Дисперсионно-временной метод

Дисперсионный метод анализа спектра основан на использовании особенностей распространения радиосигналов в замедляющих системах с дисперсией фазовой скорости – дисперсионных линиях задержки (ДЛЗ). За счет дисперсии различные составляющие спектра будут задерживаться на различные интервалы времени и появляться на выходе линии задержки последовательно со сдвигом во времени. Если время задержки ДЛЗ линейно зависит от частоты, распределение энергии сигнала на выходе такой линии будет однозначно связано с ее частотой.

Фильтровой метод может быть реализован с помощью анализаторов спектра параллельного, последовательного или комбинированного действия. Рассмотрим работу анализатора спектра параллельного действия. Структурная схема такого анализатора изображена на рис. 8.2.

Дn

ВУ

Ф2

Д2

И2

Ф1

Д1

И1

Фi

Дi

Иi

Фn

Иn

Ux(t)

Рис. 8.2. Анализатор спектра параллельного действия

Работает такая схема следующим образом. Исследуемый сигнал после входного устройства ВУ подается одновременно на n фильтров, каждый из которых выделяет узкую полосу частот и имеет на выходе квадратичный детектор и индикатор. Фильтры Фi в общем случае должны перекрывать исследуемый диапазон частот и иметь равномерную расстройку и прямоугольные полосы пропускания. Если равномерную расстройку осуществить достаточно легко, то обеспечить прямоугольность полосы пропускания сложно. Особенно с ростом частоты. Кроме того, из-за многоканальности анализаторов приходится усложнять схему, применяя большое число фильтров, индикаторов и т.д. Поэтому такие анализаторы спектра не нашли широкого применения.

Более распространены анализаторы спектра последовательного действия (рис. 8.3), которые могут быть без преобразования частоты или с преобразованием частоты исследуемого сигнала.

ВУ

Ф

Д

И

Ux(f)

Рис. 8.3. Структурная схема анализатора спектра последовательного действия без преобразования частоты

Как видно из структурной схемы, такой анализатор спектра представляет собой приемник прямого усиления. Входной сигнал поступает на входную цепь и с нее на фильтр Ф. Фильтр перестраиваемый и может выделять гармоники в зависимости от частоты настройки. Выделенная таким образом гармоника поступает на детектор Д, где происходит ее преобразование в сигнал постоянного тока, амплитуда которого пропорциональна амплитуде выделенной гармоники. Под воздействием данного сигнала срабатывает индикатор И, в качестве которого может быть амперметр, вольтметр или электронно-лучевая трубка. Таким образом, перестраивая фильтр в необходимых пределах, можно исследовать поочередно (последовательно) все гармоники входного сигнала.

Недостатком такого метода является невозможность перестраивать фильтр в широких пределах без ухудшения его селективных свойств. Кроме того, процесс анализа не автоматизирован и занимает достаточно большое время.

ВУ

СМ1

УПЧ1

Д

УВО

ГКЧ

ГР

УГО

Ux(f)

От указанных выше недостатков позволяет избавиться схема последовательного анализатора спектра с преобразованием частоты (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Структурная схема анализатора спектра последовательного действия с преобразованием частоты

Как видно из рисунка, такой анализатор состоит из супергетеродинного приемника и осциллографического индикатора. Входной сигнал поступает на входное устройство ВУ и с него на смеситель СМ. На второй смеситель подается сигнал от гетеродина, который представляет собой генератор качающейся частоты ГКЧ. ГКЧ изменяет свою частоту по линейному закону и тем самым переносит спектр входного сигнала в низкочастотный диапазон автоматически без участия оператора. Кроме того, он управляет работой генератора развертки ГР. В результате этого на экране осциллографического индикатора формируется линия горизонтальной развертки синхронно с изменением промежуточной частоты на выходе смесителя. Поэтому горизонтальную развертку можно считать осью частот.

Сигнал с выхода смесителя подается на усилитель промежуточной частоты УПЧ и с него на детектор Д, где преобразуется в сигнал постоянного тока и подается после усиления в усилителе вертикального отклонения УВО на пластины Y осциллографа. Т.к. процесс синхронизирован, то на индикаторе будут наблюдаться спектральные линии гармоник входного сигнала, причем каждая гармоника будет занимать место на горизонтальной оси, соответствующее значению своей частоты.

Недостатком такой схемы является трудность создания ГКЧ, работающего в широком диапазоне частот, который устраняется созданием комбинированных анализаторов спектра (рис. 8.5).

СМ2

Ф2

Ф1

ЭК

И

Фi

Фn

Ux(f)

ГКЧ

ВУ

СМ1

Г

От ГКЧ

На индикатор

Рис. 8.5. Структурная схема комбинированного анализатора спектра

Как видно из рисунка 8.5, входной сигнал после входного устройства поступает на смеситель СМ1. На второй вход смесителя поступает сигнал от гетеродина Г. В результате спектр входного сигнала переносится в более низкочастотный диапазон, что упрощает конструкцию ГКЧ, который в данном случае работает в качестве второго гетеродина и не требует его широкой перестройки. Сигнал ГКЧ смешиваясь с сигналом первой промежуточной частоты, формирует разностные частоты, которые передвигаются по оси частот по закону изменения частоты ГКЧ. При этом они последовательно попадают в полосы пропускания фильтров Ф и через электронный ключ попадают на индикатор И, в качестве которого может также быть осциллографический индикатор И. На индикаторе при этом наблюдается изображение спектра исследуемого сигнала.

Дата добавления: 2014-01-03