VI. Анализ спектра сигналов

1. Классификация анализаторов спектра

В отличие от осциллографов анализаторы спектра применяются для получения информации о частотных составляющих сигналов. Спектральное представление сигнала дает более полное представление о его форме и качестве радиотракта, через который этот сигнал прошел.

Измерение спектра используется для оценки электромагнитной совместимости, при анализе речевых сигналов, нелинейности РЭА , для оценки искажений импульсных и параметров модулированных сигналов и пр.

Любая функция времени х(t) полностью описывается амплитудами и фазами её частотных составляющих – спектральной функцией вида:

.

Поскольку измерение проводят в некотором конечном интервале времени Т, то реально можно говорить о текущем спектре

,

который с увеличением Т приближается к истинному.

Для измерения спектра сигнала необходимо измерить амплитуды и частоты его гармонических составляющих. Для этой цели используются приборы, называемые спектроанализаторами (анализаторами спектра). Низкочастотные спектроанализаторы, предназначенные для измерения амплитуд гармонических составляющих, называются анализаторами гармоник.

Параметры модулированных колебаний можно определить по их спектру, но это оправдано только для точных измерений малых амплитуд модуляции. На практике применяют более простые и удобные измерители параметров амплитудной модуляции (модулометры) и частотно-манипулированных сигналов (девиометры).

Классификация анализаторов спектра (группа С4-) осуществляется по разным признакам:

1. По способу анализа (анализаторы с последовательным, параллельным и смешанным анализом)

2. По способу выделения спектральных составляющих:

1. с перестраиваемым режекторным фильтром РФ

2. с помощью гетеродинного переносчика спектра

3. По типу измерительных устройств (с осциллографом или стрелочным измерителем)

4. По частотному диапазону (НЧ, ВЧ и широкодиапазонные)

5. По числу одновременно исследуемых сигналов (одно- или многоканальные)

К основным метрологическим характеристикам анализаторов относятся разрешающая способность, время анализа, погрешности измерений _f и _а. Разрешающая способность анализатора определяется как расстояние между частотами, при которых сигнал на индикаторе уменьшится на 3дБ по сравнению с максимальным значением при бесконечно малой скорости изменения частоты. Время анализа- это скорость анализа в заданном диапазоне частот с допустимыми погрешностями _f и _а.

Основными методами спектрального анализа являются параллельный и последовательный.

2. Анализаторы спектра параллельного действия

Функциональная схема анализатора изображена на рис.32. Исследуемый сигнал одновременно поступает на группу полосовых фильтров ПФ, настроенных на разные частоты. После каждого фильтра включен детектор. Выходное напряжение каждого из каналов снимается с помощью электронного коммутатора, работающего синхронно с разверткой осциллографа.

Рис.32.

Число фильтров n зависит от диапазона анализируемых частот F и разрешающей способности фильтров F/f. Известен 73-канальный анализатор с рабочей полосой частот F= 100Гц- 100кГц.

Анализ спектра в широкой полосе частот требует большого числа перестраиваемых ПФ, поэтому несмотря на высокое быстродействие, анализаторы параллельного действия не находят широкого применения на практике.