Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Анализатор спектра Вых. сВип. ген. Вход

Вход Выход

Четырехполюсник

Рис. 14.33. Измерение АЧХ электромеханического фильтра

На рис. 14.31 показаны боковые компоненты, возникшие на немодулированном сигнале при действии помехи с AM на резонансный усилитель. При воздействии на усилитель немодулированной помехи изменение коэффициента усиления регистрируется уменьшением амплитуды полезного сигнала (рис. 14.32).

Измерение АЧХ четырехполюсников. Большинство современных анализаторов спектра имеют выход сигнала «следящего генератора», частота которого совпадает с частотой настройки прибора и следит за ней в процессе перестройки. Это позволяет измерять АЧХ четырехполюсников при включении их между разъемами Выход свип. ген. и Вход прибора (рис. 14.33, а).

Высокая селективность анализаторов, а также применение в режиме панорамного обзора схемы измерения уровня по яркост-ной метке (измерение огибающей спектра), позволяющей с высокой точностью регистрировать частоту и зфовень сигнала на выходе четырехполюсника, обеспечивают весьма точное измерение АЧХ различных устройств в динамическом диапазоне до 140 дБ. На рис. 14.33,6 показана АЧХ электромеханического фильтра с полосой пропускания Д/п.

Измерение полосы пропускания четырехполюсника производится на уровне 6 дБ (при измерениях по напряжению) или 3 дБ (при измерениях по мощности).

Исследование спектров повторяющихся радиоимпульсов. Одним из главных назначений анализаторов спектра ВЧ н СВЧ диапазонов является аналго спектров радиоимпульсных сигналов. Анализаторы спектра позволяют оперативно и в наглядной форме измерять (или оценивать) основные параметры радиоимпульсов: несущую частоту (/q), длительность (Ти), период (частоту) повторения (Т, f), форму, занимаемую полосу частот.

Наиболее полная информация о параметрах исследуемого спектра импульсной по-

следовательности содержится в спектрограмме на экране ЭЛТ анализатора, настроенного на режим так называемого импульсного отклика. Для получения такого режима необходимо, чтобы полоса пропускания (Л) в анализаторе спектра бьша больше (или равна) частоте следования импульсов. В этом случае постоянная времени ПЧ фильтра меньше периода повторения импульсов и анализатор успевает «откликнуться» на каждый приходящий импульс за период развертки в виде отдельных линий на экране ЭЛТ. В то же время для разрешения огибающей спектра полоса должна быть мала по сравнению с шириной основного лепестка. Обычно на практике для выполнения этих условий пользуются соотношениями

Я > F„, Я (0,1 - 0,03) Ди. (14.65)

Для получения спектрограммы с достаточным количеством откликов, формирующих огибающую спектра в этом режиме, необходимо, чтобы период развертки бьш достаточно большим по сравнению с периодом повторения импульсов. Обычно требуется, чтобы

ТразЕ (20 - 100) Т„. (14.6Q

Следует отметить, что в тех случаях, когда период повторения импульсов большой, наблюдение спектрограмм радиоимпульсных сигналов на экране ЭЛТ затрудни-тльно, так как из-за недостаточного послесвечения при больших периодах развертки на экране не видно непрерывной спектрограммы. В современных анализаторах спектра используются ЭЛТ с памятью, поэтому этим недостатком они не обладают.

На рис. 14.34 изображена типичная спектрограмма радиоимпульсной последовательности, содержащая следующую информацию: несущая частота (/о) регистрируется на

1 /Т

Рис. 14.34. Спектрограмма радиоимпульсной последовательности



Рис. 14.35. Спектрограмма последовательности радиоимпульсов с пропуском одного импульса за время развертки

цифровом индикаторе при совмещении метки или центральной линии масштабной сетки с максимальной амплитудой основного лепестка; ширина бокового лепестка определяет длительность импульса т„= 1/(/" - /); временной интервал между дискретными линиями, являющимися откликами на каждый приходящий импульс, равен периоду повторения импульсов T=l/f =1/Д/; отношение максимальной амплитуды основного лепестка к максимальной амплитуде бокового (Д) определяет в некоторой мере форму импульса (теоретическое отношение для идеального прямоугольного импульса составляет 13,2 дБ, трапецеидального 20 дБ, треугольного 26 дБ).

Обнаружение паразитных эффектов в последовательности радиоимпульсов.

Одним го наиболее распространенных случаев применения анализаторов спектра при анализе радиоимпульсных сигналов является исследование искажений формы спектра с целью обнаружения паразитной модуляции в импульсе и выпадений (пропусков) импульсов из периодической последовательности. Для наблюдения искажений спектра импульса, обусловленных выпадением импульса, необходимо установить ре-


Рис. 14.36. Огибающая спектра импульсного сигнала при флуктуациях длительности импульсов


Исследуемый усилитель

J Анализатор спектра

Рис. 14.37. Огибающая спектра импульсного сигнала при паразитной ЧМ внутри импульса

Рис. 14.38. Структурная схема измерителя шумов усилительных устройств

жим импульсного отклика на экране ЭЛТ. Примерный вид спектрограммы при выпадении приведен на рис. 14.35.

При паразитных флуктуациях длительности импульсов или частотной модуляции внутри импульсов на экране ЭЛТ анализатора происходит флуктуация амплитуды или частоты спектральных линий. На рис. 14.36 и 14.37 изображены типичные спектрограммы импульсов с паразитной модуляцией внутри импульса.

Измерение шумов усилительных устройств. Используя анализаторы спектра в качестве высокочувствительных селективньге индикаторов с автоматической перестройкой частоты, а также дополнительный ГШ, можно производить измерение уровней шумов (коэффициента шума) усилителей. При выключении ГШ (рис. 14.38), установив полосу обзора анализатора спектра, равную диапазону рабочих частот усилителя, на экране ЭЛТ получим шумовую дорожку, обусловленную собственными шумами усилителя во всем рабочем диапазоне. По разнице показаний анализатора спектра при выключенном и включенном ГШ можно определять уровень собственных шумов усилителя во всем диапазоне и вычислять дифференциальный коэффициент шума усилителя на любой частоте его диапазона.

Подробнее возможности анализаторов спектра и их использование при измерении характеристик четырехполюсников и генераторов изложены в специальной литературе.

14.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК СПЕКТРА

Современная тенденция развития радиоэлектронной аппаратуры, увеличивающаяся номенклатура измеряемых параметров спектра требует сокращения времени измерений, что можно обеспечить только путем введения внутриприборной автоматизации измерений и обработки результатов, т. е. создания вычислительных анализаторов спектра.

При разработке, производстве и эксплуатации радиоэлектронных средств объем измеряемых параметров очень велик (измерения параметров элементов цепей, АЧХ



и других характеристик трактов), однако конечной целью является получение качественного спектра сигнала. В настоящее время для измерения параметров спектра передатчика бортовой самолетной радиостанции приборами третьего поколения требуется 30- 50 мин, а для обработки результатов 1-2 ч.

Все это обусловило бурное внедрение автоматизации в анализаторы спектра. Первым шагом автоматизации явилось создание панорамных приборов с автоматической перестройкой по частоте, при этом время анализа во всей полосе частот существенно сократилось и появились дополнительные возможности по использованию анализаторов для измерения и наблюдения АЧХ четырехполюсников. Следующим элементом автоматизации явилось введение встроенного частотомера, связанного с визиром (меткой) ЭЛТ анализатора. Это позволяет оперативно и с высокой точностью определять частоты составляющих спектра.

Анализатор спектра - это сложный и многофункциональный прибор с большим числом элементов управления, что затрудняет работу с ним. В анализаторах спектра С4-74 и С4-77 автоматически устаналивают-ся оптимальные время интегрирования и полоса пропускания при изменении полосы обзора, что упрощает работу с приборами.

Наиболее полная автоматизация провесов измерения и обработки спектра осуществлена в СК4-71, о чем говорилось ранее В этом приборе управление всеми функциями может осуществляться от ЭВМ.

Вычислительные анализаторы могут быть не обязательно полностью цифровыми. Для сохранения достоинств последовательного анализа и обеспечения необходимого уровня автоматизации на выходе преобразователя частоты можно поставить АЦП и в дальнейшем вести цифровую обработку выборок. Вычислительные и цифровые анализаторы спектра позволяют значительно поднять степень автоматизации. При этом автоматизация должна идти по следующим направлениям: связь прибора с КОП; автоматическая установка ослабления; автоматическая перестройка частоты во всем диапазоне; автоматический выбор оптимальных режимов анализа; отображение информации в цифровом и графическом виде на дисплее и внешних устройствах- автоматическая калибровка приборов; запоминание и сравнение спектров; вычисление вторичных параметров, таких как глубина и индекс модуляции, коэффициент гармоник, ширина полосы занимаемых частот, уровень внеполосных и побочных излучений и др.

Создание таких анализаторов спектра с внутриприборной автоматизацией позволит сократить время измерений спектров в 5 - 10 раз, а время обработки результатов-в 20- 30 раз. Автоматическая калибровка приборов позволяет снизить погрешность измерения уровней спектральных составляющих в 1,5-2 раза, а частоты -в 10 раз.

Анализаторы спектра следующего поколения будут представлять собой мощные информационно-измерительные системы.

14.5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК СПЕКТРА

Независимо от способа моделирования преобразования Фурье в анализаторе того или иного типа результаты экспериментального анализа спектра должны быть каче-стеенно и количественно совместимы с аналитическим спектром исследуемого сигнала. Качественная совместимость, как отмечалось ранее, достигается выбором адекватной финитному преобразованию Фурье физической модели анализатора спектра, обеспечивающей возможность определения комплексного спектра (его ортогональных составляющих) на фиксированном и согласованном с исследуемым сигналом интервале анализа. Количественная совместимость определяется по заданному критерию суммарной погрешностью определения спектра в каждой точке исследуемого диапазона частот или максимальной суммарной погрешностью во всем диапазоне. Меру количественного соответствия экспериментального и аналитического спектров следует считать основной метрологической характеристикой анализатора спектра. Вспомогательные метрологические характеристики ограничивают классы исследуемых сигналов, их параметры, режимы работы анализатора, при которых гарантируется оговоренная точность экспериментального анализа. В частности, вспомогательные метрологические характеристики определяют информационную полноту оценки спектра, ограничивая рабочий диапазон частот и временных интервалов, шаг дискретизации по времени и частоте (для цифровых приборов).

Общесоюзной поверочной схемы для метрологической аттестации и поверки анализаторов спектра пока не существует. Это связано с отсутствием специализированных образцовых средств и сложностью их созда-



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


0.0988