Анализаторы спектра (ас). Назначение, принцип действия.
Приборы, определяющие частотную составляющую сигнала (т.е. спектр амплитуд), называют анализаторами спектра. Периодическую функцию Х(t) можно представить рядом Фурье:
,
Совокупность
величин
называют спектром амплитуд (для
периодической функции).
Для представления непериодической функции используют формулу интеграла Фурье:
,
где
–
комплексный
спектр непериодической функции. Его
можно вычислить по прямому преобразованию
Фурье:
.
Это
выражение показывает, что для получения
спектра нужно бесконечное время анализа.
Аппаратурный же анализ ограничен во
времени. Получить непрерывный спектр
сигнала невозможно, но можно получить
текущий спектр, ограниченный определенным
промежутком времени:
.
При большом времени анализа текущий спектр может быть хорошим приближением к истинному спектру. Анализ частотных свойств сигнала может быть последовательным или параллельным. Основным элементом АС является избирательное устройство (ИУ) (резонатор), пропускающий составляющую сигнала определенной частоты, амплитуду которой измеряют. АС соединяющие набор ИУ, каждое из которых настроено на определенную частоту анализируемого диапазона частот, называется АС параллельного анализа (типа).
АС параллельного анализа.
Исследуемый сигнал ч/з входное устройство (ВУ) поступает на n избирательных устройств (ИУ).
Рис. 2
Напряжение на i-ом ИУ детектируется детектором (Д) и фиксируется регистрирующим устройством (РУ). В автоматическом варианте вместо переключателя SA устанавливают коммутатор. Синхронно с переключателем канала изменяется развертка РУ.
Анализаторы спектра последовательного анализа с индикаторным устройством
Рис. 3
Частота fХ постоянна на входном блоке. Если уровень сигнала большой, то его ослабляют аттенюатором, если маленький – усиливают. Все это делает входной блок (Вх.Б). Затем UX поступает на смеситель (СМ), куда одновременно подается напряжение с частотой fГ.
гетеродина (Г). С выхода смесителя напряжение комбинационных частот поступает на избирательное устройство (ИУ), выделяющее сигнал с суммарной или разностной частотой гетеродина и исследуемого сигнала. С избирательного устройства сигнал поступает на детектор (Д) и измеряется с помощью показательного устройства (ПУ). Перестраивая частоту fГ, можно выделить fХ. Для наглядного отображения спектра используют АС последовательного анализа на основе ЭЛТ.
Рис. 4
Исследуемый сигнал UВХ поступает на входной блок (Вх.Б), где усиливаем усилителем или ослабляем аттенюатором до нужного значения и подаем на смеситель (СМ). Смеситель перемножает входной сигнал с сигналом гетеродина, частота которого изменяется по линейному закону с помощью генератора развертки (ГР). С выхода смесителя напряжение комбинированных частот поступает на избирательный устройство (или резонатор), выделяющий сигналы суммарной или разностной частот гетеродина и исследуемого сигнала. С избирательного устройства сигнал поступает на детектор (Д), далее на широкополосный усилитель (ШУ) и индикатор, выполненный на базе ЭЛТ. Синхронно с изменением частоты гетеродина частота напряжение генератора развертки, усиливаемое усилителем горизонтального отклонения (УГО) перемещает луч ЭЛТ по горизонтали. В момент совпадения комбинационной частоты настройки избирательного устройства на экране ЭЛТ появляется отклик, амплитуда которого пропорциональна амплитуде соответствующей гармоники исследуемого сигнала. Последовательная перестройка гетеродина в полосе анализа позволяет получить картину относительного распределения амплитуд соответствующих спектру сигнала. На экране осциллографа появляется картина, представленная на рис. 5.
Рис. 5
В анализаторе спектра использую амплитудные или среднеквадратические детекторы (ПАЗ или ПДЗ). Для повышения точности вместо ЭЛТ применяют регистрирующие приборы.
Лекция 5
Измерители нелинейных искажений. Характериографы. Структурные схемы.