Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Кафедра метрологии и стандартизации

Методические указания к лабораторной работе р.5а/1

«АНАЛИЗ СПЕКТРА СИГНАЛОВ»

для студентов радиотехнических

специальностей

Минск 2006

УДК 621.317.39

Методические указания к лабораторной работе Р.5А/1 «Анализ спектра сигналов» для студентов радиотехнических специальностей содержат цель работы, краткие сведения из теории, описания лабораторных макетов и приборов, используемых при выполнении лабораторной работы, лабораторное задание и рекомендации по его выполнению, а также указания по оформлению отчета, контрольные вопросы и списки рекомендуемой литературы. В них рассмотрены методы и приборы для анализа спектра и методики практического измерения этих параметров и использования соответствующих измерительных приборов.

Ил.5, табл. 5, список лит. – 5 назв.

Составители: А.П. Белошицкий, В.Т. Ревин

© А.П. Белошицкий

Ревин В.Т., 2006

1 Цель работы

1.1 Изучение методов анализа спектра.

1.2 Изучение устройства и принципа действия измерительного прибора СК4-58 и приобретение практических навыков работы с ним.

2 Краткие сведения из теории

В радиотехнике, электронике, технике связи и других областях науки и техники анализ спектра позволяет получить информацию о качестве радиоустройств, линий связи, технологических процессов и т.д. Для проведения такого анализа спектра используется приборы вида С4 – анализаторы спектра.

Анализ спектра сигналов

В основе методов анализа спектра лежит преобразование Фурье для временной функции, описывающей исследуемый сигнал. Если сигнал является периодическим, он может быть представлен суммой гармонических составляющих, описываемых рядом Фурье:

,

где – амплитудный спектр,

– фазовый спектр сигнала.

В большинстве практических случаев достаточно иметь информацию об амплитуде и частоте составляющих только амплитудного спектра сигналов.

Из известных методов анализа спектра сигналов (метод фильтрации, дисперсионно-временной и рециркуляционный методы) в серийно выпускаемых промышленностью анализаторах спектра чаще всего реализуется метод фильтрации. Сущность этого метода заключается в применении для выделения и анализа составляющих спектра селективных фильтров с узкой полосой пропускания. Наибольшее распространение получили фильтровые анализаторы спектра последовательного действия. Упрощенная структурная схема фильтрового анализатора спектра последовательного действия представлена на рисунке 1.

Вход

Рисунок 1

Генератор развертки вырабатывает пилообразное напряжение, которое воздействует на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ, вызывая, отклонение луча по оси. Кроме того, то же напряжение поступает на управляющий перестройкой частоты элемент частотно-модулированного генератора (ЧМ генератора), вызывая тем самым линейное изменение во времени частоты его колебаний. Постоянное по амплитуде напряжение ЧМ генератора вместе с исследуемым сигналом подается на преобразователь частоты, выходной сигнал которого будет содержать составляющую разностной частоты исследуемого сигнала и ЧМ генератора с амплитудой, пропорциональной спектральной состав­ляющей исследуемого сигнала. Эта составляющая выделяется усилите­лем промежуточной частоты, содержащим узкополосный полосовой фильтр. При перестройке частоты ЧМ генератора спектральные составляющие исследуемого сигнала будут последовательно преобразовываться на фиксированную промежуточную частоту и выделяться полосовым фильтром с последующим квадратичным детектированием и подачей после усиления на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Для отсчета частот спектральных составляющих необходимо знать масштаб по оси Х, определяемый как приращение частоты ЧМ генератора, отнесенное к смещению луча по оси абсцисс. В анализаторах спектра ось частот калибруется с помощью частотных меток или с помощью маркера. В простейшем случае для создания метки маркера используется генератор гармонического напряжения, частота которого устанавливается оператором и считывается со шкалы генератора. Это напряжение поступает на вход анализатора и вызывает выброс (частотную метку) на экране ЭЛТ. Совмещая метку с соответствующими спектральными составляющими, можно измерять частоты последних.

Амплитуду спектральных составляющих можно измерять по масштабной сетке, помещенной перед экраном анализатора, или по шкале аттенюатора анализатора спектра. Методика измерения амплитуды подробно рассмотрена в литературе [1]-[4].