SU711486A1 - Амплитудно фазовый анализатор спектра - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрои радиоизмерительной технике и может быть применено для определения спектра амплитуд и спектра фаз сигналов в реальном масштабе времени, для 5 исследования свойств сигналов, например , в дефектоскопии, а также при разработке помехоустойчивых систем железнодорожной радио- и.проводной связи. 10

Известны безрезонаторные анализаторы спектра, использующие метод гармонического взвешивания сигнала и содержащие устройства выборки, коммутаторы, блоки взвешивания и сумма- 15 торы [1].

Однако точность их анализа недостаточна.

Наиболее близким решением из известных является анализатор, содер- 20 Жащий последовательно соединенные устройство импульсной выборки сигнала, многоканальный коммутатор, блок гармонического взвешивания и сумматор [2] . 25

Его недостатком,как и других анализаторов спектра, использующих метод гармонического взвешивания, является низкая точность определения текущего спектра из-за наличия ошибки, кото- 30 рая появляется в виде набега фазы за счет движения во времени сигнала относительно неподвижных весовых коэффициентов, создаваемых взвешивающими резисторами.

Цель изобретения - повышение точности измерений текущего спектра. Эта цель достигается тем, что амплитудно-фазовый анализатор спектра, содержащий блок выборки,вход которого соединен с выходом источника сигнала, а выходы подключены к двум квадратурным каналам обработки, каждый из которых состоит из последовательно-соединенных блока взвешивания, сумматора, коммутатора и соответствующего блока определения модуля или фазы, вторые входы которых соединены с выходом коммутатора противоположных каналов, дополнительно снабжен блоком устранения набега фазы, первый вход которого соединен с выходом блока определения фазы, второй вход - со вторым выходом коммутатора, а третий вход - со вторым выходом источника сигнала.

При этом блок .устранения набега фазы выполнен в виде последовательносоединенных порогового блока, триггера, ключа и сумматора, второй вход которого подключен к первому входу блока устранения набега фазы, а также генератора пилообразного напряжения ,дифференцирующей цепи и ограничителя, вход которого соединен со вторым входом порогового блока и с выходом сумматора, третий вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, соединенного также через диффёренцирующую цепь со вторым входом триггера, а входы генератора пилообразного напря жения подключены ко второму и третье му входам блока устранения набега фазы.

На фиг.1 представлена функциональная схема анализатора. Он содержит источник 1 сигнала, блок 2 выборки, выполненный В виде линии задержки ' с отводами, блоки 3 и 4 взвешивания/ сумматоры 5 и 6,коммутаторы 7 и 8 блок 9 определения модуля, блок 10 определения фазы и блок 11 устранения набега фаз.

Блок 11 в свою очередь состоит из генератора 12 пилообразного напряжения, дифференцирующей цепи 13, поро-25 гового устройства 14, триггера 15, ключа 16, сумматора 17, ограничителя и клемм + 7С, -21с для подключения источника постоянного напряжения.

Работает анализатор следующим образом.

От источника 1 исследуемый Сигнал поступает на вход блока 2 в'ыборки, выходные сигналы которого в дискретных точках перемнох<аются на значения ^5 коэффициентов передачи блоков 3 и 4 гармонического взвешивания, затем суммируются в сумматорах 5 и 6.

С выходом сумматоров сигналы посту пают на электронные коммутаторы 7 и 8, которые периодически через интер- 40 валы Котельникова At , считывают Текущие значения коэффициентов разложения по Фурье, в результате чего на их выходах получаются огибающие косинусоидальных и синусоидальных 45 составляющих сигнала.

Блоки 9 и 10 вычисляют спектры амплитуд и фаз. сигнала. За счет движения сигнала в блоке 2 выборки относительно весовых коэффициентов jq появляется набег фазы в виде дополнительного слагаемого ( -ω,Ί) , где - .частота, -fc - время.

При этом любой набег фазы, равный К-21с, где К - целое, число, может _ быть отброшен. ³³ 'Поэтому слагаемое (-иь’^Ь) представляет собой периодическую функцию с периодом Т_и---2^7Будем считать¹, что фаза составляю- 60 щих сигнала может принимать любые значения в интервале + 71 , -It . Тогда текущая фаза составляющей с частотой си; перевернутого на оси времени сигнала, движущегося в линии задержки 65

7%. (оц) - ] блока 2, будет иметь вид, показанный на фиг.2.

Перескок фазы от - 1ί до + It будет происходить в схеме блока 10 определения фазы в моменты t_o , t₄ , t₂... на каждом периоде . Для компенсации набега ф...зы необходимо .добавить .функциюu;jt до скачка фазы и дополнительно добавить - 217 в интервалах tp-T.,·, - 3^·, и т.д.

Следовательно, для компенсации набега фаз на каждой частотной составляющей необходимо вырабатывать пилообразное напряжение с периодом соответственно Tj - и размахом 21С.

Работа блока 11 устранения набега фаз происходит следующим образом.

В момент начала сигнала t = 0 запускается генератор 12 пилообразного напряжения на время >> 2Т, где Т - длительность сигнала, и вырабатывает пилообразные напряжения с периодами Τ₄· - , размахом 21с .

Для устранения набега фазы на один вход сумматора 17 подается из генератора 12 напряжение U-i-<Ц'Ь,на другой вход - через электронный ключ 16 постоянная величина (-21Г ) в интервалах t₁ - 2Т4 и т.д. Эти интервалы задаются триггером 15, который опрокидывается импульсом с порогового устройства 14 в момент, когда фаза на выходе сумматора 17 становится больше + 11 в результате перескока фазы - 1Г до + 1Г в блоке 10, и возвращается в первоначальное состояние» в моменты времени Т₄ , 2Т{ и т.д. импульсом,полученным в дифференцирующей цепи 13.

Таким образом на одном выходе анализатора будет получаться текущий спектр амплитуд, а на другом выходе .· текущий спектр фаз для сигнала, заходящего в блок 2 выборки до момента t = Т и для сигнала, выходящего из блока 2 выборки после момента f = Т.

На каждой частотной составляющей работа блока 11 отличается только периодом сигнала, вырабатываемого генератором 12 пилообразного напряжения .

Применение предложенного амплитудно-фазного анализатора спектра позволяет обеспечить гибкость перестройки анализатора на требуемые гармонические составляющие и получить текущий спектр фаз, неискаженный набегом фаз.

Claims (2)

1. (54) АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА которого подключен к первому входУ блока устранени  набега фазы, а так же генератора пилообразного нахтр жени ,дифференцирующей цепи и ограни чител , вход которого соединен со вторым входом порогового блока и с выходом сумматора, третий вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напр жени , соед ненного также через диффёренцирумдую цепь со вторым входом триггера, а входы генератора пилообразного напр жени  подключены ко второму и треть му входам блока устранени  набега фазы. На Фиг,1 представлена функционал на  схема анализатора. Он содержит источник 1 сигнала, блок 2 выборки, выполненный fe виде линии задержки с отводами, блоки 3 и 4 взвешивани  сумматоры 5 и б,коммутаторы 7 и 8 блок 9 определени  модул , блок 10 определени  фазы и блок 11 устранени  набега фаз. Блок 11 в свою очередь состоит из генератора 12 пилообразного напр жени , дифференцирующей цепи 13, по гового устройства 14, триггера 15, ключа 16, сумматора 17, ограничител 18 и клемм + 1t, -2fL дл  подключени источника посто нного напр жени . Работает анализатор следующим образом. От источника 1 исследуемый Сигна поступает на вход блока 2 выборки, выходные сигналы которого в дискрет ных точках перемнох аютс  на значени коэффициентов передачи блоков 3 и 4 гармонического взвешивани , затем суммируютс  в сумматорах 5 и 6. С выходом сумматоров сигналы пос пают на электронные коммутаторы 7 и В, которые периодически через интер валы Котельникова ut , считывают Текущие значени  коэффициентов разложени  по Фурье, в результате чего на их выходах получаютс  огибающие косинусоидальных и синусоидальных составл ющих сигнала. Блоки 9 и 10 вычисл ют спектры амплитуд и фаз. сигнала. За счет движени  сигнала в блоке 2 выборки относительно весовых коэффициентов по вл етс  набег фазы в виде допол нительного слагаемого ( -ш,-Ь) , где uji - частота, -t - врем . При этом любой набег фазы, равны К-2К, где К - целое, число, может быть отброшен. Поэтому слагаемое () представл ет собой периодическую функц с периодом T.J Будем считать что фаза составл щих сигнала может принимать любые значени  в интервале 4- 7Г , - it . То текуща  фаза составл ющей с частот ouj переверггутого на оси времени си нала, движущегос  в линии задержки nt (JU-) - it блока 2, будет иметь вид, показанный на фиг.2. Перескок фазы от - 1Г до + 1Г будет происходить в схеме блока 10 опреелени  фазы в моменты t , t. , t,.. на каждом периоде Т - - . Дл  компенсации набега ф,зы необходимо .добавить .функциюсй;,--Ь до скачка фазы и дополнительно добавить - 2(Г в интервалах , 1--2Т.| to- 3, и т.д. Следовательно, дл  компенсации набега фаз на каждой частотной соста.вл ющей необходимо вырабатывать пилообразное напр жение с периодом соответств.енно и размахом 27Г, Работа блока 11 устранени  набега фаз происходит следующим образом, В момент начала сигнала t О запускаетс  генератор 12 пилообразного напр жени  на врем  2Т, где Т - длительность сигнала, и вырабатывает пилообразные напр жени  . с периодами - г- , размахом 2-fL . Дл  устранени  набега фазы на один вход сумматора 17 подаетс  из генератора 12 напр жение ,на другой вход - через электронный ключ 16посто нна  величина (-21Г ) в интервалах ,-t - 2T-i и т.д. Эти интервалы задаютс  триггером 15, который опрокидываетс  импульсом с порогового устройства 14 в момент, когда фаза на выходе сумматора 17 становитс  больше + К в результате перескока фазы - IT до + fi в блоке 10, и возвращаетс  в первоначальное состо ние в моменты времени , 2Т{ и т.д. импульсом,полученным в .дифференцирующей цепи 13, Таким образом на одном выходе анализатора будет получатьс  текущий спектр амплитуд, а на другом выходе . текущий спектр фаз дл  сигнала, заход щего в блок 2 выборки до момента t Т и дл  сигнала, выход щего из блока 2 выборки после момента f Т. На каждой частотной составл гсщей работа блока 11 отличаетс  только периодом сигнала, вырабатываемого генератором 12 пилообразного напр жени  . Применение предложенного амплитудно-фазного анализатора спектра позвол ет Обеспечить гибкость перестройки анализатора на требуемые гармонические составл ющие и получить текущий спектр фаз, неискаженный набегом фаз. Формула изобретени  1. Амплитудно-фазовый анализатор спектра, содержащий блок выборки, вход кот.орого соединен с выходом источника сигнала, а выходы подключены к двум квадратурным каналам обработки , каждый из которых состоит из последовательно-соединенных блока взвешивани , сумматора, коммутатора и соответствующего блока опре делени  или фазы, вторые входы которых соединены с выходом коммутатора противоположных каналов, отличающийс  тем, что, с ;целью повышени  точности измерений, анализатор дополнительно снабжен блоком устранени  набега фазы, первый вход которого соединен с выходом определени  фазы, второй вход - со вторым выходом коммутатора, а третий вход - со вторым выходом источника сигнала. 2. Амплитудно-фазовый анализатор спектра по Па1,отл ичающи йс   тем, что блок устранени  набега фазы выполнен в виде последовательн соединенных порогового блока, триггера , ключа и cyiviMaTOpa,- второй вход которого подключен к nepBotviy входу блока устранени  набега фaзЫf а также генератора пилообразного напр же- ни , дифференцирукхцей цепи и ограничител , вход которого соединен со вторым входом порогового блока и с выходом сумматора, третий вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напр жени , соединенного также через дифференцирующую цепь со вторым входом триггера, а входы генератора пилообразного напр жени  подключены ко второму и третьему входам блока устранени  набега фазы. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Криксунов В.Г., Тетельбаум А,С, Анализатор спектра амплитуд и фаз циклически -повтор ющихс  процессов, Приборы и техника эксперимента , 1970, № 1 .
2. 2.Бабенко В.И., Чайковский В,И, Дискретно-аналоговый анализатор спектра Измерительна  техника , 1975, № 3.

   Ct(aJi)

   ) Vt(Mi}-(t)it