АНАЛИЗАТОР КОМПЛЕКСНОГО СПЕКТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСИГНАЛОВ Советский патент 1971 года по МПК G01R23/00 

Известные анализаторы комплексного спектра с использованием линии задержки не обеспечивают непрерывного наблюдения текущего спектра сигнала, что ограничивает область их применения чисто исследовательскими целями.

Предлагаемый анализатор отличается от известных тем, что в каждый отвод линии задерл ки последовательно включены электронные ключи, связанные по цепи управления с генератором гармоник, блоки затягивания импульсов и функциональные умножители, ко вторым входам которых подключены выходы генератора сетки дискретных частот, а выходы функциональных умнол ителей объединены вместе и подключены ко входам амплитудного и фазового детекторов, причем второй вход последнего соединен с генератором начальной частоты.

Это позволяет осуществлять наблюдение текущего спектра сигнала при одновременном обеспечении равной точности анализа в пределах всего анализируемого диапазона частот, включая постоянную составляющую.

На фиг. 1 представлена блок-схема анализатора; на фиг. 2 - амплитудный и фазовый спектры элементарного моделируемого сигнала; на фиг. 3 - элементарные сигналы и людели их спектров во временном масштабе.

Работа анализатора основана на моделировании спектра во временной области. Анализируемая функция времени f(t) с полосой частот от О до п/Т в соответствии с теоремой Котельникова быть представлена как

sin- (t-пТ)

f(t)I.f(nT)

(1)

- (t-пТ)

Спектр входящего сюда элементарного сигнала

sin- (t-пТ)

fn(t)f(nT)

(2) Y (t-пТ)

будет

Sn(.)(nT)n(,

(3)

ii Ь /

где

1, при

(4)

Т О, при Таким образом, каждый элементарный сигнал может быть охарактеризован своим модулем (см. фиг. 2а) An(} l(nt)u((6) И фазой (см. фиг. 26) Фи({о) . Спектр полного сигнала характеризоваться комбинацией элементарных модулей и фаз, образованной по закону суммирования экспоненциальных членов (3), т. е. по закону сложения векторов. С учетом возможности реализации такого закона сложения в качестве модели спектра элементарного сигнала принята функция времени в виде гармонического колебания произвольной начальной частоты vo, амплитуда которого следует закону (6), а фаза - закону (7), т. е. в виде Sn(t)an(t) + n(t), an(t)l(nT)n ( n(t)n t, причем весь спектр в пределах ш; воспроизводится в интервале времени , а амплитудный масштаб выбран Произвольно. На фиг. 3 приведены графики трех элементарных сигналов с соответствующими моделями их спектров. Спектр5 n(ci)) () элементарного сигнала fn(t), соответствующего отсчету анализируемой функции в точке , моделируется колебанием /п(0 с амплитудой a-n(t) и частотой Vn vo-nQ (см. фиг. За). Колебание этой частоты с постоянной скоростью «И убавляет свою фазу относительно фазы начальной частоты vo и, таким образом, характеризуется постоянной крутизной наклона фазовой характеристики (рп(), совпадающей в принятом масштабе времени с крутизной изменения фазы (7). Спектр 5о(со) элементарного сигнала fo{i) моделируется колебанием So(t) с амплитудой GO (О и начальной частотой vo (см. фиг. 36). При этом в соответствии с (7) при фаза фо(0 будет иметь нулевую крутизну наклона. Аналогичная зависимость имеется меладу сигналом fn(t) и моделью его спектра Sn(t} (см. фиг. Зв), где моделирующее колебание частоты с постоянной скоростью наращивает свою фазу относительно фазы начальной частоты Vo, что выражается положительным наклоном его фазовой характеристики фп(/). ствующих элементарных сигналов, т. е.что амплитуда a(t) и фаза (f(t) суммарногомоделирующего сигнала s((0-2an( + 9«((9) л/I соответствуют модулю Л (со) и фазе Ф (со) спектра исходного анализируемого сигнала 5(со). В соответствии с изложенными принципами моделирования действие схемы (см. фиг. 1) происходит следующим образом. Входной сигнал f(t) запоминается в линии / задержки на интервале NT, где Л - число звеньев в линии задержки, а Т - задержка на одно звено. Периодически, с частотой ключи 2 производят из этого сигнала выборки, амплитуды которых пропорциональны значениям входного сигнала f(nT}. Полученные таким образом сравнительно короткие импульсы затягиваются в блоках на Г сек, формируя напряжения вида f(nT)nl - /, которые поступают далее на функциональные умножители 4. Ко вторым входам функциональных умножителей подводятся напряжения от генератора сетки дискретных частот вида Vo + n. Каждое из этих напряжений образуется путем смешивания в однополосных модуляторах 5 двух сигналов с частотами Vo и nQ, вырабатываемыми соответственно генератором 6 начальной частоты и генератором 7 гармоник. Напряжение частоты Q используется также для управления работой ключей 2. В результате перемножения сигналов, подведенных к функциональным умножителям 4, на выходах последних образуются элементарные моделирующие колебания, описываемые выражением (8). В соответствии с формулой (9) эти сигналы складываются на общей нагрузке, формируя сложный амплитудно-фазомодулированный сигнал s(t), представляющий собой модель комплексного спектра анализируемого сигнала /(/). При этом модзль этого спектра воспроизводится временной огибающей выходного сигнала s(t), а его фаза - законом изменения мгновенной фазы высокочастотного заполнения. Для раздельного наблюдения модуля и фазы исследуемого спектра сигнал s(/) подводится параллельно к входам амплитудного Sи фазового 9 детекторов, причем для последнего в качестве опорной частоты используется напряжение от генератора начальной частоты Vo. При выполнении условия на выходах детекторов образзются сигналы а(/) и ф(/), форма которых в выбранном масштабе времени совпадает соответственно с амплитудным и фазовым спектрами сигнала f(t}. Отличительная особенность предлагаемого анализатора состоит в получении модуля и фазы спектра в виде четной и нечетной функций времени соответственно. Это совпадает с математическим определением модуля и

определить спектральные характеристики исследуемого сигнала в пределах всего анализируемого диапазона частот, включая О гц.

Предмет изобретения

Анализатор комплексного спектра электрических сигналов, содержащий линию задержки с отводами, генератор сетки дискретных частот, состоящий из генератора начальной частоты, однополосных модуляторов и генератора гармоник, а также амплитудный и фазовый детекторы, отличающийся тем, что, с целью непрерывного наблюдения текущего значения комплексного спектра сигнала при одновременном обеспечении равной точности

анализа в пределах всего анализируемого диапазона частот, включая постоянную составляющую, к каждому отводу упомянутой линии задержки последовательно подключены электронные ключи, связанные по цепи управления с упомянутым генератором гармоник, блоки затягивания импульсов и функциональные умножители, ко вторым входам которых подключены выходы упомянутого генератора сетки дискретных частот, а выходы функциональных умножителей объединены вместе и подключены ко входам упомянутых амплитудного и фазового детекторов, причем второй вход последнего соединен с упомянутым генератором начальной частоты.

гФ

5(f)

tn

j

I ФлГЧ

-f

Фиг.З