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

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

t

I Изобретение относится к области анализаторов гармонических составляющих токов или напряжений и, в частности, к многоканальным параллельным анализаторам спектра сигнала, находящим применение, например в радиотехнических измерениях. .

Известны аналогичные анализаторы спектра, каждый канал которых содерЖ1:т последовательно включенные синхронный фильтр и интегратор, причем первый вход синхронного фильтра соединен с источником гармонического сигнала опорной частоты. На выходе интегратора каждого канала получают напряжение, пропорциональное амплитуде спектральной гармоники сигнала, соответствующей опорной частоте канала. Такие анализаторы отличаются тем, что перестройка опорной частоты канала не приводит к изменению полосы пропускания фильтра. Кроме того, выбором постоянной интегрирования интегратора осуществляется регулировка добротности фильтра 1.

Недостатком устройства является сложность раздельной регулировки частот каналов.

Известен многоканальный анализатор спектра, каждый из каналов которого содержит синхронный фильтр и интегратор, причем первые входы, синхронных фильтров соединены с источником анализируемого сигнала, а вторые входы - с соответствующими выходами- синтезатора частот.

Известный анализатор спектра позволяет проводить параллельный ана10лиз спектра сигнала на N частотах, задаваемых синтезатором частот. Преимуществом такого анализатора является то, что перестройка его по диапазону осуществляется одновре15менно и согласованно во всех каналах путем изменения управляющего сигнала, подаваемого на вход синтезатора частот 2.

20

Недостатком известного анализатора спектра является небольшой диапазон перестройки по частоте, так как его основные элементы, синтезатор частот и синхроннь1е фильтры

25 предназначены для работы с гармоническими сигналами и поэтому содержат спектрально-селективные элементы, например колебательные контуры, имеющие узкие диапазоны перестройки

30 по частоте. Цель изобретения - расширение диапазона перестройки многоканального анализатора спектра по частоте Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный анализатор спектра, содержащий синтезатор частот, соединенный с системой каналов, каждый из которых содержит соединенные последовательно синхрон ный фильтр и интегратор, введен ряд ослабителей, а на выходе каждого из каналов анализатора спектра установлен сумматор, один из входов которо го подключен к выходу интегратора этого канала и каждый из остальных входов через соответствующий ослабитель соединен с выходом интегратора канала, номер п которого определяется соотношением п (2к+1)т, где к - произвольное целое число , m - но мер канала, в котором установлен данный сумматор., Кроме того, синтезатор частот в нем выполнен в виде перестраиваемого генератора биполярных прямоугольных импульсов опорной частоты, выход котсфого соедиг ен с системой пересчетных блоков, к выходу каждого из которых подключена последовательная Цепочка идентичных счетных триггеров На фиг. 1 изображена блок-схема многоканального анализатора спектра фиг. 2 - блок-схема синтезатора частот. Многоканальный синтезатор спектра (фиг. 1) содержит синтезатор 1 частот, управляющий вход которого подключен к выходу блока 2 управления. К каждому п-ому из N выходов син.тезатора 1 частот подключен первый .вход синхронного фильтра 3 п-го канала, второй вход синхронного фильтра 3 соединен с источником анализируемого сигнала, а выход с входо интегратора 4 того же п-го канала. С выходом интегратора. 4 п-го канала соединен первый вход п-го сумматора 5, а все другие входы этого сумматора 5 подключены каждый через соответствующий ослабитель б (общее число М ослабителей в схеме из N каналов дается формулой М S integer (5.)- N) к выходам интеграторов 4, t . установленных в каналах с номерами (2к+1)п, где к - целое число. При этом коэффициент ослабления каждого такого ослабителя выбран равным (2К+1Г . Например, первый сумматор 5 () своими входами соединен с выходами интеграторов 4: первого канала - непосредственно, третьего канала - через ослабитель 6 с коэффициентом ослабления 1/3, пятого ка нала через ослабитель 6 с коэффициентом ослабления 1/5 и так далее. Аналогично, второй сумматор 5 () |соединен входами с выходами интегра торов 4: второго канала - непосредственно, шестого кан.ала - через ослабитель 6 с коэффициентом ослабления 1/3 и так далее. Синтезатор частот 1 (фиг. 2) содержит перестраиваемый генератор 7 биполярных прямоугольных импульсов опорной частоты (фиг. 2), управляющий вход которого подключен к выходу блока 2 управления (фиг. 1), а на выходе установлены-д- пересчетных устройств 8 (фиг. 2), к выходу каждого из которых подключена последовательная цепь одинаковых счетных триггеров 9. Выход каждой цепи счетных триггеров 9 является нечетным вь1ходом синтезатора частот. Число q счетных Триггеров 9 в каждой цепи, подключенной к выходу синтезатора 1 частот с нечетным номером г, опредеЯ N ляется условием 2 - 2 Емкость накопителя пересчетного устройства 8, установленного на входе этой цепи триггеров 9 равна ( г) F импульсов, где f - частота первого канала; частота генератора 7. Входы всех триггеров 9 цепи соединены с выходами синтезатора -1 частот (Фиг. 1) , имеющими номера 2г, 2 г, ,. . .,2г. Суммарное число счетных триггеров 9 во всех цепях равно-i-. Многоканальный анализатор спектра работает следующим образом. С .помощью блока 2 управления устанавливаот частоту Р генератора 7, такую, что частота f-j на первом выходе синтезатора 1 частот принимает заданное значение, соответствующее нижней границе исследуемого диапазона частот. Подают сигнал от генератора 7, представляющий последова-. тельность биполярных прямоугольных импульсов частоты F, на входы пересчетных устройств 8, на выходе каждого из которых получают один импульс на каждые () F входных импульсов, и далее - на выходе каждого следующего счетного триггера 9 цепи - один импульс на каждые два импульса на входе. Таким образом, на выходах синтезатора 1 частот формируют сигналы в виде последовательностей биполярных прямоугольных импульсов, частоты fкоторых связаны с .частотой f соотноше.нием f. if , где i - номер канала. Подают эти импульсы на первые входы синхронных фильтров 3, ана вторые входы синхронных фильтров 3 подают исследуемый сигнал. С выхода синхронного фильтра 3 каждого р-го канала снимают сигнал, представляющий последовательность биполярных прямоугольных импульсов частоты pf, модулированную по амплитуде исследуемым сигналом. С помощью интегратора 4 осуществляют непрерывное интегрирование во времени полученного модулированного сигнала. С помощью сумматоров 5 и ослабителей 6 получают суммы сигнала- на выходе каждого т-го интегратора и Сигналов с выходом всех (2к+1)1п-ых интеграторов, ослабленных соответственно в (2к+1) раз, В результате суммирования на выходе каждого п-го сумматора 5 получают сигнал, величина которого представляет в масштабе, общем для всех каналов, амплитуду спектральной гармоники входного сигнал.а, соответствующую частоте п f .

Принцип действия предлагаемого . анализатора спектра основан на следующем.

Пусть функция Л m(t) описывает последовательность биполярных прямоугольных импульсов частоты mf формируемых на т-ом выходе синтезатора 1 частот. Обозначим через A(t) анализируемый сигнал. Тогда сигнал на выходе интегратора 4 га-го канала . представим в виде

(t) Л m(t) dt , (1)

та величина не равна амплитуде спектральной

Предлагаемый многоканальный анализатор спектра выгодно отличается от известного тем, что не содержит спектрально-селективных элементов. Все составные части анализатора спектра являются импульсными устройствами. Диапазон перестройки по частоте определяется в этом случае только быстродействием импульсных устройств и может быть существенно расширен по сравнению с известными устройствами .

Многоканальный анализатор спектра позволяет одновременно получить ряд положительных эффектов. Импульсные устройства проще по конструкции, управление анализатором осуществляет,Ся проще, чем в известных устройствах, все функциональные узлы устройства построены по однотипным схемам, что позволяет унифицировать отдельные узлы анализатора и приводит к упрощению процесса их производства, снижению себестоимости повышению надежности и уменьшению габаритов за счет применения стандартных интегральных микросхем.

сигнала, но ее можно выразить как линейную комбинацию амплитуд гармоник различных частот. Для этого разложим функцию JT.(t) в ряд Фурье по. синусам

05 л lt) E

,lj+1jJ(2)

подставим (2) в (1), получим

. V.S -sl-s

. lj+ )m

(3)

здесь S(2j + l)m - амплитуды спектральных гармоник анализируемого сигнала, соответствующие частотам (2j+l)mf Сйстема (3) является при задан-, ных Чт системой анализируемого сигнала S(2j+l)m. Матрица этой системы

40

Формула изобретения

45 из которых содержит соединенные последовательно синхронный фильтр и интегратор, отли: чающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки по частоте, в него

50 введен ряд ослабителей, а на выходе каждого из каналов анализатора спектра установлен сумматор, один из входов которого подключен к выходу интегратора этого канала и каждый из

ijj остальных входов-через соответствующий ослабитель соединен с выходом интегратора канала, номер п которого определяется соотношением п

. . (2к+1)т|.где к - произ.вольное целое число; m - номер канала, в котоЛО ром установлен данный сумматор.

прямоугольных импульсов опорной частоты, выход которого соединен с системой пересчетных блоков, к выходу каждого из которых подключена последовательная цепочка идентичных счетных триггеров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фи.1