47. Последовательный частотный анализ.

Метод последовательного частотного анализа реализуется за счёт плавной перестройки резонансной частоты узкополосного фильтра. При этом резонансная частота последовательно совпадает с частотами гармонических составляющих анализируемого сигнала, которые поочередно возбуждают сигналы на выходе фильтра. В устройствах последовательного частотного анализа достаточно иметь один перестраиваемый фильтр и один детектор, что существенно упрощает прибор. Однако сам принцип последовательного во времени анализа говорит о применимости его лишь в случае анализа периодических сигналов. Для анализа одиночных импульсов данный способ непригоден.

Перестройка фильтра в широком диапазоне частот при сохранении высокой избирательности является сложной задачей. Поэтому способ последовательного анализа видоизменяют так, чтобы не перестраивать резонансную частоту контура, а перемещать по шкале частот весь спектр исследуемого сигнала. И в том, и в другом случае отдельные спектральные линии последовательно совпадают с частотой настройки фильтра вследствие относительного перемещения их на шкале частот. При этом во втором случае возможно построить фильтр с хорошей избирательностью за счёт усложнения схемы, поскольку нет необходимости в его перестройке.

Для получения смещающегося по шкале частот спектра необходимо соответствующим образом преобразовать исходный спектр, для чего достаточно умножить исследуемый сигнал на синусоидальное напряжение переменной частоты. Если анализируемый сигнал выражается функцией , а вспомогательный то произведение будет равно:

Последнее выражение представляет собой модуляционный спектр, воспроизводящий анализируемый сигнал в виде двух боковых полос, расположенных симметрично по отношению к несущей частоте Ω. Если частота Ω может изменяться, то весь модуляционный спектр будет перемещаться по оси частот. Если правильно выбрать пределы изменения частоты Ω, на вход полосового фильтра последовательно поступят спектральные составляющие одной из боковых полос преобразованного спектра.

Структурная схема анализатора спектра последовательного типа представлена на рис. 4. Сигнал с входного устройства поступает на смеситель одновременно с ним. На смеситель поступает сигнал с генератора качающейся частоты, частота которого изменяется во времени по линейному закону. Преобразованный сигнал подается на вход узкополосного фильтра. Когда соответствующая гармоника попадает в полосу пропускания фильтра, в нём возникают колебания. После детектирования и усиления сигнал поступает на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Чем больше амплитуда гармоники, тем больше отклонение луча в вертикальном направлении. Управление частотой генератора качающейся частоты в отклонение луча ЭЛТ в горизонтальном направлении осуществляется пилообразным напряжением, поступающим от одного генератора.

Рисунок 4. Структурная схема анализатора спектра последовательного типа.

Таким образом, горизонтальная ось на экране ЭЛТ является одновременно и осью времени, и осью частот. Генератор качающейся частоты вырабатывает синусоидальный сигнал, частота которого периодически меняется во времени по линейному закону. Среднее значение частоты можно перестраивать, что позволяет наблюдать спектры сигналов разных частот, а также изменять девиацию частоты.

Рисунок 5. Один период изменения частоты.

На рис. 5 показан один период изменения частоты Т. График I соответствует изменению частоты от ω_мин до ω_макс. При этом осуществляется анализ спектра на участке АБ. График II соответствует меньшей девиации частоты. При этом анализируется лишь участок А'Б' спектра. Поскольку значение развертывающего напряжения остаётся неизменным, изображение исследуемого участка спектра растягивается на всю ширину экрана. Для определения частоты, соответствующей заданной точке на горизонтальной оси ЭЛТ, в анализаторе предусмотрен калибратор. Обычно калибратор состоит из генератора и модулятора, работающих соответственно на частотах ω_k и ω_м. Напряжение синусоидальной формы с частотой ω_м модулирует колебания генератора по частоте, поэтому на смеситель поступает частотно-модулированное колебание. Так как модулирующее напряжение синусоидально, спектр сигнала калибратора имеет дискретный вид (рис. 6б).

Рисунок 6. Спектр напряжения синусоидальной формы.

Спектральные линии отстоят друг от друга на ω_м. Если изменять частоту модулирующего колебания, то можно изменять расстояние между спектральными линиями, при перестройке ω_k весь спектр калибровочного сигнала будет перемещаться вдоль оси. Если генератор ω_k и модулятор ω_м снабдить шкалой для отсчёта частоты, появится возможность измерять частоты спектральных составляющих исследуемого сигнала. Для этого спектр калибровочного сигнала накладывается на спектр анализируемого (рис. 6б) и регулировками ω_k и ω_м добиваются его необходимого по­ложения относительно горизонтальной оси.