа дк

ro SHOH частоть5в

Щ5И постоянной

анаяизатора сив: }

ней настройк

10 икфорг йкля Г;-:

еоставо-шюат :;;- С:Р

retCTOpi: 3 Ticcvo iiFO опережает информадию о эй-тухйнкй рогак- с-рного фильт-

ра 2 ка ,- этг.й ; ;пектрал;-ной

сос авлят Цйй., Г1ол;.;ча;-оч:; го на Е:ьжода

УСИЛИТЕЛЯ 16 упр,з.1гяял(Ш-его смг дйлвг

ка время; от реде;;:лемс е йна г онггам ггро

межуточной qa vj O i-bi ч скорос г ь; si jspsстройки по acv ov: ;;; чяс -с исг-модули-

ров энного 1-йтер -щк: гй. Шл

IIcsTDbri isoj fv-fittHKi;. уначекгй уровней снектуаулЬйк,;: сос йьляйдшг: ис следуамоггг cHi Kaj;a к,л;;рЕй ® с зыко

g

) 10

- 15 --

о

4309016 .

да детектора 8 задерживается в линии 12 задержки на заданное время, а затем суммируется в сумматоре 15 с напряжением, пропорциональным затуханию режекторного фильтра 2 на соот- ветствунщей частоте. Напряжение на входе сумматора 15 формируется с помощью инвертора 17, на вход которого поступает сигнал, соответствующий амплитудно-частотной характеристике релсекторного фильтра 2, Результат cyм шpoвaния определяющий уровни спектральных составляющих исследуемого сигнала в логарифмическом масштабе подается на второй вход индикатора 11 анализатора спектра и осуществляет вертикальное отклонение луча электроннолучевой трубки индикатора. Процесс измерения периодически повторяется с частотой, задаваемой генератором 9 разверткие В результате на экране индикатора 11 наблюдается изображение спектра в большом дина25 у-жческом диапазоне уровней в логарифмическом масштабе

Таким o6pa3OMj повьппение точности измерений и сокращение времени их проведения обеспечивается за счет ав30 токатического учета в процесс изме- рект Тй реальной амплитудно-частотной характеристики применяемого режектор- фильтра.

20

0

5

Формула изобретения

1 Способ последователького анализа спектра сигнала,основанный нарежектор- ной фштьтрацик наиболее мощных спек- . тральных составлякячих исследуемого сигнала5 анализе спектра после режек- шш Ti увеличении спектральных составляющих на величину затухания от ре- ясекции на -частотах этих спектральных составляющих5 о тличающи й- с я TGMs ЧТО, с целью повытения точности измерений уровней спектральных составляющих и сокращения времени их проведения во всем динамическом диапазоне до, длит пьности одного цикла присмотра исследуемого диапазона частот j дополнительно одновременно и синхронно с перестройкой анализирую- шего фильтра снимают амплитудно-частотную характеристику режекторного орршьтра,, умножают в каждый момент ; времени измеренный .на выходе анализирующего фильтра уровень сигнала на значение этой амплитудно-частотной

характеристики, определенное в тот же момент времени, и регистрируют по- лучекньй результат как уровень спектральной составляющей исследуемого сигнала.

2, Устройство последовательного анализа спектра сигнала, содержащее последовательно соединенные режектор- ный фильтр и анализатор спектра, вклю чающий последовательно соединенные широкополосный тракт, смеситель, по-, лосовой фильтр, Усилитель промежуточной частоты и детектор, а также управляемый аттенюатор и генератор раз- вертки, один выход которого через частотно-модулированньй гетеродин подключен к второму входу смесителя, а другой выход соединен с входом индикатора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений уровней спектральных составляющих и сокращения времени их проведения во всем динамическом диапазо- не до длительности одного цикла про- смотра исследуемого диапазона частот.

в него введены последовательно соединенные блок выделения огибающей сиг- нала с частотой гетеродина, усилитель, инвертор и сумматор, а также линия задержки и блок согласования, вход которого является входом устройства, выход подключен к входу режек- торного фильт1Ьа, а второй вход через управляемый аттенюатор связан с выходом частотно-модулированного гетеродина, которьй одновременно подключен к первому входу блока вьщёления огибакидей сигнала с частотой гетеродина, второй вход которого соединен с выходом режекторного фильтра, при. этом выход усилителя соединен с вторым входом управляемого ат.тенюатора, а линия задержки включена между выходом детектора и вторым входом сум матора, выход которого соединен с, вторым входом индикатора.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок согласования вьтолнен в виде кольцевого или щелевого моста.

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и позволяет повысить точность измерений и сократить время их проведения во всем динамическом диапазоне до длительности одного цикла просмотра исследуемого диапазона частот. Устройство, реализующее способ, содержит режектор- ный фильтр 2, анализатор 3 спектра, включающий широкополосный тракт 4, смеситель 5, полосовой фильтр 6, усилитель 7 промежуточной частоты, детектор 8, напрш ер логарифмический детектор, генератор 9 развертки, ча- стотномодулированный гетеродин 10- и индикатор 11. Кроме того, устройство имеет управляемьй аттенюатор 13, вьшолненный, например, на диодах. Введение блока 1 согласования, вьшол о немного, например, в втаде кольцевого И.ПИ щелевого моста, линии 12 задержки, сумматора 15, yci-шителя 16 сигнала и инвертора 17 обеспечивает синхронное с перестройкой анализирующего фильтра снятие амплитудно-частотной характеристики используемого ре- л екторного фотьтра 2, При помощи ка 14 выделяется огибающая сигнала с частотой гетеродина анализатора спектра, вьтол,ненного, например, в виде синхронного детектора, и блока 1 согласования, вьтолненного, например, в виде кольцевого или щелевого моста, в каждый момент измеренного уровня сигнала. 2 с. и 1 з,п.ф-лы, 1 ИЭТ. tS с: