анализатор спектра

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные аттенюатор, вход которого является входом анализатора, первый коммутатор, фильтр нижних частот, последовательно соединенные первый полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого коммутатора, первый смеситель, выход которого соединен с входом первого усилителя промежуточной частоты, последовательно соединенные второй смеситель, узкополосный фильтр, третий смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, четвертый смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, пятый смеситель, третий усилитель промежуточной частоты, блок детекторов, блок усилителей вертикального и горизонтального отклонений, второй вход которого соединен с выходом блока развертки, электроннолучевую трубку, первый выход блока развертки соединен с первым входом первого генератора управляемого напряжением (ГУН), выход которого соединен с пятым входом блока обратного преобразования и вторым входом первого смесителя, второй выход блока развертки соединен с первым входом второго ГУН, выход которого соединен с вторым входом четвертого смесителя и вторым входом блока обратного преобразования, третий вход которого объединен с вторым входом пятого смесителя и соединен с выходом третьего опорного генератора, выход первого опорного генератора соединен с вторым входом третьего смесителя и первым входом блока обратного преобразования, четвертый вход которого соединен с вторым выходом блока детекторов, выход второго опорного генератора соединен с входами первого опорного генератора и первого делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом соединен с вторым входом первого ГУН и через второй делитель частоты с вторыми входами второго ГУН и блока декад, первый вход которого соединен с выходом блока обратного преобразования, первый выход блока декад соединен с входом блока развертки, а второй выход с входом блока преобразования кода, причем блок декад, блок преобразования кода и цифровое табло составляют электронный счетчик, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй коммутатор, причем вход второго полосового фильтра соединен с третьим выходом первого коммутатора, а второй коммутатор включен между выходом фильтра нижних частот и входом второго смесителя, последовательно соединенные квадратор и третий коммутатор, включенные между выходом первого ГУН и входом второго смесителя, причем второй вход третьего коммутатора соединен также с выходом первого ГУН, последовательно соединенные блок пересчета частоты и четвертый коммутатор, включенные между выходом блока преобразования кода и входом цифрового табло, причем второй вход четвертого коммутатора соединен также с выходом блока преобразования кода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радио- и измерительной техники и может быть использовано при разработке и модернизации анализаторов спектра и панорамных приемников.

Обычно расширение частотного диапазона измерительных приборов требует их коренной модернизации или новой разработки. Расширить частотный диапазон анализатора спектра можно двумя известными путями:

введением нового ЛЧМ гетеродина, что равносильно расширению частотного диапазона старого ЛЧМ гетеродина (Дикарев В.И., Шерстобитов В.В. Методы и средства технического анализа сигналов. - Л.: Военный инженерный краснознаменный институт имени А.Ф. Можайского, 1988, с. 69);

переносом (конвертированием) нового частотного поддиапазона в область частот старого рабочего поддиапазона (Гассанов Л.Г., Липатов А.А. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. - М.: Радио и связь, 1988, с. 204-206, 240-246).

Введение нового ЛЧМ гетеродина связано с большими трудностями из-за сложности обеспечения высокой стабильности при настройке на фиксированную частоту.

Для конвертирования необходим высокостабильный опорный генератор. Использование синтезатора частот существенно усложняет и удорожает аппаратуру. Использование кварцевого генератора с умножением частоты связано с большим числом побочных составляющих.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является анализатор спектра СЧ-74 (Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЕЯ2.747.018 ТО).

Структурная схема этого анализатора приведена на фиг. 1, где обозначено: 1 - аттенюатор; 2 - коммутатор; 3 - полосовой фильтр; 4 - фильтр низких частот; 5₁, 5₂, 5₃, 5₄, 5₅ - смесители; 6₁, 6₂ - генераторы, управляемые напряжением (ГУН); 7₁, 7₂, 7₃ - опорные генераторы; 8 - узкополосный фильтр; 9₁, 9₂, 9₃ - усилители промежуточной частоты; 10₁, 10₂ - делители частоты; 11 - блок обратного преобразования частоты; 12 - блок развертки; 13 - блок декад; 14 - блок преобразования кода; 15 - цифровое табло; 16 - электронный счетчик; 17 - блок детекторов; 18 - блок усилителей вертикального и горизонтального отклонения (БУВГО); 19 - электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

Устройство содержит последовательно соединенные аттенюатор 1, вход которого является входом устройства, коммутатор 2, ФНЧ 4, второй смеситель 5₂, узкополосный фильтр 8, третий смеситель 5₃, первый УПЧ 9₁, второй вход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр 3 и первый смеситель 5₁ соединен с вторым выходом коммутатора 2, четвертый смеситель 5₄, второй УПЧ 9₂, пятый смеситель 5₅, третий УПЧ 9₃, блок детекторов 17, второй вход которого соединен с выходом второго УПЧ 9₂, БУВГО 18, два выхода которого соединены с входами ЭЛТ 19. Первый ГУН 6₁ своим выходом соединен с вторыми входами первого 5₁ и второго 5₂ смесителей, а также с пятым входом блока обратного преобразования частоты 11, выход которого соединен с входом блока декад 13 электронного счетчика 16.

Один выход блока декад 13 соединен с входом блока развертки 12, другой - через блок преобразования кода 14 с цифровым табло 15. Второй ГУН 6₂ соединен с вторым входом четвертого смесителя 5₄ и вторым входом блока обратного преобразования 11, первый вход которого объединен с вторым входом третьего смесителя 5₃ и соединен с выходом первого опорного генератора 7₁. Выход второго ОГ 7₂ соединен с входом первого ОГ 7₁ и с входом первого делителя частоты 10₁, выход которого соединен с первым входом первого ГУН 6₁, а через второй делитель 10₂ с первым входом второго ГУН 6₂ и вторым входом блока декад 13. Выход третьего ОГ 7₃ соединен с вторым входом пятого смесителя 5₅ и третьим входом блока обратного преобразования 11, четвертый вход которого соединен с вторым выходом блока детекторов 17.

Вторые входы первого и второго ГУНов 6₁ и 6₂ соединены с первым и вторым выходами блока развертки 12, третий выход которого соединен с вторым входом БУВГО 18.

Устройство является анализатором спектра последовательного типа и представляет собой панорамный супергетеродинный приемник с четырехкратным преобразователем частоты.

Входной сигнал через ступенчатый аттенюатор 1 поступает на коммутатор 2, который в зависимости от выбранного поддиапазона (300 Гц - 150 МГц или 150 - 300 МГц) подключает его либо к полосовому фильтру 3, либо к ФНЧ 4. С выходов фильтров 3 и 4 сигнал поступает на вход соответствующего смесителя 5₁ или 5₂. На опорные входы смесителя 5₁ и 5₂ поступает сигнал с ГУН 6₁, частота которого может изменяться (от 263,5 до 413,5 МГц) плавно под действием управляющего напряжения с блока развертки 12 или дискретно через 1 МГц под действием синхросигнала с делителя частоты 10₁. Преобразованный сигнал частоты (263,50,5) МГц (поддиапазон 300 Гц - 150 МГц) проходит через ПФ 8 и поступает на смеситель 5₃, где с помощью опорного генератора 7₁ с частотой 150 МГц преобразуется в сигнал (113,5 + 0,5) МГц. Этот сигнал после усиления в УПЧ 9₁ поступает на смеситель 5₄, где с помощью ГУН 6₂ преобразуется в сигнал частоты 8160 кГц. В поддиапазоне 150 - 300 МГц преобразованный сигнал с выхода смесителя 5₁ частотой (113,50,5) МГц сразу поступает на вход УПЧ 9₁. Входы УПЧ 9₁ переключаются в зависимости от выбранного поддиапазона. Частота ГУН 6₂ может изменяться в пределах 1 МГц плавно под действием управляющего напряжения с блока развертки 12 под действием синхросигнала с делителя частоты 10₁₂. Сигнал частоты 8160 кГц усиливается и фильтруется в УПЧ 9₂, а затем поступает или сразу на блок детекторов 17, или после преобразования в сигнал 128 кГц. Преобразование в частоту 128 кГц происходит в смесителе 5₅ под действием напряжения с частотой 8032 кГц с опорного генератора 7₃. Усиление и фильтрация сигнала 128 кГц производится в УПЧ 9₃. С выхода детектора 17 сигнал через усилитель отклонения в блоке 18 поступает на вертикальные пластины ЭЛТ 19. На горизонтальные пластины ЭЛТ 19 подается через усилитель в блоке 18 пилообразное напряжение с выхода блока развертки 12. Для синхронизации используется кварцевый генератор 7₂ с частотой 5 МГц.

В устройстве предусмотрено обратное преобразование (восстановление) исходного сигнала. Обратное преобразование происходит в блоке 11 аналогично прямому преобразованию, но в обратном порядке. Отфильтрованный и усиленный сигнал поступает на вход электронного счетчика 16, в состав которого входит блок счетных декад 13, блок преобразования 14 двоично-десятичного кода в сигналы управления семисегментными индикаторами цифрового табло 15.

Недостатком такого устройства является недостаточно широкий частотный диапазон (300 Гц - 300 МГц), хотя принцип построения позволяет существенно его расширить с некоторыми доработками.

В предлагаемом устройстве частотный диапазон увеличивается почти вдвое.

Для расширения частотного диапазона в устройство, содержащее последовательно соединенные аттенюатор, первый коммутатор, первый полосовой фильтр, первый смеситель, первый УПЧ, последовательно соединенные второй смеситель, узкополосный фильтр, третий смеситель, выход которого соединен с вторым входом первого УПЧ, последовательно соединенные четвертый смеситель, второй УПЧ, пятый смеситель, третий УПЧ, блок детекторов, второй вход которого соединен с выходом второго УПЧ, блок усилителей вертикального и горизонтального отклонения, второй вход которого соединен с выходом блока развертки, электронно-лучевую трубку, два выхода блока развертки соединены соответственно с первым и вторым генераторами, управляемыми напряжением, а вход с выходом блока декад, выход которого соединен с входом блока преобразования кода, выход первого ГУН соединен с вторым входом первого смесителя и с входом блока обратного преобразования, выход второго ГУН соединен с вторым входом четвертого смесителя и с вторым входом блока обратного преобразования, выход первого опорного генератора соединен с вторым входом третьего смесителя и соответствующим входом блока обратного преобразования, третий опорный генератор соединен с входом пятого смесителя и с соответствующим входом блока обратного преобразования, выход которого соединен с входом блока декад, выход второго опорного генератора соединен с входом первого опорного генератора и с входом первого делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом первого ГУН, а через второй делитель частоты с вторым входом второго ГУН и с вторым входом блока декад, кроме того, второй выход блока детекторов соединен с входом блока обратного преобразования, выход первого коммутатора соединен с входом ФНЧ, а также содержащее цифровое табло в составе электронного счетчика, введены последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого коммутатора, и второй коммутатор, присоединенный между выходом ФНЧ и входом второго смесителя, последовательно соединенные квадратор и третий коммутатор, присоединенные между выходом первого ГУН и входом второго смесителя, причем второй вход третьего коммутатора соединен также с выходом первого ГУН, а также последовательно соединенные блок пересчета частоты и четвертый коммутатор, присоединенные между выходом блока преобразования кода и входом цифрового табло, второй вход четвертого коммутатора соединен также с выходом блока преобразования кода.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 2, где обозначено: 1-19 - то же, что и на фиг. 1; 2₂, 2₃, 2₄ - второй, третий, четвертый коммутатор; 3₂ - второй полосовой фильтр; 20 - квадратор; 21 - блок пересчета частоты.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные аттенюатор 1, вход которого является входом устройства, первый коммутатор 2₁, ФНЧ 4, второй коммутатор 2₂, второй вход которого через второй полосовой фильтр 3₂ соединен с выходом первого коммутатора 2₁, второй смеситель 5₂, узкополосный фильтр, третий смеситель 5₃, первый УПЧ 9₁, второй вход которого через последовательно соединенные первый полосовой фильтр 3₁ и первый смеситель 5₁ соединен с первым выходом первого коммутатора 2₁, четвертый смеситель 5₄, второй УПЧ 9₂, пятый смеситель 5₅, третий УПЧ 9₃, блок детекторов 17, второй блок которого соединен с выходом второго УПЧ 9₂, а выход - с четвертым входом блока обратного преобразования 11. блок усилителей вертикального и горизонтального отклонения 18, второй вход которого соединен с выходом блока развертки 12, электронно-лучевую трубку 19.

Первый выход блока развертки 12 соединен с первым входом первого ГУН 6₁, выход которого соединен с вторым входом первого смесителя 5₁, с вторым входом второго смесителя 5 ₂ через последовательно соединенные квадратор 20 и третий коммутатор 2₃, с вторым входом третьего коммутатора 2₃ и с пятым входом блока обратного преобразования 11. Второй выход блока развертки 12 соединен с первым входом второго ГУН 6₂, выход которого соединен с вторым входом четвертого смесителя 5₄ и вторым входом блока обратного преобразования 11, выход которого соединен с входом счетчика декад 13, входящего в состав электронного счетчика 16. Первый опорный генератор 7₁ соединен с вторым входом третьего смесителя 5₃ и первым входом блока обратного преобразователя 11. Выход второго ОГ 7₂ соединен с входом первого ОГ 7₁ и с входом делителя частоты 10₁. Выход делителя частоты 10₁ соединен с вторым входом первого ГУН 6₁ и через второй делитель частоты 10₂ с вторым входом второго ГУН 6₂ и с вторым входом счетчика декад 13, выход которого соединен с входом блока развертки 12.

Выход третьего ОГ 7₃ соединен с вторым входом пятого смесителя 5₅ и третьим входом блока обратного преобразования 11. Электронный счетчик 16 содержит последовательно соединенные счетчик декад 13, блок преобразования кода 14, блок пересчета частот 21, а также цифровое табло 15. Выходы блока преобразования кода 14 и блока пересчета частот 21 соединены с входами четвертого коммутатора 24, выход которого соединен с входом цифрового табло 15.

Работает предлагаемое устройство аналогично работе устройства-прототипа за исключением нового частотного поддиапазона 300-563,5 МГц. Сигналы этого поддиапазона через входной аттенюатор 1, коммутатор 2₁, полосовой фильтр 3₂, коммутатор 2₂ поступают на сигнальный вход второго смесителя 5₂. На опорный вход этого смесителя подается сигнал с ГУН 6₁, возведенный в квадрат в квадраторе 20, в результате чего его частота удваивается. Квадратор 20 выполнен на перемножителе - аналоговой микросхеме 174 ПС 4.

Таким образом частота опорного сигнала на выходе квадратора 20 изменяется в пределах 527 - 827 МГц.

Преобразование частоты осуществляется по закону

f_пр=263,5 МГц=f_оп-f_с.

Отметка входного сигнала с частотой 300 МГц появляется при частоте опорного сигнала 563,5 МГц, что соответствует частоте ГУН 6₁, равной 281,75 МГц. Верхняя граничная частота входного сигнала составляет 563,5 МГц.

Для обеспечения правильной индикации частоты в новом частотном поддиапазоне вводится блок пересчета частоты 21. Формула пересчета получается следующим образом.

На первый вход блока декад 13 с выхода блока обратного преобразования 11 поступает сигнал, соответствующий частоте ГУН 6₁ f_г, т.е. соответствующий преобразованию

f"_с - f_г=f_пч. (1)

На самом деле осуществляется преобразование

2f_г - f_с=f_пч. (2)

Из (I) получим

-2f_г + 2f_с = -2f_пч. (3)

Сложим (2) и (3) и получим

f"_с - f_c = -f_пч (4)

откуда

f_с= 2f"_с + 263,5 [МГц],

где

f_c - истинное значение частоты, которое должно высвечиваться на световом табло;

f"_с - значение частоты, которое высвечивалось бы без блока 21.

Блок 21 представляет простое арифметическое цифровое устройство, реализующее формулу (4).

Пример выполнения такого блока описан в справочнике Пухальского Г.И., Новосельцевой Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990, с. 203 рис. 3.128.

Это устройство выполняет операцию

S=(X+Y)+(2ⁿ-q).

Для нашего случая X=Y, 2ⁿ-q=263,5.

Коммутаторы 2₂, 2₃, 2₄ выполнены на высокочастотных реле РПА-15 или РПА-16. Коммутатор 2₁ представляет собой последовательное соединение двух реле РПА-15 или РПА-16.

Принципиальные схемы блоков предлагаемого устройства приведены в Приложении ЕЯ2.747.017 Т01.