Анализаторы спектра на дисперсионных линиях задержки

 

В дисперсионных линиях задержки (ДЛЗ) время задержки гармониче­ского сигнала зависит от его частоты. В связи с этим, при поступлении на вход ДЛЗ исследуемого сигнала отдельные его спектральные составляющие будут претерпевать задержку, пропорциональную значениям их частот, и по­этому будут появляться на выходе линии в различные моменты времени. В результате, огибающая выходного напряжения линии задержки будет соот­ветствовать форме спектральной характеристики исследуемого сигнала.

В качестве дисперсионных линий задержки используют ультразвуковые линии задержки, работа которых основана на пьезоэффекте. Напомним, что в пьезоэлетрических кристаллах при приложении к ним переменного напряже­ния возникают акустические волны, распространяющиеся в тонком поверх­ностном слое. Они носят название поверхностных акустических волн. В свою очередь, поверхностные акустические волны становятся причиной генерации кристаллом электрических зарядов. Именно это двойное преобразование энергии лежит в основе принципа действия устройств с использованием по­верхностных акустических волн, в том числе в основе дисперсионных линий задержки.

Наиболее распространённым является преобразователь встречно-штыре­вого типа, образованный двумя вложенными друг в друга «гребёнками» тон­коплёночных электродов, нанесённых на поверхность кристалла пьезоэлек­трика. К электродам первой «гребёнки» подключается источник входного сигнала. В результате обратного пьезоэффекта в поверхностном слое кри­сталла образуется поверхностная акустическая волна с частотой входного воздействия, распространяющаяся в направлении второй «гребёнки». В ре­зультате прямого пьезоэффекта на электродах второй гребёнки формируется выходной электрический сигнал.

 

 

Рис. 7. Структурная схема анализатора спектра на ДЛЗ

 

Очевидно, принцип работы анализатора спектра понятен из его структурной схемы (см. рис. 7): по огибающей выходного напряжения дисперсионной линии задержки, наблюдаемой на экране прибора, можно измерять параметры амплитудно-частотной характеристики исследуемого сигнала. Генератор развёртки измерительного прибора работает в ждущем режиме и запускается исследуемым сигналом.

Как отмечается[3], в силу особенностей преобразования фазо-частотная характеристика выходного сигнала дисперсионной линии задержки отличается от исходной характеристики возрастающими во времени по параболическому закону фазовыми углами отдельных составляющих. Если в исследуемый сигнал до подачи его в линию задержки ввести такой же фазовый угол, но с противоположным знаком, фазовые искажения будут скомпенсированы. Для этого частоту исследуемого сигнала до его подачи на дисперсионную линию задержки подвергают преобразованию (см. рис. 7).

В переделах длительности исследуемого импульса частота ЧМ генератора возрастает по линейному закону, что соответствует параболическому нарастанию фазового угла. Частота генератора выбирается таким образом, что в рабочий диапазон частот линии задержки попадает разностная частота и фазовый угол гармонических составляющих сигнала компенсируется.

Анализаторы спектра с дисперсионными линиями задержки по своей структурной схеме схожи с гетеродинными анализаторами последовательного действия, а по быстродействию близки к анализаторам параллельного типа. Недостатком таких анализаторов является недостаточная полоса пропускания частот дисперсионных линий задержки и их малый динамический диапазон. Преимуществом анализаторов выступает возможность анализа спектра одиночных радиоимпульсов и радиоимпульсов с большой скважностью, который доступен только с использованием подобных приборов.

Отечественной промышленностью выпускается анализатор спектра на дисперсионной линии задержки С4-47 (С4-50), предназначенный для наблюдения и измерения параметров спектров радиосигналов в реальном масштабе времени в диапазоне сверх высоких частот.