Анализатор комплексного спектра электрическихсигналов
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
