19. Анализатор спектра последовательного типа: назначение, структурная схема, принцип действия

На практике применяются простые устройства, использующие метод последовательного спектрального анализа. К таким устройствам относятся панорамные радиоприемники, поисковые устройства обнаружения и измерения частоты сигналов, анализаторы спектра, измерители амплитудно- и фазо-частотных характеристик и т. д.

Основной принцип работы устройства данного типа заключается в том, что в смесителе 2 с помощью перестраиваемого по частоте гетеродина 8 происходит преобразование частоты сигнала, затем сигнал анализируется по промежуточной частоте избирательной системой 3. После детектирования и дополнительной фильтрации (4, 5) сигнал поступает на специальный решающий блок 6, который принимает решение о наличии сигнала .на входе устройства. Одновременно сигнал можно наблюдать на экране индикатора 7. Закон изменения частоты гетеродина может быть любым. Причем следует отметить, что нелинейный поиск может оказаться целесообразным только при неравномерном, распределении частоты сигнала внутри диапазона поиска. Кроме того, поиск может выполняться в виде однократной операции, производимой за заданное время, или в виде многократно повторяющихся циклов.

Общая структурная схема устройства последовательного спектрального анализа приведена на рисунке 7.

Рис.7

Структурная схема устройства последовательного спектрального анализа

1- Входное устройство; 2- Смеситель; 3- Избирательная система;

4- Амплитудный детектор; 5- Фильтр нижних частот; 6- Решающий блок;

7- Индикатор; 8- ЧМ гетеродин.

Для двухступенчатых поисковых устройств алгоритм поиска обычно выбирается таким образом, что превышение порога на первой ступени обнаружения вызывает остановку поиска на время t в течение которого происходит анализ во второй ступени обнаружения. Решение о наличии или отсутствии сигнала в данной точке диапазона принимается безошибочно второй ступенью обнаружения через время t. При отсутствии сигнала в точке остановки поиск или продолжается по истечении времени t в прежнем направлении, или происходит сброс в исходное состояние. Обнаружение сигнала может произойти как при первом просмотре диапазона поиска, так .и после некоторого случайного числа просмотров. Поскольку время Т, равное интервалу между началом поиска и моментом остановки поискового устройства в точке расположения сигнала, представляет собой случайную величину встает вопрос об отыскании закона распределения, математического ожидания и дисперсии этой случайной величины. В задаче о нахождении закона распределения времени поиска намечаются два подхода. Первый — это непосредственный анализ реальной, непрерывной системы. Второй подход заключается в разбиении всего диапазона на конечное число ячеек и замене непрерывного поиска дискретной процедурой.

21. Цифровой анализатор спектра: структурная схема, принцип действия.

Анализаторы спектра можно классифицировать по способу анализа:

с последовательным, одновременным или смешанным анализом; по схемному решению: одноканальные, многоканальные; по типу индикаторного или регистрирующего устройства: осциллографические, с самописцем; по диапазону частот: низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, широкодиапазонные.

Анализаторы спектра – выполняются по обобщённой схеме вида входное устройство – преобразователь – показывающее или регистрирующее устройство. Конкретные схемы и конструкции приборов, осуществляющих анализ методом фильтрации разнообразны, но основным узлом является узкополосная система, выделяющая спектральные составляющие или участки спектра.

Современный цифровой анализатор спектра представляет собой качественно новый тип аппаратуры, в которой специфические функции многочисленных приборов моделируют с помощью набора компьютерных программ: для изменения характера функционирования достаточно вызвать соответствующую программу обработки без аппаратурной перестройки устройств. Комплекс программ цифрового анализатора спектра позволяет сочетать в одном приборе практически все функциональные возможности, необходимые для всестороннего исследования различных сигналов и процессов. Принцип действия цифрового анализатора спектра основан на вычислительных процедурах определения параметров и характеристик различных процессов.

Исследуемые сигналы по одному (А) или двум (А,Б) каналам подают на соответствующие усилители с переменным коэффициентом усиления, которые приводят различные уровни входных сигналов (от 0,01 до 10 В) к значению, необходимому для нормальной работы последующих трактов. Затем сигналы поступают на ФНЧ, который выделяет подлежащую анализу полосу частот.

Исследуемые сигналы по одному (А) или двум (А,Б) каналам подают на соответствующие усилители с переменным коэффициентом усиления, которые приводят различные уровни входных сигналов (от 0,01 до 10 В) к значению, необходимому для нормальной работы последующих трактов. Затем сигналы поступают на ФНЧ, который выделяет подлежащую анализу полосу частот.

Исследователь может включать и выключать фильтры. С выхода которых сигналы поступают на АЦП, где они преобразуются в параллельный 10-разрядный двоичный код. Может работать как один, так и оба канала одновременно. В последнем случае выборки сигнала проходят параллельно по обоим каналам, что позволяет сохранить в цифровом коде информацию о фазовых соотношениях сигналов, необходимую для измерения взаимных характеристик. Частота выборки задается встроенным кварцевым генератором и может изменяться исследователем в пределах 0,2 – 100 кГц. Эта частота определяет отсчетный масштаб анализатора спектра сигналов во временной и частотной областях.

Тракты прохождения сигналов от входов усилителей до выхода АЦП имеет калиброванные значения коэффициента передачи во всем диапазоне частот и уровней напряжений. Информация о значении коэффициента передачи и частота выборки АЦП вводятся в вычислительное устройство (микропроцессор) и учитывается при формировании конечного результата исследований. Микропроцессор работает в соответствии с заложенной в его память программой. Программа состоит из ряда подпрограмм, организующих ту или иную вычислительную операцию (вычисление спектра или корреляционной функции, определение вероятностных характеристик, построение гистограммы и т. д.). Результаты вычислений выводят на индикаторное или регистрирующее устройство, в качестве которого могут быть использованы цифровой магнитофон, дисковый накопитель, осциллограф или самописец. Последние два подключают через ЦАП. Все результаты сопровождают масштабным коэффициентом для перевода их в физические единицы.

Рис.4. Структурная схема цифрового анализатора спектра.

При анализе сигналов, представленных в цифровом виде, данные вводятся непосредственно в вычислительное устройство с помощью устройства ввода цифровых данных с наборного табло пульта управления в десятичном коде.

Основные режимы работы цифрового анализатора спектра; спектральный, цифровая фильтрация, статистический и корреляционный анализ; измерение спектра мощности, взаимного спектра двух сигналов.