Анализатор гармоник Советский патент 1982 года по МПК G01R23/16 

(5) АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК

. ,1

ИзобретениеОТНОСИТСЯ к измерительной технике и может быть использовано в. сГппаратуре спектрального анализа широкополосных частотно-модулированных (ЧМ) сигналов.

По основному авт. св. № 648915 известно устройство, содержащее преобразователь и измеритель частоты, блок поиска, коммутатор, частотный дискриминатор, накопитель, счетчик и индикатор l.

Недостатком известного устройства является невозможность определения основных параметров частотномодулированных сигналов - девиации частоты, индекса частотной модуляции и частоты модуляции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор гармоник, содержащий последовательно соединенные входной блок, смеситель, усилитель

Промежуточной частоты, узкополосный .фильтр, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты и подключенные к нему квадрат14чный детектор и измеритель частоты, а также электронный, коммутатор, выход которого через гетеродин подключен к вторым входам обоих смесителей, а входы соединены соответственно с выходом частотного дискриминатора, блока поиска и накопит.еля, связанно- . го с выходом частотного дискриминатора, вход которого подключен к входу узкополосного фильтра, при этом выход блока поиска подключен к горизонтальна отклоняющим пластинам ос-,.циплографимеского индикатора, введены два ключа, счетчик, амплитудный селектор, блок памяти и срав2Q нения, линия задержки, счетчик.-делитель, арифметический блок и блок регистрации, причем к выходу гетеродина последовательно подключены первый ключ, второй вход которого

соединен с выходом накопителя/ сметчик , второй вход которого соединен с выходом счетчика-делителя, к выходу квадратичного детектора последовательно подключены второй ключ, второй вход которого также соединен с выходом накопителя, амплитудный селектор, блок памяти и сравне- ния, второй вход которого соединен с выходом счетчика-делителя, выход подключен к первому входу арифметического блока и первому входу блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом счетчика и с вторым входом арифметического блока, третий вход - с выходом арифметического блока , а четвертый - с выходом измерителя частоты, выход квадратичного детектора через линиюзадержки соединен с входом сброса накопителя и входом счетчика-делителя.

На чертеже представлена структурная схема анализатора. ;

Анализатор содержит входной блок 1, смеситель 2, гетеродин 3. первый усилитель 4 промежуточной частоты, квадратичный детектор 5 осциллографический индикатор 6, второй усилитель 7 промежуточной частоты, узкополосный фильтр 8, второй смеситель 9. измеритель 10 частоты, частотный дискриминатор 11, электронный коммутатор 12, накопитель 13, блок И поиска, ключи 15 и 16, счетчик17, амплитудный селектор 18, блок 19 памяти и сравнения, арифметический блок 20, блок 21 регистрации, линию 22 задержки и счетчик-делитель 23.

Принцип работы анализатора основан на двойном преобразовании по частоте анализируемого широкополосного ЧМ-сигнала и выделении требуемых гармоник его спектра с помощью узкополосного фильтра. При этом разность по частоте между двумя соседними гармониками определяет частоту модуляции Q , а отношение их амплитуд характеризует индекс частотной модуляции р. . По измеренным значениям fil и Ь определяется девиация частоты аналзируемого ЧМ-сигнала iiUlq-fbCI.

Анализатор работает следующим образом.

Входной ЧМ-сигнал, спектр которог представляет собой совокупность дискретных составляющих, и шум поступают через входной блок 1 на один вход

а напряжение гетеродина 3 на второй вход смесителя 2. Настройка на необходимые гармоники осуществляется перестройкой гетеродина 3, частота которого принудительно меняется от блока 1A поиска во всем диапазоне Ли.1 неизвестности частоты искомой гармоники. При попадании в полосу ЛС, пропускания усилителя 7 промежуточной частоты спектральных составляющих ЧМ-сигнала на его выходе появляется напряжение, которое после детектирования, накопления и превышения в накопителе 13 порога воздействует на электронный коммутатор 12, отключая блок k поиска. При этом система частотной автоматической подстройки, состоящая из смесителя 2, усилителя 7 промежуточной частоты частотного дискриминатора 11 и гетеродина 3, переходит в режим автосопровождения спектра ЧМ-сигнала. В полосу узкополосного фильтра 8 автоматически попадает требуемая компонента (гармоника) спектра, которая после вторичного преобразо.,вания с помощью напряжения гетеродина 3 может быть использована для точного измерения частоты и амплитуды данной гармоники. Если частоты гетеродина 3 выше фиксированной частоты (VQ настройки усилителя 7 промежуточной частоты, fa выходе последнего, возникают напряжения всякий раз при выполнении условия

L0p-: и и; - U70, где Ш - промежуточная частота после

первого преобразования; п - 1, 2, 3 ... -номера гармони

Частота гармонии измеряется с помощью измерителя 10 частоты и фиксируется блоком 21 регистрации. Об абсолютной или относительной величине измеряемой амплитуды гармонической с составляющей можно судить, наблюдая ее на экране осциллографического индикатора 6, подключенногок выходу квадратичного детекто эа 5Таким образом, для точного определения частоты и амплитуды гармоники необходима ее селекция среди остальных компонент спектра. Селекция спектральной составляющей с помощью узкополосного фильтра 8 возможна лишь при условии, что величина ДШ диапазона возможных значений частоты последуемого сигнала меньше расстояния до ближайших компонент, спектра, ибо в противном случае в полосу узкополосного фильтра 8 могут попадать компоненты спектра, соседние с выделяемой., и частота будет измерена не верно. В случае, когда диапазон ЛШизмерения частоты превышает расстояние О. между составляющими спектра, селек ция одной из гармоник может, осуществляться селектирующим следящим фильт ром, состоящим из схемы частотной ав томатической подстройки узкополосного фильтра 8 и второго смесителя 9В данном селектирующем следящем филь ре входящий ЧМ-сигнал предварительно преобразуется -так, что его неизвестная частота грубо компенсируется с помощью схемы частотной автоматической подстройки, параметры которой выбираются таким образом, что она следит за спектром сигнала в целом, а не за какой-либо его компонентой. Для этого достаточно сделать полосу klt)r,r усилителя 7 промежуточной частоты и ширину характеристики частотного дискриминатора 11 равным эффективной ширине ли(. спектра сигнала. Тогда в режиме следения центр спектра на выходе усилит ля 7 промежуточной частоты при произ вольной величине несущей частоты вхо ного сигнала располагается в области нуля характеристики частотного дискр минатора 11. При этом появляется воз можность с помощью узкополосного фил ра 8, включаемого после усилителя 7 промежуточной частоты, выделить любу из гармонических составляющих, выбирая соответствующую частоту его настройки. Для точного измерения частот выделяемой гармоники сигнал с выхода узкополосного фильтра 8 вторично гетеродинируется напряжением гетеродина 3i в результате чего ошибки измерения компенсируются. При попадании в пoлocyд JUf,Лpoпycкания усилителя 7. промежуточной частоты первой гармоники и) (несущей ча частоты И) спектра анализируемого сигнала йа его выходе появляется напряжение, которое после детектирования, накопления и превышения в накопителе 13 порога воздействует на ; электронный коммутатор 12, отключая блок Н поиска, и на ключи 15 и 16, открывая их, в результате чего счетчик 17 сосчитает значение частоты UJ.. гетеродина 3 в данный момент времени. Импульсное напряжение с выхода квадратичного детектора 5 поступает 1 на вход линии 22 задержки, через открытый ключ 16 на вход амплитудного селектора 18 и вертикально-отклоняющую систему осциллографического индикатора 6. Развертка луча указанного индикатора осуществляется от блока I поиска. С помощью осциллографического индикатора имеется возможность визуально наблюдать не только спектр анализируемого ЧМ-сигналг но и спектр шума, действующего н : входе анализатора. Амплитуда U первой гармоники спектра анализируемого ЧМ-сигнала выделяется амплитудным селектором 18 и поступает в блок 19 где она запоминается в первой его ячейке памяти. Импульс с выхода линии 22 задержки поступает на вход сброса накопителя 13 и вход счетчика-делителя 23. Коэффициент деления данного счетчика равен 2, т.е. он пропускает на свой выход каждый второй поступивший импульс. После сброса напряжения в накопителе 13 ключи 15 и 16 закрываются, а электронный коммутатор 12 возвращается В исходное положение, при котором гетеродин 3 оказывается подключе.нным к блоку 1 поиска. При этом частота гетеродина 3 принудительно изменяется до тех пор, пока в полосу пропускания усилителя 7 промежуточной частоты не попадет вторая гармоника (Vf спектра анализируемого ЧМ-сигнала. На выходе усилителя 7 промежуточной частоты проявляется напряжение, которое после детектирования, накопления и превышения в накопителе 13 порога воздействует на электронный коммутатор 12, отключая блок 14 поиска, и на ключи 15 и 16, открывая их, в результате чего счетчик 17 сосчитает второе значение частоты и)р,| гетеродина 3- При этом амплитуда и второй гармоники запомнится во второй ячейке памяти блока 19. Второй импульс с выхода линии 22 задержки поступает на вход счетчика-делителя 23, который пропускает его на управляющие входы счетчика 17 и блока 19 памяти и сравнения. Под воздействием указанного импульса счетчик 17 вычитает из первого г сосчитанного значения частоты второе значение и фиксирует абсолютное значение полученной разности О. --- / Wr, - / в качестве измеренного значения частоты модуляции анализируемого ЧМ-сиг1 9 нала. Значение частоты модуляции поступает в арифметический блок 20 и блок 21 регистрации. Под воздействием этого же импульса в блоке 19 определяется отношение амплитуд первой и второй гармоник. Указанное отношение регистрируется блоком 21 и поступает в арифметический блок 20, где определяется индекс частотной модуляции ри девиация частоты , которая также фиксируется в блоке 21 регистрации. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает не только точное измерение частоты и амплитуды гармоник спектра анализируемого ЧМ-сигнала, но и позволяет определять такие его параметры как частоту модуляции, индекс частотной модуляции и девиацию частоты. Формула изобретения Анализатор гармоник по авт. св. ff 648915, о т л и ч а ю..щ и и с я тем, что, с целью расширения функци нальных возможностей, в него введеГ8ны два ключа, счетчик, амплитудный селектор, блок памяти и сравнения, линия задержки, счетчик-делитель, арифметиМеский блок и блок регистрации, причем к выходу гетеродина последовательно подключены первый ключ, второй вход которого соединен с выходом счетчика делителя, к выходу квадратичного детектора последовательно подключены второй ключ, второй вход которого соединен с выходом накопителя, амплитудный селектор, блок памяти и сравнения, второй вход которого соединен.-с выходом счетчика-делителя, выход подключен к первому входу арифметического блока и первому входу блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом счетчика и вторым входом арифметического блока, третий вход .с выходом арифметического блока, а четвертый - с выходом измерителя частоты, выход квадратичного детектора через линию задержки соединен с входом сброса накопителя и с входом счетчика-делителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 6Л8315, кл. G 01 R 23/16, 1976.