Анализаторы спектра параллельного действия

 

Структурная схема анализатора спектра параллельного действия изо­бражена на рисунке 3. Измерительный прибор состоит из входного устрой­ства, осуществляющего согласование исследуемых цепей с цепями устрой­ства, системы полосовых фильтров Ф1, Ф2, … Фnс перекрывающимися час­тотными характеристиками (см. рис 4б), детекторов D1, D2, … Dn, мультип­лексора, выполняющего последовательную коммутацию входных сигналов на выход, устройства визуализации спектра исследуемого сигнала – элек­тронной лучевой трубки (ЭЛТ) и генератора развёртки.

 

 

Рис. 3. Структурная схема анализатора спектра параллельного действия

 

Рассмотрим принцип работы анализатора спектра. Пусть на вход изме­рительного прибора поступает входной сигнал с огибающей спектра, изо­бражённой на рисунке 4а. через входное устройство исследуемый сигнал по­ступает на входы системы полосовых фильтров Ф1, Ф2, … Фn. Каждый по­лосовой фильтр «вырезает» из спектра сигнала частотные составляющие, со­ответствующие своей полосе пропускания ∆fф. Таким образом, после подачи входного сигнала через время задержки фильтра на выходе полосовых фильтров одновременно появляются частотные составляющие сигнала (см. рис. 4в, 4г). Выходные напряжения фильтров после детектирования посту­пают на входы мультиплексора. На выходе мультиплексора соответствую­щие сигналы «разворачиваются» во времени синхронно с изменениями (сту­пенями) напряжения строчной развёртки прибора. Как следует из схемы, ра­ботой мультиплексора управляет ступенчатое напряжение генератора раз­вёртки так, что в интервале времени (t0, t1) к вертикально отклоняющим пла­стинам ЭЛТ подключён выход детектора D1, в интервале времени (t1, t2) – выход детектора D2 и т.д. (см. рис. 4д). Очевидно, что по истечении периода развёртки все фильтры будут поочерёдно подключены к устройству визуали­зации.

 

 

Рис. 4. Диаграммы работы анализатора параллельного действия

 

Выходной сигнал мультиплексора поступает на вертикально отклоняю­щие пластины электронно-лучевой трубки, горизонтальным смещением луча которой управляет напряжение генератора строчной развёртки. Отметим, что при использовании ступенчатой развёртки отдельные составляющие иссле­дуемого сигнала на мониторе будут изображаться в виде вертикальных от­резков, величина которых будет пропорциональна максимальному уровню соответствующих составляющих.

Поскольку форма частотных характеристик реальных фильтров отлича­ется от прямоугольной измерительному прибору присущ ряд недостатков. Рассмотрим, например, ситуацию, когда анализируемый сигнал представля­ется одной спектральной составляющей, расположенной в середине полосы пропускания второго полосового фильтра (см. рис 4б; соответствующая гар­моника изображена в виде вертикальной стрелки). Как следует из рисунка 4б, под действием этого сигнала на выходе второго фильтра возникнет напряже­ние пропорциональное значению гармоники. Однако, из-за перекрытия ха­рактеристик фильтров на выходе первого и третьего фильтров также будут сформированы напряжения, но меньшей величины (см. рис. 4б; длина утол­щённой стрелки пропорциональна величине соответствующих сигналов). Та­ким образом, на мониторе будут изображены три вертикальных отрезка, два из которых фактически являются изображением сигналов помехи (см. рис. 4е).

Важнейшей характеристикой анализатора спектра является его разре­шающая способность, количественно определяемая как минимальная раз­ность частот двух спектральных составляющих, при которой эти составляю­щие можно наблюдать на экране ЭЛТ раздельно. Разрешающая способность анализаторов спектра параллельного действия оценивается выражением: ∆fраз=2·∆fф[1].

Быстродействие анализаторов спектра параллельного действия, в основ­ном, определяется инерционными свойствами используемых полосовых фильтров и оценивается временем установления их выходного напряжения τуст. Очевидно, что замер спектральных составляющих можно проводить по истечении интервала времени, большего или равного τуст. Этот интервал ха­рактеризует время анализа исследуемого сигнала[2]:

τуст≈1/2·∆fф.