Анализатор спектра Советский патент 1993 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, может быть использовано при разработке анализаторов спектра последовательного действия, измерительных приемников и селективных вольтметров и предназначено для спектрального анализа периодических электрических сигналов, измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и фазо-частотных характеристик (ФЧХ) четырехполюсников.

Цель изобретения - повышение точности, расширение частотного диапазона и увеличение диапазона измеряемых значений фазы. .;

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого анализатора спектра.

Анализатор содержит преобразователь частоты 1, амплитудный детектор 2, блок 3 управления и обработки, индикатор 4, нелинейный функциональный преобразователь

5, гетеродин 6, фазовый детектор 7, интегратор 8, нелинейный функциональный преобразователь9, управляемый | фазовращатель 10, преобразователь 11 код О - напряжение (ПКН), генератор развертки О 12, преобразователь 13 частоты, опорный fS- генератор 14, блок 15 управления частотой. vj преобразователь 16 код - напряжение | (ПКН). ; .

Анализатор спектра (АС) имеет три режима работы: спектральный анализ элект- рических сигналов, измерение АЧХ и ФЧХ (.л четырехполюсников.

Спектральный анализ электрических сигналов происходит при включении коммутатора блбка 3 управления и обработки в положение, при котором сигналы в рабочем диапазоне частот Швх поступают на вход преобразователя 1, где преобразуются в

сигнал с фиксированной промежуточной частотой (ПЧ) Шпч

Шпч- (Иг- Швх(1)

d)f - частота сигнала гетеродина 6.

Сигнал АЧ поступает на детектор 2, затем на блок 3 и далее на вертикально отклоняющие пластины индикатора 4.

Измерение АЧХ четырехполюсников происходит при включении коммутатора в положении с использованием следящего генератора (СГ). состоящего из опорного генератора 14 и преобразователя 13, к второму входу которого подключен гетеродин 6. Опорный генератор 14 вырабатывает сигнал частоты Won преобразуемый.преобразователем 13 в сигна л частоты глсг в соответствии с выражением:

. (tier- (Dr- (ог (2)

При условии, что частота Ш0г пч в соответствии с (1) и (2) справедливо утверждение «вх. т.е. частота сигнала СГ .равна частоте настройки. АС. Уровень выходного сигнала СГ стабилизирован в диапазоне частот АС.

При измерении АЧХ четырехполюсника он включается между выходом СГ и. входом АС. АЧХ четырехполюсника на частоте а)определяется .

H.Unx(ftj)/UCrH(3) где UBx(ft)- амплитуда сигнала, прошедшего четырехполюсник на входе АС,

Ос({(У) - амплитуда сигнала СГ на вход .четырехполюсника.

Учитывая, что 1)Сг(л) const А, выражение (З)-принимает вид

. («)/А.... Перёд измерением ФЧХ четырехполюсника осуществляется калибровка АС при включе- нии коммутатора 17 в положении 1..

Блок 3 управления вырабатывает цифровой код, по которому генератор развертки 12 устанавливает частоту гетеродина 6 равной начальной частоте частотного обзора. Производится калибровка.собственной ФЧХ измерительного тракта АС, С этой целью выход СГ подключается на вход АС,, блок управления и обработки 3 измеряет и запоминает цифровой код, соответствующий выходному сигналу детектора 2. Затем изменяется частота опорного генератора 14 и фиксируется код управления..при подаче которого на преобразователь 15 частота опорного генератора соответствует максимальному уровню выходного сигнала детектора 2. Этот код запоминается блоком 3 и определяет равенство частот опорного генератора иПЧ, что обеспечивает минимальный фазовый набег входного сигнала при прохождении через фильтр ПЧ преобразо0

вателя 1. Затем коммутатор устанавливается в положение, при котором блок 3 измеряет и запоминает цифровой код, соответствующий выходному сигналу фазового детектора 7, пропорциональный фазовому набегу сигнала СГ в измерительном тракте на данной частоте.

Поскольку вторая составляющая выходного сигнала фазового детектора 7 фильтруется интегратором 8, то этот сигнал пропорционален фазовому набегу р сигнала СГ в измерительном тракте на данной частоте

ивыхфд о 1 11 11хХсоз(Ф1-с1,)1(1.(10х X cos ( f 1 ) + f/v( f 1 )(4)

Далее блок 3 генерирует цифровые коды и подает их на преобразователь 11, что приводит к изменению фазы фазовращателя 10 и изменению уровня сигнала на выходе фазового детектора 7. Нелинейный функциональный преобразователь 9 обеспечивает при этом постоянство уровня сигнала на опорном входе {6x2} фазового детектора 7 U2(f) U2 const(5) Определяется и запоминается блоком 3

цифровой код, при котором выходной сигнал фазового детектора 7 равен нулю. При этом обеспечивается компенсация набега фазы сигнала при прохождении измерительного тракта, а установленное значение

фазы фазовращателя определяет этот набег

. #OB(f) cr(fl)+ r(fl)(6)

Затем производится перестройка гетеродина 6 по частоте и определяются цифровые коды, позволяющие установить

значения фазовращателя для компенсации фазового сдвига в тракте на каждой частоте настройки АС. После одного сканирования по частоте и записи в блок 3 цифровых кодов процесс калибровки собственной ФЧХ

тракта считается законченным. Калибровка производится с периодичностью, определяемой стабильностью фазовых характеристик измерительного тракта АС, а также стабильностью фазы фазовращателя. Диапазом изменения фазы фазовращателя должен быть не менее максимального значения фазового набега в тракте в диапазоне чае ТОТ... . ;. . .. .. . - .

После выполнения калибровки произво дится подключение четырехполюсника между выходом СГ и входом АС и измерение его ФЧХ в диапазоне частот путем перестройки гетеродина 6. При этом напряжение на входе (вх. 1) фазового детектора 7 будет поддер- живаться постоянным с помощью

нелинейного функционального преобразователя 5 (т.е. Ui(f) Ui const) и дополнительной погрешности за счет неравномерности АЧХ измеряемого четырехполюсника не возникнет.

Поскольку на каждой частоте измерения блок 3 генерирует извлеченный из памяти и определенный в процессе калибровки цифровой код, устанавливающий фазу фазовращателя в положении, при котором происходит компенсация фазового набега в измерительном тракте, то при измерении будет использоваться полный раскрыв характеристики фазового детектора, т.е. ограничений частотного диапазона, вызываемого фазовым сдвигами в тракте, не будет, т.е.

УИЗМ.ФД - КФЛ 2Ul U2 cos for (f) + & (f) + уьШ- КфД2и1и2х

x cos x(f)(7) где ) - ФЧХ измеряемого четырехполюсника.

Формула изобретения Анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные с его входом первый преобразователь частоты, амплитудный детектор, блок управления и обработки и индикатор, последовательно соединенные опорный генератор и второй преобразователь частоты, выход которого соединен с выходом анализатора спектра.

гетеродин, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго преобразователей частоты, а вход - выходом генератора развертки.

своим входом подключенного к первому выходу блока управления и обработки, а также фазовый детектор, отличающийся тем, что. с целью повышения точности, расширения частотного диапазона и увеличения диапазона измеряемых значений фазы, в него введены первый и второй функциональные преобразователи, управляемый фазовраща- тель, первый и второй преобразователи код - напряжение, блок управления частотой и

интегратор, выход которого подключен к второму входу блока управления и обработки, а вход - выходу фазового детектора, входы которого соединены с выходами функциональных преобразователей соответствённо, вход первого из которых соединен с выходом первого преобразователя частоты, а вход второго функционального преобразователя через управляемый фазов- ращатель подключен к выходу опорного генератора, вход которого через блок управления частотой соединен с выходом второго преобразователя код - напряжение, подключенного к третьему выходу блока управления и обработки, четвертый

выход которого соединен с входом первого преобразователя код - напряжение, подключенного своим выходом к второму входу управляемого фазовращателя,

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для спектрального анализа периодических электрических сигналов, измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и фа- зо-частотных характеристик (ФЧХ) четырехполюсников. Цель изобретения - повышение точности расширения частотного диапазона и увеличение диапазона изме- ряемых значений фазы. Эта цель достигается введением в устройство преобразователей код-напряжение, функциональных преобразователей, интегратора, фазовращателя, блока управления частотой. Преобразователь частоты, амплитудный детектор, блок управления и обработки, индикатор, гетеродин, фазовый детектор, генератор развертки, преобразователь частоты, опорный генератор. Устройство содержит также преобразователь частоты, амплитудный детектор/блок управления и обработки, индикатор, гетеродин, фазовый детектор, генератор развертки, преобразователь частоты и опорный генератор, 1 ил. (Я С