СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ УЗКОПОЛОСНЫХ и УЗКОКОМПОНЕНТНЫХ ПРОЦЕССОВ Советский патент 1972 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиотехнике.

Известен спектроанализатор для высокочастотных узкополосных и узкокомпонентных процессов, содержащий первый смеситель сигнала, фильтр, источник образцовой спектральной плотности, второй смеситель, кварцевый фильтр, синхронный детектор, фильтр низкой частоты и отсчетное устройство, а также первый смеситель канала опорной частоты и общий гетеродин.

Цель изобретения - повыщение точности измерения. Достигается она тем, что во второй гетеродин предлагаемого спектроанализатора, использующий внешний опорный сигнал, .введены перестраиваемый в небольщих пределах высокостабильный низкочастотный генератор и неперестраиваемый генератор, причем выходы последнего соединены с одним входом предварительного смесителя 1-го порядка и со входом умножителя 1-го порядка канала неперестраиваемого генератора; выходы умножителя 1-го порядка этого канала подключены одновременно ко входу опорного сигнала синхронного детектора, .ко .второму входу предварительного смесителя 1-го порядка, ко входу умножителя 2-го порядка канала неперестраиваемого генератора и через переключатель - ;к одному из входов предварительного смесителя 2-го порядка; выход умножителя 2-го порядка канала неперестраиваемого генератора соединен с одним из входов предварительного смесителя 3-го порядка и через переключатель - со вторым входом предварительного смесителя 2-го порядка. Выход последнего через фильтр подключен к одному из входов последующего смесителя 3-го порядка, выход которого через фильтр соединен со входом второго смесителя канала сигнала, .выходы .перестраиваемого генератора соединены с другим входом последующего смесителя 1-го порядка, выход .которого через фильтр и переключатель подключен к первому .входу предварительного смесителя 2-го порядка и ко входу умножителя 1-го порядка

канала перестраиваемого генератора, причем выход этого умножителя через переключатель такнсе соединен с первым входом предварительного смесителя 2-го порядка п со входом умножителя 2-го порядка этого канала, выход которого через переключатель соед1 ; ен со вторым входом предварительного смесителя 2-го .порядка. Выход первого смесителя каиала опорной частоты через фжчьтр подключен ко второму входу предварительного смесителя 3-го порядка, выход которого через фильтр соединен со вторым входом последующего смесителя 3-го порядка.

второго гетеродина основаны на следующих предпосылках и соображениях. Как известно, для гетеродинлого анализатора промежуточная частота /пч определяется разностью между частотой гетеродина fi- и частотой сигнала /с (или сигнала и гетеродина) т. е.

fn,fr-/c.(1)

При наличии когерентного сигнала /о частота сигнала может быть представлена в виде

/с /о±А/,(2)

где: Af - исследуемое расширение спектра, обязанное модуляции сигнала.

Сформируем гетеродинный сигнал так, чгобы он был разностью (суммой)

fr-fo-/on,±AF(3)

где /опч - частота неперестраиваемого генератора анализатора, равная опорной частоте СД;

Af - расстройка низкочастотного перестраиваемого генератора.

Как следует из зависимости (1), частота опорного .внешнего сигнала /о, входящая одновременно в /с и fr, исключается, вследствие чего стабильность частоты /о не влияет на результат анализа.

С другой стороны, частота неперестраиваемого генератора /опч, формирующая одновременно опорную частоту СД, также не влияет на результат анализа, поскольку с изменением /опч в зависимости (3) одновременно изменяется частота опорного сигнала СД.

Отсюда следует, что точность, стабильность и контролируемость перестройки частоты анализатора определяются только третьим слагаемым AF в зависимости (3). Возьмем в качестве перестраиваемого генератора кварцевый генератор на 10 кгц. В этом случае стабильность его может иметь норядок 0,1- 0,01 гц, возможность перестройки ±5 гц. Точность перестройки в указанных .пределах, обеспечиваемая элементами перестройки (индуктивностью или емкостью) с погреп1ностью в единицы процентов, может составлять 0,1 гц. Эти цифры можно значительно улучшить выбором более низкой частоты перестраиваемого генератора.

Во избежание перегрузки СД напряжение на его входе не должно превышать предельного значения единиц вольт, выходной же эффект определяется как спектральной плотностью и мощностью, так и полосой пропускания СД. При высокой разрешающей способности и значительной ширине анализируемой компоненты вследствие незначительности выходного эффекта СД динамический диапазон измеряемых значений спектра существенно сужается. С целью расширения динамического диапазона между оконечным каскадом УПЧ и ЧД включают нормирующую полосу узкополосную линейную систему (кварцевый фильтр) с полосой пропускания в 10-30 раз

большей, чем самая узкая полоса пропускания СД.

На чертеже представлена блок-схема данного устройства.

Преобразователь первой промежуточной частоты, состоящий из смесителей / и 2, фильтров 3 и 4 н общего гетеродина 5, необходим в случае исследования спектров сигналов на частотах выще 10-15 мгц, на которых фильтр 3, играющий роль преселектора, уже не обеспечивает подавления сигналов (помех или других компонент), поступающих по зеркальному каналу. Особенностью преобразователя является включение гетеродина 5 одновременно в оба канала /о и /с.

Линейная часть анализатора с элементами 6, 7, 9, 10, 11 не имеет особенностей за исключением узкополосной линейной системы 8 (кварцевый фильтр), речь о которой шла выше. Фильтр нижних частот 10 является основным элементом, определяющим разрешающую способность анализатора. При градуировке спектральной плотности в единицах мощности отсчетное устройство // содержит квадратор. Для калибровки (корректировки) шкалы интенсивности спектральной плотности анализатор содержит источник образцовой плотности 12.

Неперестраиваемый генератор, состоящий из основного НЧ генератора 19, умножителя частоты 1-го .порядка /8 и умножителя частоты 2-го порядка 17, должен быть достаточно стабильным ло частоте (кварцевым).

Перестраиваемый генератор, состоящий из основного низкочастотного генератора 20, умножителя частоты 1-го порядка 21 и умножителя частоты 2-го порядка 22, должен перестраиваться в незначительных пределах (до 5-10). Сама перестройка должна быть стабильной .во времени. Схема геиератора 20 идентична схеме генератора 19.

Непосредственное смешение сравнительно низкой частоты перестраиваемого генератора с высокой частотой внешнего опорного сигнала (иа 3-4 порядка выше первой), возможное теоретически, встречает при выделении суммарного (разностного) сигнала значительные практические трудности. Такое выделение требует от последующих (полосовых) фильтров слищком высокой избирательности. Поэтому в анализаторе смещение сигнала происходит в три ступени с повышением каждый раз «высокочастотности выходного сигнала.

Смеситель первого порядка, состоящий из предварительного смесителя 25, фильтра 26, последующего смесителя 27 и фильтра 28, обеспечивает получение перестраиваемой промежуточной частоты последних двух слагаемых в зависимости (3) в минимальных пределах AF.

Смеситель второго порядка, состоящий из предварительного смесителя 23 и фильтра 24, обеспечивает создание перестраиваемой частоты второго порядка.

Сместитель третьего порядка, состоящий из предварительного смесителя 13, фильтра 14 и последующего смесителя 15 и фильтра 16, обеспечивает создание гетеродинного сигнала, перестраиваемого в пределах исследуемого спектра.

Покажем, что гетеродинный сигнал, поступающий с фильтра 16, соответствует зависимости (3). Обозначим частоту неперестрпиваемого генератора 19 через fiB Fo (/19 - частота сигнала на выходе генератора 19), а частоту перестраиваемого генератора 20 через

/„ ,± AF.

Пусть коэффициент умножения (деления) делителей (умножителей) 18, 21 и 17, 22 соответственно N и (Л). Тогда, если фильтр 26 настроен на сумму, а фильтр 28 - на разность смещиваемых частот,

/36 NF, + F f .а - ( + ) - (Р. ± А/ NF, ± F.

Если фильтр 24 настроен на сумму, то, в зависимости от положения переключателя,

b, , + NF,

/24, NF, + N(F, + Af) NF, ± TVAf;

/24, NF + N(F, ± AF) r + NF ± .

Из этих равенств видно, что частота сигнала, поступающего с фильтра 24 (в зависимости от положения переключателя), отличается только девиацией.

Пусть сигнал, поступающий с фильтра 4, /о. Тогда, если фильтр 14 настроен на сумму

/:4 - fo + 0,

сигнал, поступающий с фильтра 16, если он настроен на разность частот, имеет значение соответственно

f.i f,4 -f.4 fo + - (NF, + NF,±&F) F,-NF,

что полностью совпадают с формулой (3).

Предмет изобретения

Спектроанализатор для высокочастотных узкополосных и узкокомпонентных процессов, содержащий первый смеситель канала сигнала, фильтр, источник образцовой спектральной плотности, второй смеситель, кварцевый фильтр, синхронный детектор, фильтр низкой частоты и отсчетное устройство, а также первый смеситель канала опорной частоты и об5 щий гетеродин, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, во второй гетеродин, использующий внещний опорный сигнал, введены перестраиваемый в небольших пределах высокостабильный низ10 кочастотный генератор и не перестраиваемый генератор, причем выходы последнего соединены с одним входом предварительного смесителя 1-го -порядка и со входом умножителя 1-го порядка канала неперестраиваемого 5 генератора; выходы умножителя 1-го порядка этого канала подключены одновременно ко входу опорного сигнала синхронного детектора, ко второму входу предварительного смесителя 1-го порядка, к входу умножителя 2-го

0 порядка канала неперестраиваемого генератора и через переключатель - к одному из входов предварительного смесителя 2-го порядка, выход умножителя 2-го порядка канала неперестранваемого генератора соедн5 йен с одним из входов предварительного смесителя 3-го порядка и через переключатель- со вторым входом предварительного смесителя 2-го порядка, выход последнего через фильтр подключен к одному из входов последующего смесителя 3-го порядка, выход которого через фильтр соединен со входом второго смесителя канала сигнала, выходы перестраиваемого генератора соединены с другим входом последующего смесителя 1-го порядка, выход которого через фильтр и переключатель подключен к первому входу предварительного смесителя 2-го порядка и ко входу умножителя 1-го порядка канала перестраиваемого генератора, причем выход

0 этого умножителя через переключатель также соединен с первым входом предварительного смесителя 2-го порядка и со входом умножителя 2-го порядка этого канала, выход которого через переключатель соединен со вторым входом предварительного смесителя 2-го порядка, при этом выход первого смесителя канала опорной частоты через фильтр подключен ко второму входу предварительного смесителя 3-го порядка, выход которого через фильтр соединен со вторым входом последующего смесителя 3-го порядка.

J -ч-ч-I Г I:.А.-.11. IV I - .- -Д ,...-..- 1 -BBJ-..- ,I

Lj{jO rCI LJ ., JLtiJ- IIfOm

Hs } f г

, 1

i4r

1-- 26 27