Панорамный анализатор спектра Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

(54) ПАНОРАМНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к измерительной радиотехнике и может быть использовано для экспериментального определения спектра мощности в анализаторах спектральных характеристи детерминированных и случайных процессов . Известен многоканальный анализатор спектра мощности,., содержагдий вх ное устройство, к выходу которого параллельно подключены N цепей/ сО стоящих из последовательно соединен ных полосового фильтра, детектора и усредняющего устройства, выходы которых подключены к соответствующим входам кольцевого коммутатора, бло развертки и индикатор TilНесмотря на высокую скорость анал за подобные измерители спектра мощности обладают рядом недостатков В этих устройствах возможна потеря информсщии, если спектр исследуемого процесса оказывается шире, чем полос частот, перекрываемых набором фильтров. Из-за трудностей, связанных с микроминиатюризацией фильтров, с понижением области исследуемых частот, возрастают га бариты и вес фильтров. Кроме того, возникает необходимость выполнения противоречивых требований по обеспечению высокой разрешаю1цей способности и выбору количества фильтров, используемых для анализа. Известен также панорамный анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные входное устройство, смеситель, полосовой фильтр, блок управления, генератор развертки и генератор качающейся частоты, выход которого подключен ко второму входу смесителя, индикатор, первый вход которого подключен к выходу детектора, а второй вход подключен к другому выходу генер.я1тора развертки uj. Основным недостатком данного устройства является низкая точность анализа спектра сигналов с изменяющейся шириной спектра. Несмотря на то,что в момент времени,когда на индикаторе появляется спектр исследуемого сигнала, скорость анализа изменяется, разрешающая способность анализатора, определяемая полосой пропускания полосового фильтра,остается постоянной ДЛЯ- спектра с любой шириной полосы. Поэтому точность анализа спектра узкополосных сигналов существенно ниже, чем у широкополосных сигналов. Цель изобретения - повышение точности ансшиза. Поставленная цель достигается тем что в панорамный анашизатор спектра, содержащий последовательно соединенные входное устройство, смеситель, полосовой фильтр, детектор и индикатор, генератор качаквдейся частоты, выход которого подключен к второму входу смесителя,, генератор развертки, первый выход которого подключен ко второму входу индикатора, блок управления, вход которого подключен к выходу детектора, введены последовательно соединенные фазовращатель на 90, вход которого подключен к выходу входного устройства, первый квадратор, блок суммирования, блок дифференцирования, первый интегратор, блок деления и блок формирования регулирующего напряжения, второй вход которого подключен к выходу (, блока управления, второй квадратор, вход которого подключен к выходу входного устройства, а выход подключен ко второму входу блока сумми рования, второй интегратор, вход ко торого подключен к выходу блока сум мирования, а выход подключен ко вто рому входу йлока деления,регулируемый усилитель, первый вход которого подключен ко второму выходу генератора развертки/ второй вход подключен к выходу блока формирования напряжения, а выход подключен к входу генератора качающейс частоты, блок регулирования полосы пропускания, вход которого подключе к выходу блока формирования регулирующего напряжения, а выход подключ ко второму входу полосового фильтра блок регулирования частоты разверт. ки, вход которого подключен.к выход блока формирования регулирующего на пряжения, а выход подключен к входу генератора развертки. На чертеже представлена структур ная электрическая схема панорамного анализатора спектра. Анализатор содержит входное устройство 1, смеситель 2, полосовой фильтр 3, детектор 4, генератор 5 качающейся частоты, блок б регулиро вания полосы пропускания, индикатор 7, блок 8 управления регулируемый усилитель 9, генератор 10 развертки блок 11 регулирования частоты развертки, блок 12 формирования регулирующего напряжения, фазовращатель 13 на 90, квадраторы 14-1 и 14-2, блок 15 суммирования, блок 16 дифференцирования, интегратор 17-1 и 17-2, блок 18 деления. В .панорамном анализаторе спектра последовательно соединены входное устройстве 1, смеситель 2, полосовой фильтр 3, детектор 4, блок 8 управления, блок 12 формирования регулирующего напряжения, блок 11 регулирования частоты развертки, генератор 10 развертки,, регулируемы силитель 9, генератор 5 Качающейся , астоты, выход которого подключен ко торому входу смесителя 2. Выход ходного устройства 1 через послеовательно соединенные фазовращатель 3 на 90°, первый квадратор 14-1, лок 15 суммирования, к второму ходу которого через второй квадраор 14-2 подключен выход входного стройства 1, блок 16 дифференциования, первый интегратор 17-1 и лок 18 деления, к входу делителя оторого через второй интегратор 17-2 подключен выход блока 15 суммирования, подключен к другому входу блока 12 формирования регулирующего напряжения, выход которого подключен также ко второму входу регулируемого усилителя 9 и через блок 6 регулирования полосы пропускания - ко второму входу полосового фильтра 3. Индикатор 7 двумя входами подключен к выходу детектора 4 И к другому выходу генератора 10 развертки. Панорамный анализатор спектра работает следующим образом. Напряжение исследуемого процесса через входное устройство 1 поступает одновременно на первый вход смесителя 2, на вход фазовращателя 13 на 90° и на вход второго квадратора 14-2, На второй вход смесителя 2 подводится пос.(:оянное по амплитуде напряжение с частотой (от генератора 5 ка-.чающейся частоты), средняя частота которого устанавливается близкой к средней частоте спектра исследуемого сигнала. Частотная модуляция (линейное качание частоты) достигается в результате воздействия -на генератор 5 качающейся частоты напряжения с второго выхода генератора 10 развертки, которое проходит на вход генератора 5 качающейся частоты через регулируемый усилитель 9. Одновременно с первого .выхода генератора 10 развертки пилообразнре напряжение поступает на второй вход индикатора 7 для создания горизонтальной раз- , вертки электронного луча трубки. В атом случае перемещение луча трубки по горизонтали пропорционально частоте и горизонтальная ось служит осью частот. Частота развертки генератора 10 развертки регулируется напряжением, поступающим с выхода блока 11 регулирования частоты развертки. Напряжение с выхода смесителя 2 поступает на вход полосового фильтра 3, именадего центральную частоту настройки f и узкую полосу пропускания /sf, величина которой регулируется напряжением с выхода блока б регулирования полосы пропускания. Через полосовой фильтр 3 проходит участок исследуемого спектра шириной 4 для составляющих которо-i го в данный момент вьтолняется условие f - Яд- f + . Напряжение с выхода полосового фильтра 3 детектируется квадратичным детектором 4 и подается на первый вход индикат ра 7 для отклонения луча трубки по вертикали. Отклонение луча по верти кали пропорционально среднему значе нию мощности соответствующего участ спектра, заключенного в полосе частот /nf. Одновременно сигнал с выхода детектора 4 поступает на вход блока 8 управления, который работа в пороговом режиме и формирует пря моугольный сигнал, длительность которого определяется передним и задним скатами огибающей спектра мощности исследуемой реализации но появлению и пропаданию сигнала на вых де.полосового фильтра 3 и, соответственно, детектора 4. Сигнал исслед емой реализации с выхода входного устройства 1 одновременно поступает на вход второго квадратора 14-2 и «iepes фазовращатель 13-на 90 на вход первого квадратора 14-1, возво дящие мгновенные значения сигналов в квсщрат, выходные сигналы которь1х поступают на входы блока 15 суммирования. Сигнал с выхода блока 15 суммирования, пропорциональный квад рату огибающей входного сигнала, . одновременно поступает на второй ин тегратор 17-2 и через блок 16 дифференцирования - на первый интег эатор 17-1. Сигнал с выхода первого интегратора. 17-1 поступает на вход делимого блока 18 деления, на вхрд делителя которого-поступает сигнал с выхода второго интегратора 17-2. С выхода блока 18 деления напряжение пропорциональное среднеквадратичеркой ширине спектра исследуемого процесса, поступает на первый вход блока 12 формирования регулирующего напряжения, который вырабатывает напряжение регулирования, соответствующее измеренной среднеквадратической ширине спектра анализируемого сигнала/ поступающее на второй вход регулируемого усилителя 9, для регулировки коэффициента-усиления, на вход блока б регулирования полосы пропускания и на вход блока 11 регулирования частоты развертки. Регулирующее напряжение с выхода блока 12 формирования регулирующего напряжения поступает на входы блоков . регулирования только в те моменты, когда на выходе блока 8 управления имеется прямоугольный управляюаИй сигнал,соответствующий тому, что в просматриваемый учабток спектра по.пал спектр анализируемого сигнала. При этом под действием регулирующего напряжения уменьшается до оптимальной. ширина полосы пропускания полосового фильтра 3, пропорциональная среднеквадратической ширине спектра исследуемого сигнала, до величины, определяющей необходимую разрешакадую способность анализатора, обеспечивающую малую относительную погрешность анализа. Для узкополосных анализируемых спектров полоса пропускания полосового фильтра 3 устанавливается узкая, чем для широк ополосных спектров. При этог относитедз ьная погрешность анализа широкополосных и узкополосных спектров остается постоянной, что повышает точность их анализа. Одновременно с регулированием полосы пропускания полорового фильтра 3, т.е. регулированием разрешающей способности анализатора, осуществляется пропорциональное регулирование частотыразвертки генератора 10 развертки и частотный масштаб изображения на экране индикатора 7.- . Блок 11 регулирования частоты развертки под действием регулирующего напряжения устанавливает частоту развертки такой величины, чтобы время анализа было обратно пропорционально отрегулированной полосе пропускания полосового фильтра 3, т.е. пропорционально измеренной среднеквадратической ширине спектра, для реализации установленной разрешающей способности анализатора. Благодаря этому одновременно задается необходимая, ско- : рость изменения частоты колебаний генератора 5 качающейся частоты. Одновременно с этим регулирующее напряжение с выхода блока 12 формирования регулирующего напряжения устанавливает -.частотный масштаб изображения пропорциональным измеренной среднеквадратической ширине спектра исследуемого сигнала путем регулиро-вания коэффициента усиления регулируемого усилителя 9 по второму входу. Амплитуда пилообразного напряжения, поступающего со второго выхода генератора 10 развертки на вход генератора 5 качающейся частоты, регулируется в регулируемом усилителе 9 таким образом, что диапазон качания частоты генератора 5 качающейся час- . тоты устанавливается пропорциональным измеренной среднеквадратической ширине спектра.Это позволяет производить анализ и индикацию только той части частотного диапазона, в котозой расположен спектр анализируемого сигнала. Все это ПРИВОДИТ в конечном итоге к повышению точности анализа спектра исследуемой реализаии. Формула изобретения . Панорамный анализатор спектра, одержащий последовательно соединеные входное устройство, смеситель,, олосовой фильтр, детектор и индикаор, генератор качающейся частоты, ыход которого подключен к второму ходу смесителя, генератор развертки.

пэрвый выход которого подключен ко второму входу индикатора, блок управления, вход которого подключен к выходу детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, в него введены последовательно соединенные фазовращатель на 90°, вход которого подключен к выходу входного устройства, первый квадратор, блок суммирования, блок дифференцирования, первый интегратор, блок деления и блок формирования регулирующего напряжения, второй вход которого подключен к выходу блока управления, второй квадратор, вход которого подключен к выходу входного устройства а выход подключен ко второму входу блока суммирования, второй интегратор, вход которого подключен к выход блока суммирования, а выход подключен ко второму входу блока деления, регулируемый усилитель, первый вход которого подключен ко второму выходу

генератора развертки, второй вход подключен к выходу блока формирования напряжения, а выход подключен к входу генератора качающейся частоты, блок регулирования полосы пропускания, вход которого подключен к выходу блока формирования регулирующего напряжения, а выход подключен ко второму входу полосового , блок регулирования частоты развертки, вход которого подключен к выходу блока формирования регулирующего напряжения, а выход подключен к входу генератора развертки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с.244-246.

с.379, рис. 8.10.