§ 5.2 Импульсный фазометр и цифровой фазометр
Для понимания принципа работы прибора сначала изобразим временные диаграммы:
Имеется некоторое устройство формирующее импульсы при переходе входного сигнала через ноль при изменении его полярности. Последовательность полученных импульсов можно проанализировать с помощью преобразования Фурье. При наличии однополярных импульсов будет присутствовать постоянная составляющая и её величину можно определить как:
где τ / T – это скважность.
тогда фазу можно определить следующим образом:
где
-
некоторый коэффициент
,
тогда:
В данном случае достаточно проградуировать шкалу прибора с учетом некоторого коэффициента .
Рассмотрим структурную схему импульсного фазометра:
С выхода триггера-формирователя последовательность импульсов подается на измеритель
Чтобы создать цифровой фазометр на основе импульсного фазометра нужно вместо измерителя установить цифровой вольтметр, который давал бы отображение измеряемой величины в градусах или радианах.
Раздел 6
Анализ спектров сигналов (спектроанализаторы)
В рамках данных лекций рассмотрим только анализ амплитудных спектров.
§ 6.1 Спектранализатор параллельного принципа действия
Рассмотрим графики и диаграммы:
S(f) – некоторый воздействующий сигнал с некоторым спектром.
Имеются N фильтров с некоторым коэффициентом передачи k и каждый со своей резонансной частотой. Изобразим реакцию фильтра на случайный сигнал при частотах в окрестности резонансной частоты фильтра:
На выходе каждого фильтра получается сигнал со случайно меняющейся амплитудой.
На основе набора таких фильтров можно построить параллельный спектроанализатор.
Рассмотрим обобщенную функциональную схему параллельного спектроанализатора:
Отфильтрованное напряжение каждого фильтра подается его на электронный коммутатор, работающий аналогично коммутатору в многоканальном осциллографе. Смещая по горизонтальной оси ЭЛТ начальную точку каждого канала, получаем набор вертикальных линий и их огибающую представляющие собой амплитудный спектр измеряемого сигнала.
Преимущество данного анализатора в том, что при параллельной структуре возможно находить спектры даже одиночных импульсов. Структура обеспечивает быстродействие.
Недостатком такого спектроанализатора является ограниченная разрешающая способность, обусловленная ограниченным количеством входящих в спектроанализатор фильтров формирующих набор его полос пропускания. Еще одним недостатком является сложность структуры при обеспечении высокой добротности фильтров.
§ 6.2 Спектранализатор последовательного принципа действия
Рассмотрим временные диаграммы:
Допустим, имеется сигнал с 3-мя спектральными составляющими и фильтр с некоторой полосой пропускания являющейся в данном случае элементом разрешения.
Поясним принцип работы:
Имеется один перестраиваемый узкополосный полоснопропускающий фильтр. Имея некоторую скорость перестройки электронного фильтра, перемещаем его резонансную частоту на оси частот, получая реакцию этого фильтра на воздействие спектральных составляющих сигнала. Вид спектра на экране получается при этом следующий:
Ширина «всплесков» равна ширине полосы пропускания.
Но даже электронную перестройку фильтра нельзя производить с большой точностью и являясь перестраиваемым, фильтр не может иметь высокую добротность. Поэтому перемещение АЧХ фильтра относительно спектральных составляющих сигнала не производят, а перемещают спектр сигнала относительно АЧХ фильтра.
Это возможно делать при наличии вспомогательного генератора (гетеродина) частоту которого можно изменять (fг является функцией времени, поэтому спектр сигнала перемещается относительно неподвижной АЧХ фильтра):
Высокодобротный фильтр устанавливается в том месте, где происходит перестройка боковых спектральных составляющих относительно резонансной частоты фильтра. Измерение спектра лучше производить в ВЧ области. В случае СВЧ спектр наоборот, переносят в более низкий диапазон частот. Для перестройки частоты гетеродина применяют линейно-частотную модуляцию (ЛЧМ):
Исходя из этого, составляется структурная схема:
После входного устройства сигнал подается на смеситель, на который воздействует гетеродин. На выходе смесителя присутствуют комбинационные спектры, подаваемые на узкополосный фильтр. Сигнал с выхода фильтра подается на детектор, а с него на парафазный усилитель отклоняющих пластин Y.
Генератор развертки G управляет парафазным усилителем отклоняющих пластин X и генератором качающейся частоты (ГКЧ) являющимся гетеродином. По мере продвижения развертки изменяется частота гетеродина и относительно АЧХ фильтра происходит перемещение спектральных составляющих, амплитуда которых отображается на ЭЛТ.
Диапазон спектрального анализа определяется девиацией частоты ГКЧ. Середина диапазона определяется частотой несущей частоты ГКЧ.