Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Преобразователь частоты

ДЛЗ -> Детектор

ЧМ генератор

Управляющий элемент

Генератор развертки

синхр!

Рис. 14.14. Структурная схема простешпего анализатора спектра на дисперсионной линии задержки

Если исследуемое напряжение имеет вид повторяющихся импульсов, то необходимо, чтобы отклики, вызванные соседними импульсами, не перекрывались. Следовательно, длительность паузы Хпз между импульсами должна превышать длительность отклика T„.

При анализе без преобразования для неискаженного воспроизведения спектра должно выполняться условие (14.40) или t„ « <Хпз/гсК. Это накладывает ограничение на скважность исследуемого импульсного напряжения, которая должна удовлетворять условию g лхпз/хщ кК. При работе с преобразованием длительность паузы может быть много меньше x„, поэтому допустима работа с импульсными напряжениями, скважность которых близка к единице. Однако существование пауз во входном напряжении принципиально необходимо, поскольку за время паузы происходит наблюдение отклика от предьщущего импульса. Чтобы с помощью дисперсионных линий проанализировать спектры непрерывных колебаний, их следует преобразовать в последовательность радиоимпульсов, называемых выборками. Выборки чередуются с паузами, длительность которых должна превышать время анализа. Для уменьшения отношения Ta/x„ применяется режим работы с преобразованием частоты. Напряжение гетеродина имеет вид прямоугольных импульсов с линейно изменяющейся во времени частотой. По окончании очередного импульса смеситель запирается и исследуемое напряжение не поступает на вход линии задержки, что соответствует паузе. Структурная схема такого анализатора подобна схеме анализатора с преобразованием, показанной на рис. 14.14. Единственное отличие состоит в способе запуска генератора развертки: в анализаторе непрерывных колебаний он происходит от внешнего источника. Пусть исследуемое напряжение имеет вид t/jj = t/„,coscOof. После

преобразования получим

Vx = V„ cos (cOot - tfla), (14.41)

где t/„0 при 0<f<T„.

Интеграл в (14.34) соответствует спектральной функции прямоугольного импульса. Огибающая выходного напряжения

8т[0,5(П-Юо)т„]

V(t) = -

2\[тш 0,5 (П

П = ю, -Н

(14.42)

Следовательно, гармоническому напряжению соответствует отклик (14.42), положение которого по оси абсцисс определяется частотой cOq, а высота главного лепестка пропорциональна амплитуде t/,„. Как известно, ширина главного лепестка спектра прямоугольного радиоимпульса соответствует значению t£l = 47i/t„. Разрешающую способность анализатора оценивают половиной ширины лепестка 27i/t„, так как при такой разности частот между гармоническими составляющими входного напряжения отклики разделяются. Чем меньше разность частот между соседними спектральными составляющими, тем большее время Та требуется для их разрешения.

Основными характеристиками таких анализаторов являются диапазон длительностей радиоимпульсов (шш полоса анализа) и разрешение (или число каналов анализа). Анализаторы спектра с дисперсионными линиями задержки по своей структурной схеме сходны с гетеродинными анализаторами последовательного типа, а по быстродействию близки к анализаторам параллельного типа Однако эти приборы распространены пока мало, что обусловлено недостаточной полосой пропускания дисперсионных линий задержки и их малым динамическим диапазоном. Работы по совершенствованию линий задержки ведутся, поэтому можно ожидать, что анализаторы такого типа в будущем будут применяться шире. А анализ спектра одиночных радиоимпульсов и радиоимпульсов с большой скважностью в настоящее время возможен только такими приборами.

Известен анализатор спектра в реальном времени С4-47 (С4-50) (серийно не выпускались), предназначенный для наблюдения и измерения спектров радиосигналов в реальном времени в диапазоне СВЧ, в том числе для анализа спектров импульсных кодированных сигналов и оценки изменения спектров во времени в координатах частота - амплитуда - время.



160 МГц

СмесительТ] УПЧ 1 I

вО МГц

ЧМ генератор 1

Генератор контроля

Смеситель 2

УПЧ 2

ЧМ генератор 2

Детектор

Генератор строб-импульсов

J1 t

Блок управления

Генератор медленной развертки

Отсчетный аттенюатор

~1Г~

Генератор развертки

Рис. 14.15. Структурная схема анализатора спектра С4-47

Анализатор спектра С4-47 выполнен на промежуточную частоту 160 МГц и подключается к выходу СВЧ преобразователя прибора С4-27. В СВЧ преобразователе осуществляется преобразование анализируемого сигнала СВЧ в сигнал промежуточной частоты 160 МГц с использованием гармоник гетеродинов, которые работают на частотах 170- 700 МГц и 2-4 ГГц. Для повышения чувствительности при измерениях анализатором спектра С4-47 можно также использовать СВЧ преобразователи, работающие на первой гармонике гетеродина, например блоки СВЧ от анализаторов спектра СК4-61-СК4-67.

Прибор С4-47 построен по схеме супергетеродинного приемника с двукратным преобразованием частоты. Структурная схема прибора С4-47 приведена на рис. 14.15.

Анализируемый сигнал, преобразованный на частоту 160 МГц, подается через полосовой фильтр на смеситель 1 анализатора. Центральная частота УПЧ1 равна 60 МГц. В режиме анализа спектров радиоимпульсов полоса частот УПЧ1 составляет 10 МГц, в режиме анализа спектров непрерывных сигналов 3 МГц. С выхода УПЧ1 сигнал поступает на анализирующую ступень прибора, которая состоит из смесителя 2, ЧМ генератора, УПЧ2 и ДЛЗ, с помощью которой осуществляется разложение сигнала в спектр. В режиме анализа спектров радиоимпульсов запуск ЧМ генератора осуществляется сигналом с детектора, включенного на выход УПЧ2, либо импульсным внешним сигналом; в режиме анализа спектров непрерывных сигналов - периодическими синхроимпульсами, поступающими от блока управления. В этом режиме измерений можно реализовать весовую обработку сигнала по косинусоидальному закону.

С выхода ДЛЗ отклики, определяющие спектральные составляющие анализируемых импульсов или выборок непрерывного сигнала, через отсчетный аттенюатор и УВО подают на ЭЛТ. Для наблюдения спектра в анализаторе используют калиброванную развертку, что позволяет отсчитывать частотные интервалы в спектре непосредственно по масштабной сетке на экране ЭЛТ.

Анализатор спектра позволяет выполнить анализ спектров радиоимпульсов из кодовых пачек путем стробирования сигнала в УПЧ1. Для этого используют генератор стробимпульсов, который запускается внешним видеоимпульсом, предшествующим кодовой пачке.

Анализатор спектра позволяет наблюдать спектр в координатах частота - время - амплитуда и частота - время. В первом случае в анализаторе осуществляется дополнительная «медленная» развертка луча по вертикали и горизонтали. При этом спектрограммы соседних выборок сигнала или последовательно проходящих на вход радиоимпульсов сдвигаются на экране по вертикали и горизонтали, что в сочетании с детектированием откликов, поступающих с выхода ДЛЗ, создает имитацию временного рельефа спектра на экране. Напряжение медленной развертки (развертки оси времени) складывается соответственно с огибающими выходных откликов и напряжением развертки спектрограмм.

Если УВО отключается, а огибающие откликов ДЛЗ подаются на модулятор ЭЛТ, на экране анализатора индицируется только зависимость частоты от времени.

С помощью анализатора спектра С4-47 (С4-50) можно:

наблюдать и измерять частоту спектральных составляющих радиоимпульсов



и форму их спектра, в том числе следующих с весьма малой частотой повторения. Так как прибор определяет спектр каждого радиоимпульса, поступающего на его вход, то при фотографировании с экрана анализатора можно наблюдать спектры одиночных радиоимпульсов;

оценивать изменение спектров от импульса к импульсу в координатах частота - амплитуда - время и частота - время как с внешним, так и с внутренним запуском развертки оси времени;

наблюдать и измерять спектры кодированных импульсных сигналов, измерять спектры радиоимпульсов, заранее выбранных с помощью системы стробирования из кодовой пачки, оценивать изменение (в координатах частота - время - амплитуда) спектров от импульса к импульсу в пачке, а также взаимную когерентность импульсов в пачке при малых сдвигах во времени между ними;

оценивать взаимную когерентность радиоимпульсов в двух одновременно подаваемых на вход анализатора последовательностях;

определять частоту радиоимпульсов, оценивать уходы частоты и амплитуды от импульса к импульсу, в том числе определять закон изменения этих уходов во времени;

измерять и наблюдать спектры непрерывных сигналов в реальном масштабе времени, определять закон уходов частоты во времени, отношение амплитуд различных частотных компонентов сложного сигнала и соответствующие частотные интервалы;

определять девиацию частоты и закон частотной модуляции ЧМ сигнала при девиации 0,4-3 МГц и частотах повторения до 1 кГц;

исследовать среду с быстро изменяющимся во времени коэффициентом передачи, зондируя ее радиоимпульсами с известными спектрами; таким путем, в частности, возможно изучение нестационарной плазмы, ионосферы и пр.

Основные технические характеристики

Диапазон частот в комплекте с СВЧ преобразователем

Входная центральная частота анализатора спектра С4-47, МГц.........

Максимальная полоса обзора, МГц:

в режиме анализа спектров радиоимпульсов . .

10 МГц-39,6 ГГп

Продолжение

в режиме анализа спектров непрерывных сигналов ........3

Диапазон длительностей анализируемых радиоимпульсов, мкс........0,4-6

Разрешающая способность по частоте, кГц, в режиме анализа спектров непрерывных сигналов на уровне 3 дБ,

не хуже........50

Уровень собственных шумов комплекта С4-50, приведенных к входу (чувствительность при отношении сигнал/шум, равном единице), не хуже:

в диапазоне 0,01-4 ГГц -90 дБ/Вт в диапазоне 4-15 ГГц -80 дБ/Вт в диапазоне 15-39,6 ГГц -70 дБ/Вт для анализатора спектра

С4-47 ........ 50 мкВ

Пределы регулировки ослабления отсчетного аттенюатора, дБ, ступенями через 1 дБ 0 - 29 Частотный масштаб развертки по шкале экрана ЭЛТ изменяется ступенями . . . 0,1; 0,2; 0,3;

0,5 и 1 мГц на деление

Погрешность установки частотного масштаба от установленного значения, %, не более.........15

Динамический диапазон, дБ, в режиме анализа • спектров непрерывных сигналов, не менее.........30

Пределы изменения длительности стробирующего импульса, мкс......2-10

Пределы изменения длительности развертки оси времени, мкс........1 - 100

Погрешность анализа, дБ, не более:

для радиоимпульсов длительностью около 6 мкс 2 для радиоимпульсов длительностью около 0,5 мкс 3 Напряжение питания. В, от сети переменного тока частотой 50±0,5 Гц ... . 220±22

14.3.4. АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА НА ЦИФРОВОМ ФИЛЬТРЕ

Вопросам цифровой фильтрации в литературе уделяется много внимания, и это не случайно. Бурное развитие вычислительной техники уже сейчас позволило создать анализаторы спектра на цифровом фильтре



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 [146] 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0122