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

Подставляя (7.4.1) или (7.4.2) в (7.1.5), нетрудно определить требования к элементам усилительного трак­ та на входе и выходе линии. Они намного легче, чем в случае измерений спектров радиоимпульсов. Однако, как правило, анализатор предназначается для измерений спектров любого вида, в том числе спектров импульсов. Поэтому элементы схемы выбираются с учетом анализа спектра импульса шириной бсо. При анализе спектров гармонических сигналов к существенной погрешности может привести нелинейность амплитудной характери­ стики усилителя на входе линии. За счет перекрестных искажений, обусловленных этой нелинейностью, возмож­ но появление на выходе линии значительного числа лож­ ных откликов, т. е. применение входного усилителя, рас­ считанного на большой уровень напряжения, облегчает условия анализа спектров непрерывных сигналов.

Оценим достижимые параметры анализатора. Так как применяются линии, для которых заведомо выполняется условие (4.1.4), то амплитудно-частотная характеристика анализатора В((л0) зависит от медленно меняющейся части функции /((со) и определяется в основном инте­ гралом (4.2.4). Очевидно, путем включения последова­ тельно с линией корректирующих элементов можно до­ биться выравнивания /((со), а следовательно, В ( т 0).

ным путем графики В (со0) (кривые /). Расхождение между экспериментальными и расчетными кривыми ле­ жит в пределах точности измерений. На рис. 7.16 по­ строена типовая дисперсионная характеристика полос­ ковой линии задержки. Коэффициент сжатия линии при­ мерно равен 600.

В соответствии с приведенными на рис. 7.15, 7.16 ха­ рактеристиками линии динамический диапазон анализа­ тора в отсутствие весовой обработки сигнала можно оценить по формуле (4.4.3); при конусоидальной весо­ вой обработке — по формуле (4.5.4). Скорость уменьше­ ния боковых лепестков отклика примерно такая же, как

210

13 п 15 CJп ыг-

-~^МГц

2Л

Рис. 7.15.

для «идеальной линии». Это подтверждают полученные экспериментальным путем графики селективности ана­ лизатора (без весовой обработки и с ней), которые приведены на рис. 7.17, 7.18. По оси ординат на этих ри­ сунках отложено отношение амплитуд двух «гармониче­ ских» сигналов различных частот: «малого» и «большо­ го». Амплитуда меньшего сигнала при этом определяется из условия, что максимум отклика на этот сигнал равен амплитуде бокового лепестка отклика на «большой» сиг­ нал в той же точке П(^) (т. е. отклик на меньший сигнал при данной частотной расстройке еще различим на фоне

Рис. 7.17.

212

боковых лепестков отклика на больший сигнал). По оси абсцисс отложены интервалы между частотами этих сигналов. Измерения проводились на центральной и двух крайних частотах рабочей полосы анализатора. Как следует из (4.4.3) и (5.5.3), селективность и динамиче­ ский диапазон устройства уменьшаются вблизи границ его полосы, где становится значительной скорость изме­ нения К (со). На рис. 7.19 показана частотная характе-

£ * ' т

Рис. 7.19.

213

рйстика разрешающей способности анализатора (разре­ шение определяется здесь формой отклика вблизи его центра). В соответствии с результатами § 4.3 разреше­ ние уменьшается около граничных частот рабочей поло­ сы устройства.

Структурная схема рассматриваемой модели анали­ затора приведена на рис. 7.20. Для совмещения в одном устройстве анализа спектров однократных радиоимпуль­ сов и анализа спектра непре­ рывных сигналов в реальном масштабе времени вводится переключение синхронизации модулятора ЧМ гетеродина.

В первом случае модулялятор запускается огибаю­ щей приходящего радиоим­ пульса, во втором — напря­ жением задающего низкоча­

стотного генератора. Частота этого генератора выбира­ ется равной 1/6/=1/2т. В результате двухполупериодного выпрямления указанного низкочастотного напряжения формируется видеосигнал косинусоидальной формы, который следует со скважностью, равной единице, и при необходимости используется для весовой обработки ана-

214

при косинусоидальной весовой обработке (правый от­ клик) и в отсутствие ее (левый отклик). Отчетливо вид­ но, как при введении обработки уменьшаются боковые крылья отклика. Рис. 7.23 иллюстрирует воспроизведение спектров последовательных выборок сигнала, состоящего из двух гармонических колебаний, частоты которых рас­ положены вблизи границ рабочей полосы анализатора.

При обсуждении в гл. 3 принципиальных особенно­ стей анализирующих устройств мы полагали, что на сме­ ситель подается последовательность гетеродинных им­ пульсов. В реальном устройстве использование режима работы, при котором гетеродин во время обратного хода цикла перестройки частоты выключается, приводит к зна­ чительному усложнению схемы. Можно показать, что при скважности циклов гетеродинного сигнала, близкой к единице, в выключении ЧМ гетеродина нет необходи­ мости. Оценим худший случай, когда весовая обработ­ ка анализируемого сигнала отсутствует. Обозначим дли­ тельность обратного хода цикла перестройки частоты гетеродина через рлг, p<Cl. Так как девиация частоты за время обратного хода равна | s t |, т о соответствующая скорость изменения частоты равна (—s/p). Положим, что на вход анализатора подается гармонический сигнал. В результате преобразования этого сигнала в течение обратного хода частоты гетеродина на вход ДЛЗ в на­ чале каждого цикла анализа поступает радиоимпульс длительностью рт, частота заполнения которого изме­ няется со скоростью (—s/p) (примерно такой же конеч­ ный результат получается при любом законе изменения частоты). Так как pt<CW, для определения мешающего действия этого сигнала может быть использована фор­ мула (1.1.11).

Спектральная функция импульса описывается выра­ жением, аналогичным формуле для Fz{iо) (см. § 1.3). Так как модуль спектральной функции имеет величину

2A j y |s/p|= 2рть40/Кр^иЛ/-,

то для мешающего сигнала в соответствии с (1.1.11) на­

Поскольку р 1, длительность мешающего сигнала рав­ на т. Используя (7.4.1), получаем^ ___

Ago/go 4 V v - ! V • Если p « l /N, то Ago/go(0 max~ 1»w .

216

При проектировании анализатора спектра важной за­ дачей является выбор типа ЧМ гетеродина, который при относительной безынерционное™ обладает линейной мо­ дуляционной характеристикой. При величинах девиации до единиц мегагерц вполне удовлетворительные резуль­ таты получаются при использовании гетеродинов с ре­ активными элементами [37, 38]. Для получения больших значений |st| следует применить предложенную в [39] схему стабилизации скорости перестройки частоты. Если в анализаторе использован пассивный способ формиро­ вания гетеродинного сигнала, то время измерения спек­ тра одной выборки (длительность отклика At) опреде­ ляется периодом следования видеоимпульсов, служащих для формирования гетеродинных импульсов и запускаю­ щих схему развертки индикатора. Подобное устройство позволяет осуществить анализ спектров в реальном мас­ штабе времени. Измерить спектры однократных импуль­ сов, к которым по времени «привязываются» гетеродин­ ные импульсы, невозможно.

Характеристики анализатора в этом случае сущест­ венным образом зависят от затухания ДЛЗ и направ­ ленности ответвителей, включенных на ее входе и вы­ ходе. Если, например, при большом затухании линии нельзя добиться высокой направленности ответвителей, то для формирования гетеродинного сигнала следует ис­ пользовать отдельную ДЛЗ, идентичную включенной в основной канал (или имеющую обратную .дисперсию),

Оценим требования, предъявляемые ж направленным ответвите­ лям в зависимости от затухания линии, ее коэффициента сжатия и полосы анализа. Из-за конечной направленности отклик формирую­ щего фильтра с выхода линии будет проходить на индикатор, а СО входа линии — в тракт формирования гетеродинных им-пульсов Дс-м. рис. 3.5). Обозначим амплитуду отклика формирующего , фильтра через Аг, а амплитуду сигнала промежуточной частоты на входе линии через Ап. Очевидно Ar= B 0\HT(t) | mo*,- где #;(<)■ — импульсная функция формирующего фильтра. В соответствии с (3.3.3)

С учетом (3.3.10), двух последних соотношений, а также приближен­ ного равенства

для максимального значения отклика на выходе второго ответвителя в случае гармонического анализируемого сигнала находим

219