Гетеродинные анализаторы спектра

Структурная схема гетеродинного анализатора спектра изо­бражена на рисунке 5. Измерительный прибор образован входным устройством, осуще­ствляющим согласование исследуемых цепей с цепями прибора, генерато­ром синусои­дальных колебаний с изменяемой частотой – гетеродином, сме­сителем, усили­телем промежуточной частоты – УПЧ, детектором D, кон­троллером, управляющим работой гетеродина, генератором строчной раз­вёртки и устройством визуализации на основе электронно-лучевой трубки – ЭЛТ.

Рис. 5. Структурная схема гетеродинного анализатора спектра

Рассмотрим принцип действия измерительного прибора. Пусть на вход прибора поступает сигнал, содержащий две гармонические составляющие на частотах f₁ и f₂ (см. рис 6а - сигналы U₁ и U₂). Через входное устройство ис­следуемый сигнал поступает на один из входов смесителя; на второй вход смесителя поступает гармоническое колебание гетеродина. Смеситель «пе­реносит» гармонические колебания в область промежуточной частоты f_гет-f₁ и f_гет-f₂.

Рис. 6. Диаграммы сигналов гетеродинного анализатора спектра

Однако, в отличие от селективного вольтметра здесь частота гетеродина под управлением контроллера на интервале прямого хода развёртки (см. рис. 6б) линейно увеличивается от некоторого минимального до максимального значения (см. рис. 6в – прямая f_гет). Очевидно, точно также будет линейно увеличиваться частота обеих гармонических составляющих f_гет-f₁ и f_гет-f₂ в области промежуточной частоты (см. рис. 6в – прямые, отстоящие от прямой f_гет на значения f₁ и f₂).Таким образом, на выходе смесителя в интервале пря­мого хода развёртки измерительного прибора сигналы U₁ и U₂ будут «сколь­зить» по шкале частот в области промежуточной частоты.

С выхода смесителя сигналы U₁ и U₂ поступают на вход усилителя про­межуточной частоты. Амплитудно-частотная характеристика усилителя про­межуточной частоты изображена на рисунке 6г. Центр симметрии характери­стики совпадает со значением промежуточной частоты f_пр; полоса пропуска­ния УПЧ определяет разрешающую способность измерительного прибора.

Очевидно, усилитель промежуточной частоты формирует выходные сигналы по «скользящим» по частоте входным сигналам U₁ и U₂ только в те моменты, когда они появляются в «окне» амплитудно-частотной характери­стики усилителя (т.е. тогда, когда изменяющаяся частота сигналов U₁ и U₂ «попадает» в полосу частот усиления).

Как следует из рисунков 6г, 6в изменяющаяся частота сигнала U₁ совпа­дает с полосой усиления УПЧ в интервале времени (t₁, t₂), а сигнала U₂ – в интервале времени (t₃, t₄).

Несложный анализ рисунков 6б, 6в и 6г позволяет сделать вывод о том, что на экране ЭЛТ в рассматриваемой ситуации будут сформированы изо­бражения двух импульсов, левый из которых соответствует сигналу U₁, а правый - U₂ (см. рис. 6д).

По принципу работы гетеродинные анализаторы относят к измеритель­ным приборам последовательного действия. В сравнении с анализаторами параллельного действия они значительно проще в изготовлении, обладают высокой разрешающей способностью. Их недостатками являются невозмож­ность исследования спектров случайных сигналов, одиночных импульсов и очень большое время измерения с высокой разрешающей способностью низ­кочастотных и инфранизкочастотных сигналов. Отечественной промышлен­ностью выпускаются следующие гетеродинные генераторы: СК4-56, СК4-58, СК4-59, С4-60, С4-60/1.