7.8.3. Дисперсионные анализаторы спектра

Дисперсионно-временной метод анализа спектра основан на использовании особенностей распространения радиосигналов в за­медляющих системах с дисперсией фазовой скорости — дисперсион­ных линиях задержки (ДЛЗ). За счет дисперсии различные состав­ляющие спектра будут задерживаться на различные интервалы вре­мени и появятся на выходе ДЛЗ последовательно со сдвигами во времени. Если время задержки ДЛЗ линейно зависит от частоты, то распределение во времени энергии отклика сигнала на выходе ДЛЗ будет однозначно связано с его энергетическим спектром.

Количественный анализ показывает, что если U_x(t) до подачи на вход ДЛЗ подвергнуть с помощью ГКЧ линейной частотной моду­ляции, то отклик на выходе ДЛЗ совпадает по форме с преобразо­ванием Фурье (7.9), а время анализа будет минимизировано. Таким образом, структурная схема дисперсионного АС может быть пред­ставлена в виде, показанном на рис. 7.35.

Как видно из сопоставления структурных схем рис. 7.32 и 7.35, дисперсионный АС, как и фильтровый АС последовательного дей­ствия, относится к группе одноканальных АС. Но в то же время он обладает достоинствами фильтрового АС параллельного действия и обеспечивает анализ спектра в реальном масштабе времени. Для синхронизации работы ГР с началом частотной модуляции U_x(t) предусмотрен специальный детектор выходного напряжения УПЧ с преобразованием его в короткие импульсы. Полоса пропускания УПЧ должна быть больше максимальной ширины исследуемого спектра.

Важным достоинством дисперсионных АС является возможность анализа не только амплитудных, но и фазовых спектров сигналов, так как функция, определяющая зависимость от времени фазы

Рис. 7.35. Структурная схема дисперсионного АС.

отклика на выходе ДЛЗ, содержит в явном виде информацию о фа­зовом спектре U_x(t). Наиболее простой способ выделения этой ин­формации — частотное детектирование ограниченного по амплиту­де выходного отклика ДЛЗ. Сочетание амплитудного и частотного детектирования позволяет получить полную информацию о сигнале в спектральной форме.

Высокое быстродействие дисперсионных АС позволяет анализи­ровать спектры широкополосных сигналов. Полоса обзора может изменяться от десятков килогерц до гигагерц. Разрешающая спо­собность определяется шириной линейного участка характеристики ДЛЗ. У реальных ДЛЗ ультразвукового типа (проволочные, полосковые, на трубчатых волноводах и др.) она не превышает 10 мс, что и определяет предельные возможности АС.

7.8.4. Рециркуляционные анализаторы спектра

Рециркуляционный (интерференционный) метод анализа спек­тра основан на использовании гребенчатого фильтра (ГФ) с пере­менными параметрами (ГФПП). Пусть на вход обычного ГФ (рис. 7.36) поступает сигнал, частота которого удовлетворяет равенству

Рис. 7.36. Структурная схема ГФ.

, где — время задержки сигнала в ЛЗ, a — целое число. Тогда входное и задержанное напряжения оказываются син­фазными, и в сумматоре происходит эффективное накопление сиг­нала. Частотная характеристика ГФ может быть представлена а виде, показанном на рис. 7.37.

Если U_x(t) имеет частоту , где , то между входным и задержанным напряжениями появится разность фаз и эффективность накопления сигнала уменьшится. Необ­ходимо скомпенсировать разбаланс фаз, сообщив задержанному сигналу опережение по фазе на . Эта операция и осуществляет­ся в ГФПП путем сдвига напряжения в цепи обратной связи по частоте на величину . В определенный момент времени будет выполняться равенство и входное и задержанное

Рис. 7.37. Частотная характеристика ГФ.

напряжения совпадут по фазе. При этом синфазность будет обеспе­чиваться для всех частот в интервале , а момент син­фазности является мерой частоты U_x(t). Сдвиг по ча­стоте на величину осуществляется с помощью однополосного мо­дулятора и гетеродина.

Если на ГФПП воздействует U_x(t) произвольной формы, огиба­ющая отклика отображает текущий спектр U_x(t), а точность пре­образования Фурье при большом числе циркуляции может быть очень высокой. Кроме того, рециркуляционные АС позволяют ана­лизировать амплитудные и фазовые спектры в реальном масштабе времени. Их целесообразно применять тогда, когда требуется высо­кая разрешающая способность в сравнительно узкой полосе обзора.