Контрольные вопросы:
1. Для каких целей используют спектральный анализ электрических сигналов?
2. Какой физический смысл лежит в основе прямого и обратного преобразований Фурье?
3. Как аналитически записывают прямое и обратное преобразования Фурье?
4. На чем основан параллельный и последовательный анализ спектра исследуемых сигналов?
5. Как выглядит упрощенная структурная схема анализатора параллельного действия?
6. Какова упрощенная структурная схема анализатора спектра последовательного типа?
7. Как связана скорость анализа с полосой пропускания анализатора спектра?
8. Чему равно время анализа в схемах последовательного типа?
Тема 6.3 Измерение рабочего затухания и усиления
6.3.1 Общие сведения
Характеристическое затухание, для точного контроля которого необходимо соблюдать на всех частотах равенство ZH = Zс2, измеряется значительно реже, чем рабочее затухание, определяющее режим работы в заданных рабочих условиях.
Рабочие условия характеризуются сопротивлением генератора Z1 действующего на входе четырехполюсника, и нагрузочным сопротивлением Z2 включенным на его выходе. Величина рабочего затухания ар есть результат сравнения (рис. 6.11) кaжущиxcя мощностей P1 и Р2, из которых первая берется при заданном генераторе с некоторой ЭДС Е и с некоторым внутренним сопротивлением Z1 на согласованной нагрузке, подключенной к нему непосредственно (рис. 6.11,а - случай, рассматриваемый как идеальный), а вторая мощность - на заданной нагрузке четырехполюсника Z2, если на его вход включен тот же генератор (рис. 6.11,б).
Так как в схеме 6.11,а U1 = E/2, то, выражая ар через соотношение напряжений, получим:
ap = ln|Е/2U2| + (l/2)ln|Z2/Z1| Нп,
ap = 20 lg|Е/2U2| + 10lg|Z2/Z1| дБ, (6.5)
Характеристические сопротивления четырехполюсника для измерения рабочего затухания знать нет надобности.
Рисунок 6.11 Мощности, сравниваемые при измерениях рабочего затухания: а) Р1; б) Р2
6.3.2 Методы измерения рабочего затухания
Различают два основных метода измерения рабочего затухания: 1) метод «известного генератора», когда генератор с заданным внутренним сопротивлением Z1 и некоторой ЭДС Е (для линейных четырехполюсников безразличной) имеется в распоряжении измеряющего, и 2) метод эквивалентного генератора, когда требуемое значение сопротивления генератора Z1 при любом имеющемся источнике создается искусственно.
Рисунок
6.12 Измерение рабочего затухания с
помощью известного генератора.
а) Схема с «известным генератором», используемая, в частности, в измерительных пультах ЛАЦ, представлена на рис 6.12. Она дает возможность измерить ар как методом двух отсчетов по разности уровней, так и методом сравнения с затуханием магазина затуханий, характеристическое сопротивление которого ZM = Z1. В первом случае
aP = p1-p2 + 101g|Z2/Z1|, (6.6)
где р1 - уровень, показанный измерителем уровня ИУ в нижнем положении ключа К на выходе магазина затуханий при нулевом значении его затухания (ам = 0), а р2 - уровень, показанный на выходе четырехполюсника (в верхнем положении ключа К). Величина 101g|Z2/Z1| находится вычислением. Во втором случае, регулируя затухание магазина, добиваются равенства р1 = р2 и
aP = aм+101g|Z2/Z1|, (6.7)
Результаты измерений верны, если в нижнем положении ключа сопротивление ИУ ZИУ = Z1, а в верхнем Z'ИУ = Z2, т. е. заданному сопротивлению нагрузки. Когда нет возможности это сделать, следует изменить схему, включив на выход четырехполюсника заданное сопротивление нагрузки (а в случае необходимости и вместо магазина - заданное сопротивление генератора) и контролировать уровень р2 (а при необходимости и р1) при высокоомном сопротивлении ИУ.
В измерительных пультах ЛАЦ подобные схемы дают возможность измерить рабочее затухание при стандартных сопротивлениях 600, 135 и 75 Ом. В них при необходимости согласование ZM с Z1 или Z2 с ZM может производиться с помощью имеющихся на лицевой панели пульта согласовывающих трансформаторов (аТр) и звеньев (ас.зв), тогда:
аР = р1 - р2 + аТр + ас.зв + ам + 101g│Z2/Z1|, (6.8)
Величины атР и ас.зв указываются в паспортах пультов.
Измерения методом сравнения дают обычно более точные результаты, поскольку исключаются ошибки отсчетов по шкалам ИУ, да и класс точности МЗ обычно выше, чем ИУ.
б) Так как обычно Z1 и Z2 задаются чисто активными, то генератор, эквивалентный заданному с внутренним сопротивлением Z, может быть создан включением на выходе любого источника магазина затуханий с характеристическим сопротивлением ZM = Z1 при установке на нем затухания порядка 20 дБ (и более). При таком большом затухании входное сопротивление магазина с обеих сторон с пренебрежимо малой ошибкой может считаться равным характеристическому. Правда, при этом существенно уменьшается снимаемое с выхода источника напряжение.
Широко распространенным другим способом получения эквивалентного генератора является так называемый метод Z (рис. 6.12). Сопоставляя схемы, приведенные на этом рисунке, нетрудно
Рисунок 6.12 Схемы, поясняющие получение генератора с заданным внутренним сопротивлением по «методу Z»
видеть, что если перед входом четырехполюсника включено сопротивление, равное Z1 то при равенстве U' = U = E токи, поступающие на вход четырехполюсника, и, следовательно, напряжения на его выходной нагрузке Z2 для всех этих схем окажутся одинаковыми (для первой схемы эти токи найдутся по закону Ома для всей цепи, а для второй и третьей - по закону Ома для участка цепи).
Таким образом, для создания заданных рабочих условий достаточно включить последовательно со входом четырехполюсника требуемое сопротивление генератора Z1, а за ЭДС принять напряжение U на выходе любого фактически действующего источника (перед включенным Z1), питающего созданную схему; на выходе же четырехполюсника надо включить заданное сопротивление Z2.
Схема измерений рабочего затухания по «методу Z», применяемая, главным образом, при измерениях отдельных элементов тракта, представлена на рис. 6.13. В нижнем изложении ключа высокоомный индикатор фиксирует напряжение U1 (или уровень напряжения p1) на выходе согласованно нагруженного магазина затуханий.
В верхнем же положении ключа контролируется напряжение U2 на заданной рабочей нагрузке четырехполюсника Z2. Если ам = 0, то U1 = Е/2 и
ap = 201g(U1/U2) + 10lg│Z2/Z1│ = p1 - p2 + 10lg|Z2/Z1|, (6.9)
Рисунок 6.13 Схема измерения рабочего затухания по «методу Z» с использованием магазина затуханий
Если измерения производились методом сравнения, то регулировкой затухания магазина Добиваются равенства U1 = U2(p1 = p2) и
aP = aM + 101g]Z2/Z1|, (6.10)
в общем случае
aP = p1 - p2 + aм + 10 lg|Z2/Z1|, (6.11)