Анализатор спектра Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

{54 ) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для спектрального анализа электричес ких сигналов. Известны анализаторы спектра, содержащие входной анализатор, три каскада преобразования частоты, схему управления частотой гетеродинов. Усилители, детектор и осциллографический индикатор 11. Недостатком этих анализаторов является ограниченный динамический диа пазон и невозможность определения по бочных составляющих спектра. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и идентификация побочных (паразитных) откликов. Поставленная цель достигается тем что в анализатор спектра, содержаний последовательно включенные входной аттенюатор, фильтр нижиих частот, тр каскада преобразования частоты, кгикдый в составе последовательно соединенных смесителя, усилителя промежуточной частоты и подключенного к оме сителю гетеродина, отсчетный аттенюатор, узкополосный фильтр, логарифми ческий усилитель, детектор и осцнллографический индикатор, а также ге.нератор пилообразного напряжения, блок управления полосой обзора, два блока управления частотой, причем выход генератора пилообразного напряжения объединен со вторым входом ос циллографического индикатора и со входом блока управления полосой обзора, а выходы блока управления полосой обзора соединены с управляющими входами первого и второго гетеродинов через соответствующие блоки управления частотой, введены два ступенчатых аттенюатора, два блока управления этими аттенюаторами, триггер и формирующее устройство, причем один ступенчатый аттенюатор включен между эыходом фильтра нижних .частот н вход( первого смесителя, другой ,- между выходом третьего усилителя промежуточной частоты и входом отсчетного аттенюатора, выходы блоков управления аттенюаторами подключены к управляющим входам ступенчатых аттенюаторов, а их входы соединены с соответствующими выходами триггера, вход которого через формирующее устройство подключен к выходу генератора пилообразного напряжения. На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора} на фиг. 2-5осциллограммы, поясняющие принцип работы. Анализатор содержит входной аттенюатор i, фильтр 2 нижних частот, ступенчатый аттенюатор 3, смеситель 4 первого преобразователя, гетеродин 5, усилитель 6 промежуточной частоты ЧУПЧ), смеситель 7 второго преобразователя, гетеродин 8, усилитель 9 промежуточной частоты ( УПЧ), смеситель 10 третьего преобразователя, гетеродин 11, усилитель 12 промежуточной частоты (|УПЧ/), ступенчатый аттенюатор 13, отсчетный аттенюатор 14, уэкополссный фильтр 15, логарифмический усилитель 16, детектор 17, осциллографический индикатор 18, генератор 19 пилообразного напряжения, блок 20 управления полосой обзора, блок 21 управления частотой первого преобразователя, блок 22 управления частотой второго преобразователя,фор мирующее устройство 23, триггер 24, блоки 25 и 26 управления ступенчатыми аттенюаторами. Входной разъем анализатора подклю чен через последовательно соединенны входной аттенюатор 1, фильтр 2 нижни частот и ступенчатый аттенюатор 3 с входом смесителя 4, другой вход кото рого подключен к выходу гетеродина 5 Выход смесителя 4 через усилитель б промежуточной частоты соединен со вх дом смесителя 7, другой вход которог подключен к выходу гетеродина 8. Вы.ход смесителя 7 через УПЧ 9 соединен со входом смесителя 10, другой вход которого подключен к выходу гетероди на 11. Выход смесителя 10 через последовательно соединенные УПЧ 12, сту пенчатый аттенюатор 13, отсчетный ат тенюатор 14, узкополосный фильтр 15, логарифмический усилитель 16 и детек тор 17 подключен ко входу осциллографического индикатора 18. Другой вх осциллографического индикатора 18 подключен к выходу генератора 19 пилообразного напряжения, подключенного одновременно ко входам блока 20 управления полосой обзора и к формирующему устройству 23. Один выход блока 20 управления полосой обзора соединен через блок 21 управления частотой с управляющим входом гетеродина 5, другой выход соединен через блок 22 управления частотой с управляющим входом гетеродина В. Выход блока 23 соединен со входом триг гера 24. Один выход триггера 24 через блок 25 управления аттенюатором соединен с управляквдим входом ступенчатого аттенюатора 3, а другой выход через блок 26 управления аттенюатором соединен с управляющим входом ступенчатого аттенюатора 13. Анализатор спектра работает следующим образом. Исследуемый сигнал частоты через входной аттенюатор 1, фильтр 2 нижних частот, ступенчатый аттенюатор 3 подается на вход смесителя 4, где с помощью сигнала, поступающего с гетеродина 5 преобразуется в промежуточную частоту, выделяемую УПЧ 6 и подаваемую на вход смесителя 7. На второй вход смесителя 7 поступает сигнал частоты от гетеродина 8. Сигнал разностной частоты с выхода смесителя 7 выделяется УПЧ 9 и подается на смеситель 10, на второй вход которого поступает сигнал с гетеродина 11. Сигнал разностной частоты выделяется УПЧ 12 и через ступенчатый ат тенюатор 13, отсчетный аттенюатор 14, узкополосный фильтр 15 и логарифмический усилитель 16 подается на детектор 17. С выхода детектора 17 продетектированный сигнал поступает на вертикальные отклоняющие пластинки осциллографического индикатора 18. Перестройка по частоте аттенюатора спектра с одновременным горизонтальным сканированием луча на экране осциллографического индикатора 18 осуществляется с помощью генератора 19 пилообразного напряжения. Сигнал с выхода этого генератора через блок 20управления полосой обзора и блоки 21и 22 управления частотой поступает на управляющий вход гетеродина 5 или 8 (в зависимости от выбранной -полосы обзора). При широких полосах обзора перестройка по частоте выполняется с помощью гетеродина 5, а при узких с помощью гетеродина 8. Блок 20 уп равления полосой обзора выполняет функции делителя и коммутатора, подавая сигнал с выхода генератора 19 пилообразного напряжения на вход блока 21 либо на вход блока 22. Управление ступенчатыми аттенюаторами 3 и 13 осуществляется с помощью триггера 24 через блоки 25 и 26 управления. На вход триггера 24 со схемы формирования 23 поступают импульсные сигналы, привязанные по времени к моменту обратного хода сигнала генеf aTopa 19 пилообразного напряжения. На фиг.2 и 3 представлены сигналы на входе анализатора и после преобразования. На фиг.4 представлены осциллограммы, поясняющие принцип работы. На первой осциллограмме изображен сигнал на выходе генератора 19 пилообразного напряжения, на второй сигнал на выходе формирующего уст..ройства 23, на третьей - сигнал на входе блока управления 25, а на четвертой - сигнал на входе блока управления 26. Как видно из третьей и четвертой осциллограмм,на входы блока 25 и 26 управления поступают периодически повторягациеся импульсные сигналы противоположной полярности, осуществляющие (синхронно с разверткойj включение или выключение дискретных аттенюаторов 3 и 13. При этом, если аттенюатор 3 включен ((т.е. имеет

ослабление и ДБ), то аттенюатор 13 выключен (.т.е. имеет ослабление О д и наоборот. Такое поочередное манипулирование аттенюаторами 3 и 13 приводит к тому, что коэффициент передачи тракта анализатора для основного измеряемого сигнала остается без из мёнения, а для комбинационных составляккцих, возник кяцих при перегрузке смесителя4 он периодически изменяется. На фиг. 5 изображен спектр измеряемого сигнала. Пунктиром показавы изменения побочных откликов,, возникгисяцие за счет перегрузки смесителя 4, амплитуды которых периодически изменяются.- За счет увеличения исследуемого сигнала на входе смесителя 4 ((выходящего за пределы номингшьного уровня динамически диапазон анализатора спектра удается расишрить на 20 дБ, при этом побочные отклики, возникеиощие из-за перегрузки смесителя, могут быть легко идентифицированы (амплитуда их периодически изменяется в отличие от истинных откликов. Физически указанный эффект может быть объяснен следующим образе. При изменении ослабления аттенюатора

3в небольших пределах ((например 0-3 дБ/ происходит изменение в этих же пределах сигнала на входе смесителя 4, что соответственно приведет к изменению сигнала и на его выходе. Однако, если уровень сигнала полезной разностной частоты на выходе смеси-теля 4 изменяется в тех же пределах (о-З дБ (, что и сигнал на Бxoдe тo уровни комбинационных частотиР-тРс

((где W и №| -числа натурального ряда начиная с 2,3)на выходе смесителя

4((в силу нелинейности вольт-амперных характеристик диодов смесителя)) будут изменяться непропорционально изменению сигналана входе смесителя (6 дБ. С помощью другого ступенчатого аттенюатора 13, включенного в тракт промежуточной частоты и работающего синхронно со ступенчатым аттенюатором 3, производится выравнивание коэффициента передачи тракта анализатора. Если ступенчатый аттенюатор 3 имеет ослабление О дБ, то , ступенчатый аттенюатор 13 в это же время имеет ослаблениепдБ, например 3 дБ . При изменении ослабления аттенюатора 3 на и дБ (например 3 дБ ) ступенчатый аттенюатор 13 будет иметь ослабление при этом О дБ и т.д. Таким образом, для полезной комбинационной составляющей коэффициент передачи тракта анализатора остается

Неизменным, а для других I.побочных комбинационных составлякедихОн периодически изменяется.

Результаты исследования предлагаемого анализатора спектра показывают, что динамический диапазон может быть расширен до 80-90 дБ при наглядной идентификации паразитных откликов.

to

форнула изобретения

Анализатор спектра, содержащий последовательно включенные входной аттенюатор/ фильтр нижних частот, три каскада преобразования частоты, в составе последовательно соединенных смесителя, усилителя промежуточной частоты и подключенного к смесителю гетеродина, отсчетный аттенюатор, узкополосиый фильтр, логарифмический усилитель, детектор и осциллографический индикатор, а также генератор пилообразного напряжения, блок управления полосой обзора

5 и два блока управления частотой, причем выход генератора пилообразного напряжения объединен со вторым входом осциллографического индикатора и со входом блока управления полосой об-: зора, а выходы блока управления по0лосой обзора соединены с управляющими входами первого и второго гетеродинов через соответствующие блоки .управления частотой,, отличающий с я тем, что, с целью расши5рения динамического диапазона и идентификации побочных откликов , введены два ступенчатых аттенюатора, двй блока управления этими аттенюаторами, триггер и формиругадее устройство,

0 причем один ступенчатый аттенюатор включен между выходом фильтра нижних частот и входом первого смесителя, другой - между выходом третьего усилителя промежуточной частоты и входом отсчетного аттенюатора, выходы блоков .управления аттенюаторами- подключены к управляющим входам ступенчатых аттенюаторов, а их входы соединены с соответствующими выходами

л триггера, вход которого через фармкрующее устройство подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 1. .Анализатор:; спектра М S 62 В фирмы Anzitsu (Япония), IEE, ноябрь 1976, с. 26. П D4IH3i3-H5 1 ) 1