2015-05-13
3668
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, … Фn с 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.
