Анализатор гармоник

 

(72) Авторы изобретеиия

В. И. Дикарев и А.А. Лосев (71) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в. ппаратуре спектрального анализа широкополосных частотно-модулированных (ЧМ) сигналов.

По основному авт. св. N 648915 известно устройство, содержащее преобразователь и измеритель частоты, блок поиска, коммутатор, частотный дискриминатор, накопитель, счетчик .и Ha aTO P 3.

Недостатком известного устрой. ства 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 квадратичный 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, 1О блока поиска и накопителя, связанно- . го с выходом частотного дискриминатора, вход которого подключен к входу узкополосного фильтра, при этом выход блока поиска подключен к гори15 зонтально отклоняющим пластинам ос-,.циллографического индикатора, введены два ключа, счетчик, амплитудный селектор, блок памяти и сраво нения, линия задержки, счетчик.-делитель, арифметический блок и блок регистрации, причем к выходу гетеродина последовательно подключены первый ключ, второй вход которого

1О

З5 е

r,(}

3 9 соединен с выходом накопителя, счетчик, 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 линию задержки 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 уси. литель 7 промежуточной частоты, узкополосный фильтр 8, второй смеситель 9, измеритель 10 частоты, частотный дискриминатор 1l, электронный коммутатор 12, накопитель 13, блок

14 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 Я, а отношение их амплитуд характеризует индекс частотной модуляции . По измеренным значениям Р и определяется девиация частоты анали зируемого ЧМ-сигнала ЬФq .= p Q...

Анализатор работает следующим образом.

Входной ЧМ-сигнал, спектр которого представляет собой совокупность дискретных составляющих, и шум поступают через входной блок 1 на один вход, 4582! 4 а напряжение гетеродина 3 — на второй вход смесителя 2. Настройка на необходимые гармоники осуществляется перестройкой гетеродина 3, частота которого принудительно меняется ст блока 14 поиска во всем диапазоне

Ли неизвестности частоты искомой гармоники. При попадании в полосу

5U) 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 14 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

Ж настройки усилителя 7 промежуточной частоты, на выходе последнего . возникают напряжения всякий раз при выполнении условия

Ыг - и LU4 цбо где lu — промежуточная частота после первого преобразования; и — 1, 2, 3 ... — номера гармонии.

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, подключенного к выходу квадратичного детектора 5.

Таким 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 ДМ) диапазона возможных значений частоты последуемого сигнала меньше "расстояния" до ближайших компонент. спектра, ибо в противном случае в полосу уз5 94582 кополосного фильтра 8 могут попадать компоненты спектра, соседние с выделяемой, и частота будет измерена не верно.

В случае, когда диапазон ЬШизмерения частоты превышает расстояние

Q.между составляющими спектра, селекция одной из гармоник может,осуществляться селектирующим следящим фильтром, состоящим из схемы частотной ав- t0 томатической подстройки узкополосного фильтра 8 и второго смесителя 9.

В данном селектирующем следящем фильтре 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 ЬЮпг усилителя 7 промежуточной частоты и ширинуаМ чд характеристики частотного дискриминатора

11 равным эффективной ширине доУ спектра сигнала. Тогда в режиме следения центр спектра на выходе усилителя 7 промежуточной частоты при произвольной величине несущей частоты входного сигнала располагается в области нуля характеристики частотного дискриминатора 11. При этом появляется возможность с помощью узкополосного фильт" ра 8, включаемого после усилителя 7 . промежуточной частоты, выделить любую

35 из гармонических составляющих, выбирая соответствующую частоту его настройки. Для точного измерения частоты выделяемой гармоники сигнал с выхода узкополосного фильтра 8 вторично ге40 теродинируется напряжением гетеродина 3, в результате чего ошибки измерения компенсируются.

1, 6 на вход линии 22 задержки, через открытый ключ 16 на вход амплитудного селектора 18 и вертикально-отклоняющую систему осциллографического индикатора 6. Развертка луча укаэанного индикатора осуществляется от блока

14 поиска. С помощью осциллографического индикатора имеется возможность визуально наблюдать не только спектр анализируемого ЧМ-сигнале но и спектр шума, действующего н входе анализатора. Амплитуда 0,1 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 подключенным к блоку 14 поиска. При этом частота гетеродина 3 принудительно изменяется до тех пор, пока в полосу пропускания ЬЖ г усилителя 7 промежуточной частоты не попадет вторая гармоника tU спектра анализируемого

ЧМ-сигнала. На выходе усилителя 7 промежуточной частоты появляется 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 О г2 гетеродина 3 . При этом амплитуда U 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 с сосчитанного значения частоты второе значение и фиксирует абсолютное значение полученной разности

45

55

При попадании в полосудщ„,пропускания усилителя 7 промежуточной частоты первой гармоники Ю4 (несущей часчастоты сЦ ) спектра анализируемого сигнала ha его выходе появляется 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 значение частоты а) гетеродина 3 в данный момент врет4 мени. Импульсное напряжение с выхода квадратичного детектора 5 поступает ь=- = 1 о г - ®г / в качестве измеренного значения частоты модуляции анализируемого ЧМ-сиг94582 нала. Значение частоты модуляции поступает в арифметический блок 20 и блок 2 1 регистрации. Под воздейст" вием 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 девиа- щ ция частоты ЬЮ,которая также фиксируется в .блоке 21 регистрации.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает не только точное изме" рение 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.

Н 648915, о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введе1 8 ны два ключа, счетчик, амплитудный селектор, блок памяти и сравнения, линия задержки, счетчик-делитель, арифметический 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

l. Авторское свидетельство СССР

11 648915, кл. G 01 R 23/16, 1976.

945821

Составитель А. Орлов

Редактор Г. Кацалап Техред 3. Палий

Корректор О. Билак

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Заказ 5325/ Тираж 717

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5