10.3.3. Анализаторы спектра последовательного действия.

При последовательном анализе составляющие спектра выявляются и анализируются последовательно (поочередно). Поэтому такой анализ эффективен только для периодических, а также для случайных стационарных сигналов. В тоже время анализатора намного проще в аппаратурном отношении, чем параллельного действия и являются более распространенными среди анализаторов спектра. Функциональная схема анализатора представлена на рис.10.5. Частота составляющих спектра

исследуемого сигнала переносится последовательно на промежуточную частоту (частоту настройки усилителя ПЧ). Перестройка частоты гетеродина эквивалентна перемещению спектра исследуемого сигнала относительно частоты усилителя ПЧ. Благодаря синхронной развертки отклик каждой спектральной составляющей последовательно воспроизводится на экране ЭЛТ. При этом горизонтальная развертка соответствует оси частот спектрограммы.

Частотные измерения при анализе спектра заключаются в определении частоты входного сигнала (частот спектральных составляющих) и интервала частот между характерными точками спектра. Частота исследуемого сигнала «U(t)» измеряется по шкале частот гетеродина, а определение частотных интервалов производится по экрану ЭЛТ с помощью калибратора. Калибратор формирует калиброванные частотные метки, наблюдаемые на экране прибора совместно с анализируемым спектром.

Рисунок. 10.5 Структурная схема анализатора последовательного действия

Приборы такого принципа действия могут строится с двойным или тройным преобразованием частоты, если необходимо исследовать сигналы с широким спектром.

10.3.4. Цифровые анализаторы спектра.

Исходной предпосылкой цифровых методов спектрального анализа является теорема Котельникова. Сигнал, спектр которого ограничен сверху частотой , полностью описывается отсчетами через интервалы времени. С помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ) совокупность временных отсчетов может быть пересчитана в комплексный дискретный спектр и далее амплитудный и фазовый спектра. Упрощенная структурная схема цифрового анализатора представлена на рисунке.10.6, включающая преселектор (Прс), АЦП и блоки памяти, устройство отображения информации УОИ.

В преселектор входят все каскады анализатора от входной цепи до АЦП, и обеспечивает фильтрацию . Дискретизацияосуществляется в АЦП, причем импульсный преобразователь образует решетчатую копиюс интервалом дискретизации, а формирующий преобразователь определяется число отсчетов сигнала «N» за время . В процессоре производятся обработка кодовых комбинаций с выхода АЦП и все необходимые вычисления по алгоритму БПФ, а устройство УОИ обеспечивает воспроизведение спектрограммы на дисплее прибора. Цифровые анализаторы могут быть последовательного и параллельного действия, а также комбинированными. Параметры их определяются возможностями вычислительной техники.

10.4 Измерение нелинейных искажений.

Нелинейные искажения (НИ) сигналов оказывают существенное влияние на ряд важных показателей качества работы радиотехнических устройств и систем: точность воспроизведения сигналов, разрешающую и пропускающую способность, помехозащищенность, метрологические характеристики радиоизмерительных приборов. Под НИ понимается любое изменение сигнала, вызывающее искажение передаваемого сообщения и обусловленное нелинейностью тракта, т.е. появление в выходном сигнале новых частотных компонентов, отсутствовавших во входном. Все это связано с изменением формы выходного сигнала по отношению к входному. НИ представляют собой сложное явление, зависящее от многих параметров: состава электрической цепи, ее АЧХ, формы сигнала, его амплитуды и т.п.

Методы измерения НИ можно классифицировать по виду испытательного сигнала и способу обработки выходного, искаженного сигнала. Наиболее распространенным методом является одночастотный фильтровой (метод подавления основной гармоники), позволяющий наиболее просто сравнивать различные электрические цепи по величине присущих или нелинейных искажений, введя их количественную характеристику. Эта количественное характеристика нашей название коэффициента гармоник , выражаемого в процентах:

(10.5)

где ,- амплитуды гармоник.

Коэффициент характеризует отличие формы данного периодического сигнала от гармонической. Он равен отношению среднеквадратичного значения напряжения суммы всех гармоник сигнала, кроме первой, к среднеквадратичному значению напряжения первой гармоники.

Однако получившее широкое распространение измерители НИ измеряют не коэффициент гармоник , а коэффициент, близкий к нему:

(10.6)

определяемый как отношение среднеквадратического значения напряжения высших гармоник к среднеквадратичному значению всего сигнала.

При этом

(10.7)

Если , то.

Структурная схема автоматического измерителя НИ приведена на рис. 10.7

Риунок.10.7. Структурная схема автоматического измерителя нелинейных искажений

Автоматический измеритель НИ работает по принципу подавления первой (основной) гармоники исследуемого сигнала, а напряжение высших гармоник измеряется цифровым вольтметром среднеквадратических значений с автоматическим переключением пределов.

Перед началом работы необходимо подготовить прибор к работе, т.е. настроить его согласно инструкции, после того только можно проводить измерения.

Исследуемый сигнал подается на вход усилителя У1, который является буферным каскадом и совместно со входной цепью формирует большое входное сопротивление прибора. Регулируемый усилитель У2 охваченный системой АРУ позволяет формировать стабильный уровень сигнала на выходе, при непостоянстве его на входе. Наличие постоянного уровня сигнала на входе режекторного фильтра является одним из условий стабильной работы режекторного фильтра, настраиваемого на частоту первой гармоники. Вторым условием является наличие цепи АПЧ в цепи режекторного фильтра. Цепь АПЧ с сигналом, поступающим с цифрового частотомера (формирует код управления). Осуществляют настройку активного режекторного фильтра на частоту первой гармоники. Таким образом, выходное напряжение режекторного фильтра подается на детектор среднеквадратичных значений, а показания цифрового вольтметра численно равны значению коэффициента гармоник.

Существует много методов определения нелинейных искажений, использующих на одночастотный, а многочастотный (двух-трех и более) или шумовой сигнал. Это вызвано стремлением приблизить условия измерений к реальным условиям эксплуатации устройств связи.

Основными источниками погрешности измерения коэффициента нелинейных искажений() являются характеристики цифрового вольтметра, а также неточность настройки режекторного фильтра и компенсации ослабления высших гармоник.