книги из ГПНТБ / Тверской, В. И. Дисперсионно-временные методы измерений спектров радиосигналов

Отклик, сформировавшийся после циркуляций пер* вой выборки, закончится в момент hm. Следующая вы­ борка не должна попасть на выход линии ранее конца этого отклика. Это будет выполнено, если

обычно значительно меньше тт . Поэтому при ц<С1 не­ равенство (3.5.5) может быть выполнено только тогда, когда начальная задержка линии существенно меньше величины изменения задержки в рабочем интервале ча­ стот. Для большинства типов линий указанное условие не выполняется и величину k необходимо выбирать больше единицы (k должно быть целым). Чтобы осуще­ ствить в этом случае анализ в реальном времени, сле­ дует объединить в одном устройстве k цирклуяторов. На каждый из них выборки сигнала будут подаваться

рис. 3.15. С выхода смесителя преобразованные выбор­ ки сигнала подаются через коммутатор поочередно на k одинаковых циркуляторов. В состав каждого циркулято­ ра входит ДЛЗ, электронный ключ, цепь обратной свя­ зи и сумматор входного и выходного сигналов линии. Выход линии задержки может подключаться к общему индикатору с помощью ключа. Цепь обратной связи циркулятора при этом разрывается. В каждом из поло­ жений Ai входной коммутатор находится в течение дли­ тельности одного из гетеродинных радиоимпульсов. За это время соответствующая преобразованная выборка сигнала поступает на циркулятор. Переключение проис­ ходит за время интервала цтт между соседними гете­ родинными импульсами. Коммутатор работает вкруго­ вую, проходя последовательно положения А1г Л2, ..., Ah и т. д. Ключ каждого из циркуляторов находится в верх­ нем положении и соединяет выход ДЛЗ со входом ин­

91

дикатора только в течение отклика, определяющего спектр соответствующей выборки сигнала.

Разрешающая способность (или длительность выбор­ ки хт ) и полоса частот Лео анализатора (или число ка­ налов анализатора N) определяются выбранным числом циркуляторов и относительной величиной начальной за­ держки линии. Оставив в (3.5.4) для предельного слу­ чая знак равенства с учетом (3.5.2), (3.5.3), получим следующее уравнение, связывающее хт и Лео:

Второе уравнение для тто и Лео аналогично соотношению (3.1.3) и определяет требуемую величину рабочего ин­ тервала длз

бео = еог—eoi= Лео 4- jsmXm| >

или с учетом (3.5.1)

В уравнении (3.5.6) Ыт следует выразить через уже введенные переменные и известные параметры устройст­ ва. Для этого рассмотрим однократное прохождение преобразованной выборки сигнала длительностью хт че­ рез ДЛЗ. Положим, что сигнал, поданный на ее вход, описывается соотношением (3.1.4). Преобразованная вы­ борка сигнала, поступающая на циркулятор, состоит из ряда одновременно присутствующих радиоимпульсов, которые мы назовем «элементарными», с линейно изме­ няющимися во времени частотами заполнения. Началь­ ные частоты этих радиоимпульсов различны и соответ­ ствуют частотам гармонических составляющих входного сигнала. Отклик gi(t) на один элементарный радиоим­ пульс промежуточной частоты после однократного про­ хода по линии можно определить, используя, например, преобразование Фурье и формулу (1.1.8). С учетом введенной при преобразовании сигнала дополнительной модуляции его несущей частоты по закону (3.5.1) для огибающей сигнала gi(t) получаем

92

где

Отношения амплитуд в точках импульса gi(t), уда­ ленных от его центра, к амплитуде его центральной ча­ сти (эти отношения значительно меньше единицы), опре­

деляются величинами 1/(2 У л jUi | ) — для фронта и

1/(2 У эх | «2,| ) — для спада. Величина Ыт раина длитель­ ности интервала времени между моментом поступления преобразованной выборки па вход линии и моментом появления па выходе линии (после первого прохода) та­ кой точки фронта сигнала, относительная амплитуда ко­ торой равна заданной малой величине; она определяется допустимым мешающим действием указанного сигнала на отклик, отвечающий предшествующей выборке. Основной вклад в величину сигнала на его фронте по­ сле первого прохода линии даст импульс gi(t), который соответствует гармонической составляющей на гранич­ ной частоте спектра (при положительной дисперсии, ко­ гда задержка сигнала с частотой растет, это будет со­ ставляющая на низшей частоте спектра; при отрица­ тельной дисперсии, когда задержка сигнала с частотой падает, — составляющая на наиболее высокой частоте спектра). Задавшись величиной указанного импульса, определим |«i|, а следовательно, Ыт . Эти величины бу­ дут зависеть от параметров сигнала и характеристик циркулятора.

Пусть модуль коэффициента передачи кольца цирку­ лятора при одном проходе сигнала равен со. Максималь­ ное значение элементарного отклика после т циркуля­ ций согласно (3.1.6) и (3.5.1) равно

\ gnk\== АпС0 | Smt2 |/2я.

Сильнее всего мешающее действие импульса gi(t) ска­ жется на самом позднем по времени элементарном от­ клике, отвечающем предшествующей выборке. При а > 0 такой элементарный отклик соответствует составляющей спектра на наивысшей частоте, которой мы припишем индекс п. Мешающий импульс gi{t) соответствует со­ ставляющей спектра на низшей частоте с индексом еди-

93

кица. Согласно (3.5.8) максимальное значение мешаю­ щего сигнала равно

сляем величину Ыт , соответствующую заданному ч\т . От бtm зависит эквивалентная расстройка Q(6tm) —0oi- Поскольку речь идет о фронте импульса gi(t), то выби­ рается Q<(ooi. Тогда при известном значении |щ | мож­ но записать£Т(5^т ) = ’и)01?— |w1||/‘2ym.

При подстановке О из (1.1.9) время t следует заме­ нить на Ыт - Так как линия должна пропустить весь ча­ стотный спектр преобразованного сигнала без искаже­ ний, то

(допустимый относительный уровень мешающего сигна­ ла составляет около —40 дБ, то уже при D ^ 100 значе­

ния 0,04. Поэтому при расчетах величиной

94

пренебрегаем. Тогда

Уравнение (3.5.7) получено как предельный случай неравенства типа (1.3.6) для ширины спектра преобра­ зованной выборки, а уравнение (3.5.6) — как предельный случай неравенства (3.5.4). В соответствии с этим фор­ мулы (3.5.13), (3.5.14) определяют максимальные зна­ чения N. Если обозначить предельное число каналов анализатора, равное правой части (3.5.14), через No, то для анализатора спектра

Используя это соотношение, можно при заданном числе циркуляторов найти необходимую величину отношения aJ8t и определить возможные значения N. Наоборот, при заданном отношении aifdt можно найти зависимость между N и к. Первую из указанных задач легко решить, рассматривая (3.5.14) как уравнение относительно а^Ы. При достаточно малых по сравнению с единицей ц, 1 / т и \т получаем

Интересно выяснить условия, при которых для ана­ лиза в реальном масштабе времени можно использовать один циркулятор. Положив k = l и учитывая, что всегда cfi/67>0, из (3.5.16) находим

9 5

пусков между выборками сигнала). Длительность вы­ борки согласно (3.5.12) равна

За счет введения циркуляций абсолютное разрешение возрастает примерно в 2 т раз, а число каналов анали­ затора— в четыре раза.

Когда начальная задержка ад сравнима с Ы или больше этой величины, анализ в реальном времени воз­ можен при /г>1. Для получения достаточно большого N количество циркуляторов следует выбирать в соответст­ вии с условием ailbt<k—1. Например, при a-i/6/ = 0,5, k= 2, достаточно больших т

тт ~3/п6//4; N = 3mD/16.

Таким образом можно получить значительный вы­ игрыш не только в абсолютном, но и в относительном разрешении. Причем в этом случае величина девиации частоты гетеродинного сигнала с учетом (3.5.1) равна

|sj7iT?nj ~38(о/4.

3.6. О возможности увеличения разрешения за счет когерентного накопления выходных откликов дисперсионно-временного анализатора

При использовании описанного в § 3.5 метода увели­ чения разрешающей способности анализатор будет не громоздким только при сравнительно небольших началь­ ных задержках линий. Рассмотрим метод, позволяющий значительно увеличить разрешение анализатора вне за­ висимости от относительной величины начальной за­ держки линии. В этом случае используется когерентное накопление выходных откликов дисперсионного анали­ затора, осуществляемое с помощью рециркулятора , на недисперсионной линии задержки со сдвигом частоты в кольце обратной связи, который подключен к выходу дисперсионного анализатора. Анализирующее устройство (рис. 3.16) состоит из двух ступеней: собственно диспер­ сионного анализатора и рециркуляционного «умножите­ ля числа каналов анализа» (аналогичные рециркулято­ ры используются самостоятельно в качестве анализато­ ров спектров [2, 30]). Отклики с выхода ДЛЗ подаются на вход рециркулятора. С выхода последнего сигнал че­ рез электронный ключ, однополосный модулятор, сдви­ гающий частоту циркулирующего сигнала в одну сторо-

96

характеризующая величину пропусков между первичны­ ми выборками, должна быть много меньше длительно­ сти этих выборок \ Т = Т —т<Ст.

Отрезок сигнала гетеродина, соответствующий k-й первичной выборке, согласно (3.6.1) и рис. 3.17 опреде­ лится выражением

fgk(t)=A g cos [agt+ 0,5s (t—kT)2+ &Фg],

(3.6.2)

где k T ^ L t^ k T + 1, a <Dg — площадь треугольника, обра­ зованного прямой o)= (Dg и линиями, соответствующими

прямому и обратному ходу частоты гетеродинного сиг­ нала (на рис. 3.17 площадь одного из таких треугольниково АВС заштрихована).

Сигнал промежуточной частоты, поступающий на вход ДЛЗ и соответствующий этой же первичной вы­ борке, описывается соотношением

fh(t) = A (t) COS '[{Оо^ + ф(t) + +0,5s(/—:67)2+£<Pg]. (3.6.3)

Частота мо в (3.6.3) лежит в рабочей полосе ДЛЗ, а функция А (t) определена для моментов времени k T ^

95

где

kt+t

вводя формально запаздывание сигнала, можно принять 2aa>i = ai. Тем самым просто сдвигается начало отсчета времени в выходном отклике дисперсионной ступени, в соответствии с чем принимается Q(t) =t/2a.

Положим, что величина задержки линии рециркуля­ тора выбрана равной периоду следования гетеродинных

(при а > 0 сдвиг частоты положителен, при а < 0 — отри­ цателен). Рассмотрим циркуляцию отклика с индексом к; он поступает на вход рециркулятора в течение интер­ вала времени (3.1.12) [кТ+х+сц, kT + 2x + ai\. После п циркуляций отклик присутствует на входе рециркулятора