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

0

1 К(и)

Vrp -jj!''(и)

200

дует, что в качестве корректирующих, элементов можно использовать последовательно включенные одиночные резонансные контуры. С по­ мощью таких цепей нетрудно добиться выравнивания огибающей -отклика анализатора на контрольный видеоимпульс малой длитель­ ности (см. рис. 7.3).

Используя графики рис. 7.7, 7.8, определяем в зависимости от допустимой погрешности измерений, диапазона длительностей импульсов и характера их спектров величину согр и число звеньев -линии I. Основной вклад в погрешность вносит второе слагаемое

Рис. 7.10.

з (2.1.17) и при упрощенном расчете нужно учитывать только его.

.Для определенности положим, что измеряются спектры импульсов прямоугольной формы с примерно постоянной несущей частотой. Тогда

| Д"(со) |//r((o)m<tx^fl!2/12.

Обозначим максимальную и минимальную их длительности через dmax и dmin. Принимая, что несущая частота наиболее длинного импульса удовлетворяет условию | го=0,7, в соответствии с графиком рис. 7.9 для нормированной погрешности находим

Здесь /гр = 0)гр/2я.

При уменьшении длительности импульса его несущая частота должна быть сдвинута вверх. Так как дисперсия быстро уменьшается при отходе со от согр, необходимый сдвиг частоты непропорционален уменьшению длительности импульса, в результате чего уменьшается число периодов заполнения в импульсе. Потребуем, чтобы отношение длительности наиболее короткого импульса к периоду высокочастот­

А^ < 4 т “ ?р/96^-

202

спектра сигнала Лю, его длительности d и заданной дли­ тельности выходного отклика. Полагаем, что ширина спектра преобразованного сигнала на выходе смесителя равна 8со, т. е. полоса линии используется полностью.

В соответствии с (1.1.11) и (7.2.1) максимальное значе­ ние отклика аналогично (7.1.4) равно

§о {Р)тах == V (2l%d)m0AwK0A0F (w)max.

'Подставив эту формулу в. (7.1.5), получим следующее выражение для определения амплитуды преобразованного импульса, подаваемо­ го на вход ДЛЗ:

Например, для импульса прямоугольной формы е постоянной несу­ щей частотой

Обратимся к примеру, рассмотренному в § 7.1. Положим т 0=0,5. Тогда бсо/2я=18 МГц, ит = 9,2 мкВ, а Ло^0,25 В. Таким образом введением модуляции несущей частоты сигнала согласно (7.3.1), (7.3.2) легко увеличить отношение сигнал/шум на выходе линии и уменьшить необходимую величину ее коэффициента сжатия. При этом, однако, должна быть расширена полоса частот линии и, как следует из § 2.2, усилены требования к ее характеристикам.

Рассмотрим случай, когда анализатор предназнача-

•ется для анализа спектров импульсов различной длитель­ ности. Тогда линия выбирается в зависимости от диапа­ зона длительностей импульсов и характера их спектров. Пусть для определенности измеряются спектры радио­ импульсов прямоугольной формы с примерно постоянной частотой заполнения (полученные оценки будут спра­ ведливы также для импульсов с не слишком глубокой произвольной модуляцией частоты заполнения). Для имлульса наименьшей длительности полагаем m0<k 1 и Аш— = 8ш. Максимальное значение длительности анализируе­ мых импульсов ограничено допустимой погрешностью измерений, обусловленной отклонениями дисперсии и мо­ дуля коэффициента передачи линии от постоянных вели­ чин. а также фазовыми искажениями гетеродинного сиг­ нала. Второй из этих факторов не сказывается, по су­ ществу, на выборе линии и связан только с качеством отработки гетеродина. Соответствующие расчеты приве­ дены в § 2.4.

205

При оценке влияния первого фактора рассмотрим только случай относительно медленного изменения К ((а) и а (со). Как следует из § 2.3, 4.4, быстрые осцилляции этих функций, напротив, сильнее сказываются при ана­ лизе широких спектров.

Если величина параметра \р\, определяемого соотно­ шением (2.2.7), значительно меньше-единицы, для оце­ нок можно использовать формулу (2.2.8). Из (2.2.7) и (1.3.9) нетрудно получить \р\=гкт0/2л. Для радиоим­ пульса прямоугольной формы Ги = 6 и \p\~m.Q.

Когда Aco= Sco= 12n/dmin, то D = At&(i)/2n^Q/momin и ffldmin 6 /-1-

В первом_слагаемом в фигурных скобках (2.2.8) мно­ житель при /ДПо) определяет амплитудно-частотную ха­ рактеристику анализатора. Ее измерение производится по спектру видеоимпульса малой длительности аналогич­ но тому, как описано в !§ 7.1. Увеличение длительности импульса изменяет .относительный вклад второго и

для нормированной погрешности анализа спектра нахо­ дим

Максимальная длительность импульса определится до­ пустимым значением (7.3.3). Очевидно, чем больше ко­ эффициент сжатия линии и меньше производные функ­ ций К (со), а" (со), а также величина |а"(со)/2а|, тем боль­ ше диапазон длительностей анализируемых импульсов. Экспериментальным путем указанная погрешность оце­ нивается по относительной величине сигнала в миниму­ мах отклика на контрольный радиоимпульс прямоуголь­ ной формы таким же образом, как описано в § 7.1. Если величина гщ становится сравнимой с единицей, формула (7.3.3) непригодна для оценки точности измерений. Тог­ да следует использовать соотношение (4.1.17). В этом случае нормированная погрешность анализа

(7.3.4)

20S

т. е. наряду с выполнением (1.2.9) необходимо, чтобы

вполосе спектра было мало абсолютное приращение а(ш).

Диапазон длительностей анализируемых импульсов, для конкретного типа линии задержки легко найти, используя либо только формулу (7.3.3), либо совместно формулы (7.3.3) и (7.3.4). В последнем случае нужно, иметь в виду, что

/Щ)max/т о m in — {d-max/dmin')^'

Максимальное значение выходного отклика определя­ ется выражением (7.1.4). Чем больше диапазон длитель­ ностей импульсов, тем сильнее (при неизменной ампли­ туде А0 импульса на входе линии) меняется его величина.. Например, в случае импульсов прямоугольной формы. go(t) изменяется в dmax/dmin раз.

В соответствии с условием (7.1.6) амплитуда самого короткого импульса на входе линии должна быть наи­ большей, исходя из чего рассчитывается усилитель, вклю­ ченный между смесителем и линией. Усиление и коэффи­ циент шума выходного усилителя также выбираются с учетом необходимых для измерения спектра этого сиг­ нала условий. При анализе спектров более длинных им­ пульсов усиление обоих усилителей следует выбрать меньше.

Для удовлетворительного измерения спектра гетеро­ динный радиоимпульс должен начинаться до прихода на смеситель анализируемого импульса. Поэтому между входными цепями устройства, откуда часть сигнала сни­ мается на детектор, и смесителем включается дополни­ тельная линия задержки. Величина вводимого таким путем запаздывания сигнала должна быть больше за­ держки включения частотно-модулированного гетероди­ на. Последняя зависит от постоянной времени детектора,, инерционности импульсных схем синхронизации модуля­ тора и самого гетеродина, а также от формы входногоимпульса. При меньшей крутизне фронта импульса, задержка включения гетеродина должна быть больше. Так как обеспечение значительного запаздывания сиг­ нала во входных цепях усложняет анализатор, целесооб­ разно выбрать такой режим работы, когда незначи­ тельное увеличение задержки в схеме синхронизации гетеродина не вносит существенной дополнительной по­ грешности.

2 0 7 '

Пусть в отсутствие сигнала гетеродин выдает на сме­ ситель напряжение начальной фиксированной частоты, а после включения модулятора, синхронизируемого фронтом приходящего импульса, частота гетеродина на­ чинает изменяться по закону (1.3.1). Положим, что за­ держка включения модулятора больше запаздывания сигнала во входных цепях до смесителя. Этот случай иллюстрируется рис. 7.13, где приведены частотно-вре­ менная диаграмма гетеродинного напряжения и огибаю­ щая анализируемого сигнала на входе смесителя. Здесь dp— длительность части импульса до включения моду­

лятора гетеродина, a dq = d—dp— длительность осталь­ ной части импульса; с?р<Сб^. Определим первую часть

на выходе линии представляет собой сумму сигналов

и F 'p(Q0), ^'g(Qo) одинаковы. Различны только коэффи­ циенты при вторых производных F"p(Q о), /'"^(Qo). По­ этому в соответствии с (7.3.5) отклик g(t) описывается выражением, отличающимся от (2.2.8) только последним

208

или чтобы величина |Д " р (£2о) |/4|а| имела по меньшей мере такой же порядок, как первое слагаемое в (7.3.6). Тогда задержка включения модулятора гетеродина на dp является допустимой. Для радиоимпульса прямо­ угольной формы с постоянной несущей частотой условие (7.3.7) принимает вид dp2/48 \а | <С 1.

Развертка индикатора запускается фронтом прихо­ дящего импульса со сдвигом во времени, равным началь­ ной задержке линии щ. Изменение частотного масштаба или участка просмотра спектра может производиться путем изменения скорости или задержки развертки.

7.4. Анализаторы спектров в реальном масштабе времени

Наиболее простой тип такого устройства описан в § 3.1 (функциональная схема приведена на рис. 3.2). Схема анализатора в основном определяется парамет­ рами ДЛЗ, выбор которой зависит, в свою очередь, от задаваемых величин абсолютного и относительного раз­ решения (согласно (3.1.3), (3.1.9) ширина рабочей по­ лосы линии должна быть равна б(о= 2До), величина из­ менения задержки в этой полосе б/=4л/До)о, коэффици­ ент сжатия D = 4N). Если в соответствии с заданной селективностью анализатора вводится весовая обработ­ ка выборок сигнала, необходимые характеристики линии определяются соотношениями (3.2.3) — (3.2.6).

В отсутствие весовой обработки сигнала максималь­ ная величина отклика на выходе линии задержки равна

При введении весовой обработки сигнала по косинусои­ дальному закону

g o (0m a x = = ^С(До'1/тс Y - K \ a \ ~ 0 , 7 Z K o A , V N . (7.4.2)