Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Основными достоинствами цифровых анализаторов спектра являются широкие возможности автоматизации при значительном расширении функциональных возможностей и повышении точности анализа. Недостатками являются ограниченность частотного диапазона из-за невысокого быстродействия операционных схем и малый динамический диапазон АЦП.

14.3.7. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Области применения анализаторов спектра постоянно расширяются (табл. 14.5). В настоящее время анализаторы спектра используются в радиоэлектронике, радиолокации, связи, акустике, гидроакустике, авиационном машиностроении, ракетостроении, автомобильной промышленности, судостроении, строительстве, здравоохранении, геологии, ядерных исследованиях и др. Рассмотрим некоторые из измерительных задач, решаемых с помощью анализаторов в первых пяти областях.

Измерение амплитуд и частот линейных спектров. Высокая стабильность гетеродинов, наличие встроенного частотомера и возможность абсолютной калибровки по уровню обеспечивают прецизионное измерение значений уровней и частот спектральных составляющих в современных анализаторах


Рис. 14.25. Определение частоты составляющей спектра по яркостной метке 1

спектра. В них предусмотрен режим, позволяющий производить такие измерения при панорамном обзоре спектра с помощью яр-костной метки (рис. 14.25). В этом режиме частотомер регистрирует частоту той спектральной составляющей, с которой совпадает метка. Смещая последнюю с помощью ручки «Метка», можно с высокой точностью измерить частоту любой спектральной составляющей в пределах обзора.

В некоторых анализаторах, например таких, йак С4-60, измерение частот спектральных составляющих производится по цифровому индикатору частоты совмещением с помошью ручки «Частота» измеряемой спектральной составляющей с цент-

Таблица 14,5. Параметры аппаратуры, измеряемые с помощью анализаторов спектра

Исследуемая аппаратура

Измеряемый параметр

Передатчики, генераторы, гетероданы

Преобразователи частоты, акустические и гидроакустические преобразователи, смесители, модуляторы, умножители

Пртемники, усилители

Аттенюаторы, ограничители, переключатели

Фильтры, ответвители, делители и сумматоры мощности

Электрорадиоэлементы: диоды, генераторы и др.

Диапазон частот, линейность перестройки; стабильность частоты (в том числе и стандартов частоты); устойчивость к изменениям нагрузки, питающих напряжений, прогреву; чистота спектральной линии; параметры модуляции; уровень гармоник, внеполосных и побочных колебаний; ширина спектра частот, занимаемая передатчиком

Потери и линейность преобразования; развязка между входами; подавление нежелательных составляющих спектра; частотные характеристики в большом динамическом диапазоне

Уровень компрессии, блокирование, динамический диапазон по интермодуляционным и перекрестным искажениям ; степень экранировки; частотные характеристики трактов в большом динамическом диапазоне; искажения сигналов

Ослабление, развязка между входами; потери; искажения сигналов

Затухание за полосой, потери; амплитудно-частотная характеристика в большом динамическом диапазоне; направленность

Уровень амплитудных, частотных и фазовых шумов; линейность характеристики; стабильность частоты



Uo Щ Uz Ug

1-1-i-г-


Рис. 14.26. Спектр AM колебания с искажением огибающей: А - глубина модуляции по первой гармонике

ральной линией масштабной сетки на экране ЭЛТ.

Определение амплитуд спектральных составляющих проводится по отсчету значений уровня спектральной составляющей на экране ЭЛТ (или по стрелочному прибору) и умножением этого значения на значение ослабления аттенюаторов анализатора спектра. Измерение значения амплитуд спектральных составляющих в большинстве анализаторов спектра может производиться как в линейном, так и логарифмическом масштабе. Значение уровня спектральной составляющей определяется по формулам

и, = А, П Kj; Bi = Л- + t Kj, (14.60)

j=i j=i

где Vi и Bi - значения уровней составляющих спектра в абсолютных величинах Или децибелах; К,-- показатель ослабления j-ro аттенюатора; и - число аттенюаторов в измерительном тракте анализатора спектра.

Измерение параметров модулированных колебаний. Большой динамический диапазон, высокое разрешение и малый уровень паразитной модуляции анализаторов позволяют

Рис. 14.27. Спектр AM сигнала при наличии паразитной ЧМ: А - глубина AM

"6 "г "1 % ГЦ "г "з "ч «5 "в

fc-fs fc-f3 fc-fl fo fcfl fof fcfs

fc-fe fc-U fd-h fc+fz fc+U fc+fe

Рис. 14.28. Спектр ЧМ (ФМ) колебания

проводить качественный контроль параметров модулированных колебаний. К таким колебаниям относятся амплитудно-, частотно- и фазомодулированные, с однополосной модуляцией, а также импульсно-модулиро-ванные. На рис. 14.26 показан спектр амгош-тудно-модулированных (AM) колебаний с синусоидальной модуляцией и искажением огибающей.

Глубина модуляции, %, по спектру определяется отношением

M = 2U,-100/U„%, (14.61)

а коэффициент гармоник, %, -выражением

К, = ]/(Vl + Vl+ ... + v)/vi-m,

(14.62)

где V„, I7i, V2, 17„ - соответственно амплитуд] несущей, первой и высших гармоник модуляции.

При измерении параметров AM колебаний в логарифмическом масштабе и отсчете уровней боковых компонентов в децибелах (А) коэффициент модуляции, %, может быть рассчитан по формуле

т = 2-10 20.100. (14.63)


Рис. 14.29. Спектр шумов генератора вблизи несущей: Д - уровень шумов при расстройке Д/



При измерении глубины модуляции AM колебаний при наличии паразитной частотной модуляции (ЧМ) боковые компоненты имеют не равные значения. Измерение глубины модуляции в этом случае следует производить в соответствии с рис. 14.27.

На рис. 14.28 показан спектр ЧМ колебания. Амплитуды боковых составляющих п-го порядка ЧМ или ФМ колебания равны амплитуде немодулированного колебания, умноженной на абсолютное значение /„(Р):

и„ = и„\1„т\, (14.64)

где /„ (Р) - функция Бесселя л-го порядка от аргумента Р, Р = Д Г„ при ЧМ, р = Дф при ФМ.

При измерении спектров ЧМ колебаний следует иметь в виду, что при наличии паразитной AM боковые компоненты одинакового порядка слева и справа от центральной частоты имеют неодинаковые значения.

Во всех случаях анализа AM, ЧМ (ФМ) колебаний минимальные частоты модуляции, которые могут быть измерены, определяются разрешающей способностью анализатора спектра.

Измерение шумов генераторов. В ряде случаев анализаторы спектра могут быть использованы для измерения спектров боковых шумов сигналов генераторов (рис. 14.29).

Типичные значения уровня собственных шумов анализатора спектра вблизи несущей для анализатора СК4-59 - не менее 55 дБ при расстройке 10 кГц и до 70 дБ при расстройке 50 кГц в полосе пропускания 100 Гц. Для расширения динамического диапазона при измерении шумов генераторов и малых модуляций (нелинейных искажений) используют дополнительно режекторный фильтр, настраиваемый на несущую частоту и подключаемый к входу анализатора. При этом динамический диапазон измерений возрастает на значение ослабления несущей фильтром.


Рис. 14.31. Перекрестная модуляция в резонансном усилителе:

Д - величина перекрестной модуляции; /„ - частота модуляции помехи

Измерение искажений в трактах. Интер-модуляционные искажения возникают при взаимодействии двух и более сигналов в нелинейном тракте. Интермодуляционные искажения третьего порядка оказывают большое влияние на качество работы в многоканальных системах связи. На рис. 14.30 показан результат измерений интермодуляционных искажений ПЧ усилителя с расстройкой между двумя равными сигналами

Гармонические искажения являются важным Параметром генераторов, так как в ряде случаев они определяют внеполосные излучения. С помощью анализатора спектра можно легко оценить уровень каждой гармоники, а по их амплитудным соотношениям судить о характере искажений. Спектрограмма позволяет выявить гармоники до десятого порядка.

Измерение перекрестной модуляции и блокирования в приемвиках. Подключение анализатора спектра к выходу УПЧ приемника дает возможность измерять такие важные характеристики приемных устройств, как перекрестную модуляцию и блокирование.


Рис. 14.30. Интермодуляционные искажения, в резонансном усилителе: fj и /2 - частоты входных сигналов

Рис. 14.32. Изменение коэффициента усиления на Д под действием немодулированной помехи



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


0.0134