Анализатор комплексного спектра электрическихсигналов

Анализатор комплексного спектра электрическихсигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

29ll60

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства М

МПК 6 Olr 23/00

Заявлено 06.11.1969 (№ 1301810/26-9) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.757(088.8) Опубликовано 06.1.1971. Бюллетень ¹ 3

Дата опубликования описания 4.III.1971

Авторы изобретения

H. К. Игнатьев и Ю. К. Трофимов Г.,ЕС," 27г1АЯ ..1

f f

Заявитель

1 —.; .гх. и .

АНАЛИЗАТОР КОМПЛЕКСНОГО СПЕКТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СИ ГНАЛОВ тс

sin — (t — пТ)

f (i) = f(nT) — (f — nT)

Т (2) 15 будет

<О

5„(та) = f(nT)П (— 1 е и,,й/ где

1, при — (—

<о 1

О, при — )—

Р 2 и®= (4) Я= —

Т (5) 30

Известные анализаторы комплексного спектра с использованием линии задержки не обеспечивают непрерывного наблюдения текущего спектра сигнала, что ограничивает область их применения чисто исследовательскими целями.

Предлагаемый анализатор отличается от известных тем, что в каждый отвод линии задержки последовательно включены электронные ключи, связанные по цепи управления с генератором гармоник, блоки затягивания импульсов и функциональные умножители, ко вторым входам которых подключены выходы генератора сетки дискретных частот, а выходы функциональных умножителей объединены вместе и подключены ко входам амплитудного и фазового детекторов, причем второй вход последнего соединен с генератором начальной частоты.

Это позволяет осуществлять наблюдение текущего спектра сигнала при одновременном обеспечении равной точности анализа в пределах всего анализируемого диапазона частот, включая постоянную составляющую.

На фиг. 1 представлена блок-схема анализатора; на фиг. 2 — амплитудный и фазовый спектры элементарного моделируемого сигнала; на фиг. 3 — элементарные сигналы и модели их спектров во временнбм масштабе.

Работа анализатора основана на моделировании спектра во временной области. Ана Iизируемая функция времени f(t) с полосой частот от 0 до л(Т в соответствии с теоремой

5 Котельникова может быть представлена как

s(n — (t — лТ) ((/) = „Д(ггТ) и — (t — nT)

Т

Спектр входящего сюда элементарного сигнала

291160

А„(а) = (п1) П (6) Таким образом, каждый элементарный сигнал может быть охарактеризован своим модулем (см. фиг. 2а) и фазой (см. фиг. 2б)

Ф(св) =п — а. (7)

Я

Спектр полного сигнала должен характеризоваться комбинацией элементарных модулей и фаз, образованной по закону суммирования экспоненциальных членов (3), т. е. по закону сложения векторов. С учетом возможности реализации такого закона сложения в качестве модели спектра элементарного сигнала принята функция времени в виде гармонического колебания произвольной начальной частоты „ амплитуда которого следует закону (6), а фаза — закону (7), т. е. в виде

5„® = а„®cps (о + ср„() ), где ..д=«спт>п (— ) ) «в) т ср„() =и — /, т

Я и причем весь спектр в пределах )а--— г 2 т воспроизводится в интервале времени — — ( г т (/(—, а амплитудный масштаб выбран

2 произвольно.

На фиг. 3 приведены графики трех элементарных сигналов с соответствующими моделямиихспектров. Спектр8 (с«) (n)0) элементарного сигнала f (t) соответствующего отсчету анализируемой функции в точке

t — nT, моделируется колебанием f„(t) с амплитудой а „(t) и частотой v =v„— nD (см. фиг. За). Колебание этой частоты с постоянной скоростью nQ убавляет свою фазу относительно фазы начальной частоты vо и, таким образом, характеризуется постоянной крутизной наклона фазовой характеристики

V (), совпадающей в принятом масштабе времени с крутизной изменения фазы (7).

Спектр S,(î) элементарного сигнала,(t) моделируется колебанием s,(t) с амплитудой а,(1) и начальной частотой, (см. фиг. Зб).

При этом в соответствии с (7) при n=O фаза

«ро() будет иметь нулевую крутизну наклона. Аналогичная зависимость имеется между сигналом f(t) и моделью его спектра s„(t) (см. фиг. Зв), где моделирующее колебание частоты v=v„+nQ с постоянной скоростью наращивает свою фазу относительно фазы начальной частоты v, что выражается положительным наклоном его фазовой характеристики ср„(/) .

Наконец, легко показать, что сумма моделирующих сигналов выражает по уже установленным правилам спектр суммы соответ10

65 ствующих элементарных сигналов, т. е. что амплитуда а(1) и фаза ср(/) суммарного моделирующего сигнала

s(t) =Zs„(t) =la„(t) cos(v,t-+ср (t)) (9) п л соответствуют модулю А (ж) и фазе Ф (а) спектра исходного анализируемого сигнала

S(o)).

В соответствии с изложенными принципами моделирования действие схемы (см. фиг. 1) происходит следующим образом. Входной сигнал f(t) запоминается в линии 1 задержки на интервале NT, где N — число звеньев в линии задержки, а Т вЂ” задержка на одно звено.

Периодически, с частотой Q =2л/Т ключи 2 производят из этого сигнала выборки, амплитуды которых пропорциональны значениям входного сигнала f(nT). Полученные таким образом сравнительно короткие импульсы затягиваются в блоках 8 на Т сек, формируя

«- « напряжения вида f(nT) l7 — ), которые посту«.т! пают далее на функциональные умножители

4. Ко вторым входам функциональных умножителей подводятся напряжения от генератора сетки дискретных частот вида к,+nQ.

Каждое из этих напряжений образуется путем смешивания в однополосных модуляторах б двух сигналов с частотами v, и nQ, вырабатываемыми соответственно генератором б начальной частоты и генератором 7 гармоник.

Напряжение частоты Q используется также для управления работой ключей 2. В результате перемножения сигналов, подведенных к функциональным умножителям 4, на выходах последних образуются элементарные моделирующие колебания, описываемые выражением (8). В соответствии с формулой (9) эти сигналы складываются на общей нагрузке, формируя сложный амплитудно-фазомодулированный сигнал s (t), представляющий собой модель комплексного спектра анализируемого сигнала f(t). При этом модуль этого спектра воспроизводится временной огибающей выходного сигнала s(t), а его фаза — законом изменения мгновенной фазы высокочастотного заполнения.

Для раздельного наблюдения модуля и фазы исследуемого спектра сигнал s(t) подводится параллельно к входам амплитудного 8 и фазового 9 детекторов, причем для последнего в качестве опорной частоты используется напряжение от генератора начальной частоты

v„. При выполнении условия v„))Q на выходах детекторов образуются сигналы а (/) и ср(/), форма которых в выбранном масштабе времени совпадает соответственно с амплитудным и фазовым спектрами сигнала f(t).

Отличительная особенность предлагаемого анализатора состоит в получении модуля и фазы спектра в виде четной и нечетной функций времени соответственно. Это совпадает с ъсатематическим определением модуля и фазы спектра и позволяет с равной точностью

291160 а (e) Фиг.t определить спектральные характеристики исследуемого сигнала в пределах всего анализируемого диапазона частот, включая О ги.

Предмет изобретения

Анализатор комплексного спектра электрических сигналов, содержащий линию задержки с отводами, генератор сетки дискретных частот, состоящий из генератора начальной частоты, однополосных модуляторов и генератора гармоник, а также амплитудный и фазовый детекторы, отличающийся тем, что, с целью непрерывного наблюдения текущего значения комплексного спектра сигнала при одновременном обеспечении равной точности анализа в пределах всего анализируемого диапазона частот, включая постоянную составляющую, к каждому отводу упомянутой линии задержки последовательно подключены

5 электронные ключи, связанные по цепи управления с упомянутым генератором гармоник, блоки затягивания импульсов и функциональные умножители, ко вторым входам которых подключены выходы упомянутого генератора

1О сетки дискретных частот, а выходы функциональных умножителей объединены вместе и подключены ко входам упомянутых амплитудного и фазового детекторов, причем второй вход последнего соединен с упомянутым гене15 ратором начальной частоты.

-nT 0

S-л (г) 5в (t) — 1- f т т

2 2

Qo(f) Составитель Г, Рассмотрова

Редактор Т, В. Иванова Техред Л. В. Куклина Корректор О. И. Усова

Изд. № 201 Заказ 367)3 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

I ! !

2

1 2