DE2808852C2 - Schaltungsanordnung zur sequentiellen Frequenzspektrumanalyse - Google Patents

Description

ϊϊ: 60 können. Die Ein- und Ausschwingzeiten der zur Analyse

|i; verwendeten Filter sind hier aliein maßgeblich für die

' · Begrenzung der Ansprechgeschwindigkeiten auf Ände-

ij;.' Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur rungen der Spektralverteilung und Änderungen der

;;| sequentiellen Frequenzspektrumanalyse mit den im Stellung des Schalters an den Ausgängen der verwende-

-'■} Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. 65 ten Filter. Diese höhere Reaktionsgeschwindigkeit wird

Zur Analyse von Frequenzspektren sind zwei ver- jedoch durch einen wesentlich höheren Aufwand an

f. schiedene Methoden, und zwar die sequentielle und die Schaltelementen erkauft, so daß diese Methode der Fre-

!'? simultane Frequenzanalyse, bekannt. quenzanalyse in den meisten Anwendungsfällen aus

ökonomischen Gründen ausscheidet

Man ist deshalb bestrebt, die Arbeitsgeschwindigkeit der sequentiellen Frequenzanalyse soweit als möglich zu erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der das Ausschwingverhalten der der FiI-teranordnung auch bei großem Dynamikbereich den jeweils in der Sequenz folgenden Meßvorgang nicht beeinträchtigen kann, wobei jedoch der zusätzliche Schaltungsaufwand wesentlich geringer ist als bei einer Simultanfrequenzanalyse.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Hierdurch wird eine Schaltungsanordnung zur sequentiellen Frequenzspektrumanalyse geschaffen, bei der mehrere Einzelfilter verwendet werden, die jedoch alle auf das gleiche Durchlaßband abgestimmt sind und nicht simultan, sondern sequentiell angesteuert werden. Das Ausschwingen des jeweils zuletzt benutzten Filters stört mithin nicht den neu anlaufenden Meßvorgang und die Umschaltung mittels eines ersten Umschalters erfolgt synchron — wenn auch nicht unbedingt phasengleich — mit der Frequenzumschaltung des vorzugsweise als programmgesteuertes Frequenzsynthesegerät ausgebildeten Überlagerungsoszillators.

Die Zahl der Filter ergibt sich aus den Ein- und Ausschwingzeiten der Filter und den geforderten Restfehlern. Ist dieses Verhältnis TjJTe = 10 (z. B. Einschwingzeit auf 1 dB asymptotischer Restfehler T_E = 1 msec, Ausschwingzeit auf —80 dB asymptotischer Restfehler Ta = 10 msec), so sind zehn Filter nötig, die nacheinander an den Mischer geschaltet werden, wenn die Oszillatorfrequenz einen Schritt weiter geschaltet wird. Dabei ist gegenüber der analogen kontinuierlichen Steuerung der Suchfrequenz der Vorteil gegeben, daß von der Oberlagerungsfrequenz beliebige Sprünge gemacht werden können, ohne daß das Prinzip der Zuschaltung eines neuen Filters veranlaßt werden muß.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeig? das Blcckbild einer Sc haltungsanordnung gemäß der Erfindung, und

F i g. 2 stellt den zeitlichen Signalverlauf an den mit A, B, C bzw. D markierten Punkten des Blockbilds nach F i g. 1 dar.

Der Oszülator 1 ist ein digital gesteuertes Frequenzsynthesegerät, das vom Steuergerät (Prozeßrechner) 2 in seiner Frequenz auf die vom jeweiligen Meßproblem bestimmten Suchfrequenzen eingestellt wird.

Die Mischstufe 3 überlagert das an der Eingangsklemme 4 anliegende zu analysierende Frequenzgemisch der Osrillatorfrequenz und bildet im Ausgang die Zwischenfrequenz 5, auf welche die Filter 6.1 bis 6.Λ/ abgestimmt sind. Mit dem ersten Umschalter 7, der z. B. als Diodenschalter aufgebaut ist, werden zyklisch die Filter an den Ausgang der Mischstufe 3 geschaltet, wobei die Fortschaltung über eine vom Steuergerät 2 geschaltete Hilfsschaltung (Interface) erfolgt, die jeweils bei einem Weiterschalten der Frequenz von 1 das nächste Filter 6.1 bis 6./V anschaltet und gleichzeitig den Anzeigeverstärker 9 mittels des parallel gesteuerten Kommutators 10 an das jeweils in Betrieb befindliche Filter anschließt. Der Anzeigeverstärker 9 bzw. dessen Ausgangsschaltung 11 wird über eine weitere Interfaceschaltung 12 derart gesteuert, daß eine Messung der Filteramplitude mit einer Verzögerung gegenüber dem Umschaltzeitpunkt der Umschalter 7 und 10 erfolgt, die dem Einschwingverhalten der verwendeten Filter und der geforderten Meßgenauigkeit entspricht

Um die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung zu steigern, sind einige Ergänzungen der Schaltung vorteilhaft

to Es ist bekannt, daß die meisten als Oszillator 1 verwendeten Frequenzsynthesegeräte beim Umschalten zwischen den herstellbaren Frequenzwerten Einschwingvorgänge ausführen, die je nach Ausführung der Syntheseschaltung sogar langer als die Einschwingzeit

ι* der Filter 6 dauern können. Damit wird aber grundsätzlich eine weitere Störung des Einschwingvorganges des Filters verursacht, die abgewartet werden muß, und die somit eine weitere Verzögerung in der störungsfreien Messung der eingeschwungenen Signalamplitude am Filterausgang verursacht.

Bei der erfindungsgemäßen Anordung kann diese Störung vom jeweils neu zugeschalteten Firter ferngehalten werden, wenn in einer weiteren Ausgestaltung derselben die Umschaltung des ersten Umschalter;. 7 gegenüber der Fortschaltung der Frequenz des Generators 1 um die Einschwingzeit der Frequenzumschaltung von 1 verzögert durchgeführt wird.

Damit wird das neue Filter der Filteranordnung 6 erst zugeschaltet, wenn die endgültige Zwischenfrequenz erzeugt wird. Der zweite Umschalter 10 im Ausgang der Filter kann synchron mit der Umschaltung der Frequenz des Generators 1 auf den Ausgang des neuen Filters 6 geschaltet werden, da die Messung der Ausgangsamplitude in jedem Fall mit einer der Einschwingzeit des Filters entsprechenden Verzögerung erfolgt. Es ist aus der Filtertechnik bekannt, daß für jede Filterschaltung eine Impulsform des zeitlichen Signalveriaufs existiert, die das Filter optimal verarbeitet (sog. matched filter).

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird demgemäß dem ersten Umschalter 7 gegebenenfalls durch Vorschalten eines mit bekannten Mitteln ausgeführten Amplitudenmodulators 13 ein durch das Netzwerk 14 definierter Zeitverlauf der Umschaltfunktion gegeben, der dem Einschwingverhalten des Filter optimal angepaßt ist. Die beim Einschalten des neuen Fil'.ers auftretende Zeit-Amplitudenfunktion wird mittels des Netzwerkes 14 mit bekannten Mitteln aus dem von der Hilfsschaltung gelieferten Umschalt-Steuerimpuls abgeleitet und dem Amplitudenmodulator 13 zugeführt,

so der den Zeitverlauf des Amplitudenanstiegs des Zwischenfrequenzsignals 5 dem optimalen Zeit-Amplitudenverlauf der Filter 6 entsprechend umformt.

Wenn die Dämpfungsfunktion des Kommutators in einem genügend großen Dämpfungsbereich (z. B. zwisehen Durchlaß und —60 dB) stetig mit der Steuerspar. nung verläuft, kann auf den zusätzlichen Ampwtudenmodulator verzichtet werden, wenn die Steuerspannung den passenden Zeitverlauf bekommt

Fig.2 zeigt den ^v.eitablauf der Steuer- und Ein-Schwingfunktion bei einem Meßvorgang in gleichen Frequenzschritten, dargestellt für vier Umschaltbare Zwischenfrequenzfilter.

Kurve A ist der Zeitverlauf der Frequenz des Überlagerungsoszillators mit den angedeuteten Überschwingungen der Frequenzumschaltung des Synthesegerätes. Kurve B ist der Zeitverlauf der Dämpfung der Signalwege N = I bis N = 4 des ersten Umschalters 7.

Es ist dabei ersichtlich, daß der Umschaltvorgang des

Kommutators erst nach der Beendigung der Umschaltstörung des Überlagerungsoszillators beginnt.

Kurve C zeigt den Dämpfungs-Zeitverlauf des zweiten Umschalters 10 im Filterausgang. Die Umschaltung erfolgt frühestens nach Beendigung des Einschwingvorgangs des jeweils zugeschalteten Filters, um den Meßgleichrichter nur mit dem eingeschwungenen Signal zu beaufschlagen.

Die Kurve D zeigt den Verlauf des Abtastimpulses, der den Beobachtur.gszeitpunkt des Meßwertes am Ausgang des Meßgleichrichters definiert.

Der spätestmögliche Zeitpunkt ist derjenige, bei welchem der durch das Umschalten des Überlagerungsoszillators verursachte Störimpuls den Filterausgang bzw. den Gleichrichterausgang noch nicht erreicht hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

1 2 Bei der sequentiellen Analyse werden durch einen Patentansprüche: frequenzvariablen Oberlagerungsoszillator die zu untersuchenden Komponenten des Frequenzspektrums in

1. Schaltungsanordnung zur sequentiellen Fre- den Durchlaßbereich eines Bandfilters transportiert, quenzspektrumanalyse mit eintr Mischstufe, die das 5 Die sequentielle Methode ist demnach nur für Frezu analysierende Frequenzgemisch der zeitlich ver- quenzspeklren geeignet, deren Verteilung zeitlich genüänderbaren Frequenz eines Oszillators überlagert, gend lange konstant bleibt, so daß sie während der Va- und einer mehrere Filter umfassende Filteranord- riation des Oberlagerungsoszillators, die meist einen sänung, über die die Ausgangsfrequenzen der Misch- gezahn- und/oder dreieckförmigen Frequejz-Zeitverstufe mindestens einer Amplitudenmeßanordnung io lauf hat, keine Veränderung erfährt; andernfalls ist eine zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, vollständige Information über den zeitlichen Ablauf der daß der Oszillator (1) in Frequenzstufen schaltbar ist, spektralen Verteilung zu gewinnen. Eine derartige daß alle Filter (6.1... 6.N) auf das gleiche Durchlaß- Schaltungsanordnung ist aus der US-PS 34 73 121 beband abgestimmt sind, und daß der Ausgang der kannt, bei der mehrere Filter, die auf verschiedene Mischstufe (3) über einen ersten Umschalter (7) an <5 Durchlaßbänder abgestimmt sind, parallel zueinander die Filteranordnung (6) angeschlossen ist, wobei die geschaltet und jeweils mit einer Amplitudenmeßanord-Filter (6.1 ... 6.N) nacheinander und mit der Um- nung verbunden sind. Die physikalisch gegebene Grenschaltung des Oszillators (1) über den ersten Um- ze der Suchgeschwindigkeit ist hier durch das Einschalter (7) an die Mischstufe (3) anschaltbar-sind. schwingverhalten des Filters gegeben, das die gesuchten

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- 20 Komponenten herausfiltern soll. Durch die Variation durch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein Fre- des Überlagerungsoszillator* wird die gesuchte Frequenzsynthesegerät (1) ist quenzkomponente in den Durchlaßbereich des Filters S

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, geschoben und muß dort solange verweilen, bis das FiI- I dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (6.1 ... 6.N) ter auch für den neuen Amplitudenwert eingeschwun- I mit einer gemeinsamen Amplitudenmeßanordnung 25 gen ist Ebenso muß auf den anschließend erreichten (9, 11) über einen zweiten Umschalter (10) verbun- Frequenzintervall das Ausschwingen des Filters abgeden sind, der gemeinsam mit der Anschaltung eines wartet werden, <is das neu aufgetretene Signal ohne Filters (6.1... 6JVJ an die Mischstufe (3) diese mit der Störung durch den Ausschwingvorgang ausgewertet

§j Amplitudenmeßanordnung (9,11) verbindet. werden kann. Liegt das neue Signal nur wenig über dem I 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- 30 Rauschpegel, so muß der Ausschwingvorgang des vor-I durch gekennzeichnet, daß die Umschalter (7,10) als hergehenden Signals eine Amplitude unterhalb des ^3 Diodenschalter ausgebildet sind. Rauschpegels erreicht haben. Bei einem Ausgangspegel g 5. Schaltungsanosdnung «lach einem der Ansprü- des vorhandenen Signals von z. B. 80 dB über dem Raufe ehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzö- sehen muß die Signalamplitude auf < 10~< abgeklungen I gerungsschaltung (8) zwisch-n Filteranordnung (6) 35 sein, wenn die Messung des neuen, gegebenenfalls ψ und Amplitudenmeßanordnung (9, 11) vorgesehen schwaschen Signals nicht gestört werden soll. Beim Ein- « ist, deren Verzögerungszeit entsprechend dem Ein- schwingvorgang ist ein solch geringer asymptotischer I schwingzeitverhalten der Filter (6.1 ... 6.N) bemes- Restfehler nicht unbedingt erforderlich, denn wenn der I sen ist. Endzustand mit 1 % Genauigkeit erreicht wird, sind die |j 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü- <o meisten praktischen Systemforderungen an die Meßge- k ehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzö- nauigkeit erfüllbar. Die Suchgeschwindigkeit wird also I gerungsschaltung zum gegenüber der Frequenzum- wesentlich durch das asymptotische Ausschwingverhal-I schaltung des Oszillators (1) verzögerten Anschalten ten auf den Rauschpegel des Systems und nicht durch if des nächsten Filters (6.1... 6.N)vorgesehen ist. das Einschwingen auf die Toleranzgrenze der Meßgeil 7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehre- 45 nauigkeit begrenzt. Die genannte Schaltungsanordnung H ren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- ermöglicht demnach keine Verminderung der Gesamt- -J- zeichnet, daß ein Amplitudenmodulator (13,14) dem verzögerung des Suchvorgangs auf die notwendige ;^;i ersten Umschalter (7) vorgeschaltet ist, mittels dem Meßverzögerung zu begrenzen, die durch das physika- :; die Umschaltfunktion an den optimalen Amplituden- lisch unvermeidbare Zeitintervall zum Einschwingen U Zeit-Verlauf der Filteranordnung (6) anpaßbar ist. 50 des Filters auf die Toleranzgrenze der Systemgenauig-1| 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü- keit gegeben ist.

ύ ehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bei der Simultan-Frequenzanalyse sind für jedes zu ff Umschalter (7) als spannungssteuerbarer Kommuta- untersuchende Teilfrequenzband Filter vorgesehen, die j| tor ausgebildet ist und daß ein Steuerspannungsge- im Eingang gemeinsam gespeist werden. Eine derartige 't\ nerator für den Kommutator zur Erzeugung einer 55 Schaltungsanordnung ist aus der DE-PS 9 28 057 bell Steuerspannung entsprechend dem optimalen Am- kannt, wobei der Ausgang eines jeden Filters über einen ■$ plituden-Zeit-Verlauf der Filteranordnung (6) vorge- Schalter mit einer Amplitudenmeßwerteinrichtung versjj sehen ist. bunden ist, so daß nacheinander die an den Ausgängen '·-'; der Filter anstehenden Meßwerte abgegriffen werden