Анализаторы спектра последовательного действия

По определению фильтровый АС последовательного действия представляет собой типичный приемник прямого усиления, струк­турная схема которого приведена на рис. 7.31. Основной недоста­ток таких приемников — узкодиапазонность, которая связана с не­возможностью перестройки Ф в широком диапазоне частот без ухудшения селективных свойств. Кроме того, процесс анализа спект­ра не автоматизирован и имеет большое .

Поиск путей устранения перечисленных принципиальных недо­статков рассмотренной схемы АС привел к использованию принципов супергетеродинного приема. Достоинства его были уже охарактери­зованы при рассмотрении селективных вольтметров, частотомеров и фазометров. При анализе спектра, перестраивая гетеродин, элект­рическим способом перемещают спектр относительно фиксированной частоты настройки Ф, обеспечивая . Если в качестве гетеродина использовать ГКЧ, то анализ спектра легко автоматизи­руется. Действительно, пилообразное напряжение, управляющее частотой ГКЧ, может быть использовано для формирования частотной оси спектра на экране ЭЛТ, а выходное напряжение квадра­тичного детектора, поданное после усиления в УВО на пластины Y, обеспечит визуальную индикацию спектра в координатах C²_n(f).

Однако диапазон рабочих частот АС ограничивается в этом слу­чае пределами перестройки ГКЧ. Так как широкодиапазонные ГКЧ достаточно сложны, при проектировании автоматических АС более оптимально разделение функций гетеродина на два: гетеродин с руч­ной перестройкой частоты, перемещающий анализируемый спектр из любого участка рабочего диапазона частот на некоторую проме­жуточную частоту, и ГКЧ с фиксированной настройкой на эту про­межуточную частоту. Таким образом, структурная схема широко­диапазонного автоматического АС может быть представлена в ви­де, показанном на рис. 7.32.

Как видно из рис. 7.32, первое преобразование частоты осуще­ствляется с помощью гетеродина Г1 и смесителя См1. Гетеродин Г1 имеет точную шкалу частот, по которой можно определять частоту U_x(t). Полоса пропускания УПЧ1 должна быть больше максималь­ной ширины исследуемого спектра, а сама первая промежуточная частота — больше верхней частоты спектра (для подавления помех по зеркальному каналу).

Рис. 7.32. Структурная схема фильтрового АС последова­тельного действия с преобразованием частоты.

Собственно анализ спектра начинается со смесителя См2, на ко­торый подается напряжение ГКЧ. Роль узкополосного фильтра вы­полняет УПЧ2 резонансного типа. Он содержит аттенюатор, с по­мощью которого осуществляется относительное измерение амплитуд составляющих спектра. Методика измерения поясняется рис. 7.33, а, на котором приведен пример определения уровня первого бокового лепестка. Для повышения точности амплитудных измерений преду­сматривается возможность изменения масштаба индикатора с ква­дратичного на линейный. Поэтому детектор в современных АС явля­ется комбинированным.

Частотные измерения при анализе спектра заключаются, как правило, в определении частоты входного сигнала и интервала ча­стот между характерными точками спектра. Частота U_x(t) измеряется, как уже отмечалось, по шкале частот Г1, а определение частот­ных интервалов производится по экрану ЭЛТ с помощью калибра­тора. Калибратор формирует калибрационные частотные метки, наблюдаемые на экране ЭЛТ совместно с анализируемым спектром. Он включает дополнительный гетеродин Г2 (см. рис. 7.32), занима­ющий зеркальный канал по второй промежуточной частоте, и гене­ратор синусоидального напряжения частоты .С его помощью ко­лебания Г2 модулируются по частоте, т. е. калибрационные метки

 

Рис. 7.33. Измерение спектральных характеристик сигналов:

а — амплитудные измерения; б — частотные измерения.

 

представляют собой спектр частотно-модулированного сигнала и отстоят друг от друга на величину .Перестраивая Г2, можно пе­ремещать весь калибрационный спектр по оси частот, а изменением добиваться совмещения калибрационных меток с требуемыми точками спектра (рис. 7.33, б).

Отметим в заключение характерные особенности, имеющие ме­сто при последовательном анализе спектра серии радиоимпульсов с большой скважностью. Если они имеют прямоугольную форму, то форма огибающей спектра соответствует рис. 7.27, б. При перестрой­ке ГКЧ, которая осуществляется за время Т_а, на вход АС поступят п импульсов, причем . За время действия каждого импуль­са в полосу пропускания УПЧ2 попадает та часть его спектра, кото­рая соответствует текущему значению частоты ГКЧ. Поскольку ,можно считать, что колебания на выходе УПЧ2, возбужден­ные предыдущим импульсом, заканчиваются к приходу последующе­го. Поэтому при каждом поступлении импульса из его спектра «вы­резается» участок и воспроизводится на экране ЭЛТ в виде по­лоски, высота которой пропорциональна амплитуде этого участка. За время Т_а на экране ЭЛТ будет получено изображение п полосок, огибающая которых тем точнее повторяет амплитудный спектр, чем больше п. Таким образом, мы получаем типичный текущий спектр, анализ которого возможен только по отношению к форме огиба­ющей спектра.