3.7. Анализаторы спектра

Радиотехнические сигналы при взаимодействии друг с другом или с помехой, а также проходя через устройства, содержащие нелинейные элементы, претерпевают изменение формы и спектра. При взаимодействии сигналов возникает модуляция, а на выходе устройств с нелинейными элементами — искажения. Для определения параметров модуляции и значения искажений необходимо измерять форму сигнала и его спектр.

Анализатор спектра представляет собой панорамное устройство, при помощи которого можно наблюдать на экране электроннолучевой трубки спектр исследуемого сигнала. Наиболее распространенная структурная схема анализатора спектра представлена на рис. 3.9. Исследуемый периодический сигнал сложной формы поступает через входное устройство на смеситель, к которому подводится напряжение генератора качающейся частоты. Линейное изменение частоты во времени производится изменением напряжения генератора развертки. Вследствие этого отклонение электронного луча ЭЛТ по горизонтали пропорционально отклонению частоты гетеродина от среднего значения и горизонтальная ось является осью частот. Составляющие спектра исследуемого сигнала последовательно во времени перемещаются относительно фильтра усилителя промежуточной частоты, который пропускает только разностную частоту этих сигналов. Составляющая, частота которой лежит в полосе пропускания усилителя промежуточной частоты f_пр ± f после детектирования в квадратичном детекторе и усиления в видеоусилителе поступают на вертикально отклоняющие пластины электроннолучевой трубки. Таким образом, отклонение луча по вертикали пропорционально мощности определенной узкой полосы спектра исследуемого сигнала f_пр ± f, так как

f_г.к.ч.-f_пр = f±f

где f_г.к.ч – частота гетеродина.

В некоторых анализаторах спектра используют логарифмические усилители, которые дают возможность наблюдать составляющие спектра с большим отношением амплитуд (100:1 или 1000:1).

В таких анализаторах логарифмический режим можно менять на линейный. В первом режиме производят общую оценку спектра, а во втором детально анализируют нужный участок. В анализаторе спектра применяют электронно-лучевые трубки с большим временем послесвечения. Для повышения разрешающей способности применяют двойное преобразование частоты, так как при этом на низкой частоте в узкую полосу пропускания f_пр ± f при периодическом сигнале проходит только одна гармоника .

Рис. 3.9. Структурная схема анализатора спектра

Промышленностью выпускаются анализаторы последовательного действия, перекрывающие диапазон от инфракрасных до сверхвысоких частот. Погрешность измерения напряжения составляет 0,5 –2 дБ, частоты (1-2)%. Полоса пропускания низкочастотных анализаторов составляет единицы герц, высокочастотных – единицы килогерц. Время анализа можно устанавливать от 0,02 до 30 с.

Поверка гетеродинных анализаторов спектра производится в соответствии с техническим описанием приборов. Для выполнения поверки рекомендуется применять следующие средства: измерительные генераторы, перекрывающие полный диапазон частот поверяемого анализатора, электронно-счетные частотомеры, электронные вольтметры, образцовые аттенюаторы.

Методики выполнения операций поверки требуют определения:

1. Диапазона частот и погрешности настройки производится методом сличения показаний шкал настройки прибора со значениями частот измерительных генераторов. Путем подключения генератора ко входу анализатора, получают изображение отклика в средине установленной полосы обзора. Погрешность в диапазоне определяют в соответствии с техническим описанием прибора.

2. Неравномерности АЧХ по входу может проводиться одновременно с определением погрешности частоты. Поддерживая на входе поверяемого анализатора постоянный уровень сигнала генератора, на указанных частотах, изменяя ослабление отчетного аттенюатора, добиваются постоянной амплитуды отклика на экране ЭЛТ. Изменение в показаниях аттенюатора будет характеризовать неравномерность АЧХ.

3. Погрешности установки частотных интервалов производится с помощью измерительных генераторов, частота которых контролируется электронно-счетным частотомером.

4. Полосы обзора осуществляется путем измерения наблюдаемого участка развертки при помощи отклика сигнала измерительного генератора на экране, который совмещают с началом и концом развертки.

5. Погрешности измерения амплитуд спектральных составляющих проводится с помощью измерительного генератора совместно с образцовым вольтметром или образцовым аттенюатором. Перед выполнением операции производится калибровка вертикальной шкалы индикатора в соответствии с правилами эксплуатации прибора. По образцовому вольтметру устанавливают различные уровни сигнала генератора и по шкале индикатора определяют отношения установленных уровней. При использовании образцового аттенюатора можно оценить погрешность встроенного отчетного аттенюатора.

6. Разрешающей способности анализатора (полоса пропускания) производится с помощью измерительного генератора и электронно-счетного частотомера. Перестраивая генератор, устанавливают в статическом режиме максимальное значение сигнала на экране ЭЛТ. Затем, расстраивая генератор в обе стороны отмечают значение частоты при уменьшении сигнала на 3 дБ. На частотах выше 30- 50 МГц измерения проводят с помощью частотно - модулированного сигнала, содержащего составляющие спектра с частотными интервалами, равными частоте модуляции. Изменяя частоту модуляции сигнала, на экране индикатора добиваются касания на задаваемом уровне двух соседних гармоник. Измеряя частотомером частоту модуляции определяется разрешающая способность прибора. Вместо частотно-модулированного сигнала можно использовать сигнал импульсного генератора, изменяя частоту повторения импульсов до касания спектральных составляющих на экране. Разрешающая способность определяется по частоте повторения импульсов.

7. Чувствительности производится с помощью измерительного генератора, уровень выходного сигнала которого при необходимости контролируется образцовым вольтметром. Порог чувствительности устанавливается по уровню отклика на экране ЭЛТ по отношению к уровню собственных шумов прибора.

8. Уровня интермодуляционных искажений осуществляется с помощью двух измерительных генераторов. На поверяемом участке рабочего диапазона подается два сигнала одинакового уровня с разностью частот превышающей в 5- 10 раз разрешающую способность анализатора. При достаточно больших уровнях подаваемых сигналов будут иметь место интермодуляционные искажения, которые проявляются в появлении на экране дополнительных гармоник слева и справа от двух основных откликов. Оценивается уровень искажений по амплитуде гармоник при заданном уровне входных сигналов.