7.5Цифровые анализаторы спектра, общая характеристика

Применение цифровой техники в средствах спектрального ана­лиза сигналов придало им новые качества, которые недостижимы при аналоговой технике. Много новых возможностей появилось с введением в прибор микропроцессорной системы. В то же время следует иметь в виду, что ограниченное быстродействие цифро­вых устройств не позволяет строить чисто цифровые анализаторы спектра высокочастотных и СВЧ сигналов. В указанных диапазо­нах частот сохраняются аналоговые избирательные системы, но приборы содержат цифровые узлы и, следовательно, являются аналого-цифровыми (по отношению к некоторым приборам точ­нее было бы сказать, что они цифро-аналоговые, подчеркивая тем самым роль, выполняемую цифровыми устройствами). Имеются подобные анализаторы, в состав которых входят управляющий микропроцессор и синтезатор частоты, что позволило устранить или уменьшить недостатки, характерные для аналоговых анализа­торов, в частности существенно сузить полосу пропускания изби­рательной системы.

Недостатки аналоговых анализаторов. В результате детально­го рассмотрения структурных схем и принципа действия анало­гового анализатора (§ 7.3, 7.4) можно обнаружить ряд негатив­ных сторон этого прибора. К ним относятся:

• трудность точной установки частоты и получения высокой раз­решающей способности при качании частоты гетеродина;

• недостаточно высокая линейность оси частот экрана, обуслов­ленная нестрогой линейностью пилообразного напряжения, при­меняемого для ЛЧМ гетеродина, и нелинейностью модуляционной характеристики;

• несовпадение (смещение) моментов начала циклов качания ге­теродина;

• невысокая точность измерения значений напряжения (Мощно­сти), соответствующих точкам максимумов спектрограммы;

• неудобство и значительная погрешность измерения ширины спектра; отсутствие возможности объективного сопоставления данных, получаемых в ходе исследований, и регистрации резуль­татов измерений.

Возможности цифровых анализаторов. Как уже отмечалось, цифровые анализаторы спектра не только лишены недостатков, присущих аналоговым приборам, но и обладают многими новыми свойствами, существенно расширяющими возможности анализа, измерений и обработки их результатов. Основные особенности цифровых анализаторов спектров сводятся к следующему:

• анализ сигналов, представленных как в аналоговой, так и в цифровой форме;

• параллельный анализ (многоканальность) при относительной простоте и компактности устройства;

• специальный анализ в реальном масштабе времени; высокая разрешающая способность;

• различные виды усреднения (линейное, экспоненциальное — см. § 8.5);

• наличие цифрового измерительного преобразователя средне­квадратического значения;

• запоминание информации о мгновенном спектре; наличие отдельного запоминающего устройства для хранения результатов анализа спектра с целью последующего отображения его на экране и сравнения с другими спектрами;

• хранение данных о максимальных значениях составляющих или средней мощности участков спектра, выделяемых отдельны­ми каналами;

• алфавитно-цифровая индикация уровней и средних частот ка­налов на экране ЭЛТ;

• программное и ручное клавишное управление режимами ра­боты;

• возможность дистанционного управления;

• выход на стандартную интерфейсную шину, возможность сов­местной работы с другими приборами и микро-ЭВМ (см. рис. § 12.4).

Методы анализа. Современные цифровые анализаторы спект­ра, работающие в реальном масштабе времени, основаны на ис­пользовании преимущественно метода сжатия временного мас­штаба и фильтрового метода [116]. Последний встречается в обе­их разновидностях: параллельный анализ, осуществляемый по­средством цифровой фильтрации, и последовательный анализ* предполагающий гетеродинное преобразование частоты, причем для изменения частоты гетеродина или заменяющего его синтеза­тора частоты применяются цифровые устройства.