Анализ частотного спектра

Рис. 10.1

 

Рис. 10.2. Структурная схема

 

Периодический электрический сигнал любой сложной формы можно представить в виде суммы гармонических составляющих, амплитуды и частоты, которых могут быть определены с помощью прямого преобразования Фурье. Этот спектр гармонических составляющих можно изобразить графически, если по оси абсцисс откладывать обозначение частот, а по оси ординат - величины амплитуд гармоник.

Автоматическое представление спектра осуществляется специальными приборами - анализаторами спектра.

Анализаторы спектра электрических сигналов можно классифицировать:

· по способу анализа – последовательные, одновременные и смешанные;

· по типу индикаторного устройства – осциллографические, с самописцем;

· по диапазону частот – низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, широкодиапазонные.

Большинство анализаторов имеет обозначение С4—....

Спектральный анализ занимает одно из важных мест в современной науке и технике, используется при анализе речевых сигналов, шумов машин, сейсмических колебаний, т. е. при исследова­нии процессов, выходящих за рамки классической радиотехники.

Последовательный анализ спектра (рис. 10.2)

Анализатор спектра электрических сигналов последовательного типа состоит из входного устройства, смесителя, генератора качающейся (перестраиваемой) частоты ГКЧ (свип - генератор) и узкополосного усилителя промежуточной частоты (УПЧ), калибратора (вырабатывает частотные метки), квадратичного детектора, выходного усилителя и индикаторного устройства.

Частота составляющих спектра переносится последовательно на промежуточную частоту (частоту настройки усилителя ПЧ). Перестройка частоты генератора качающейся частоты эквивалентна перемещению спектра исследуемого сигнала относительно частоты усилителя ПЧ. Индикаторное устройство анализатора предназначено для наблюде­ния спектра исследуемого процесса и по существу действует как элек­тронный осциллограф. Оно содержит ЭЛТ с устройствами управления лучом, усилители вертикального и горизонтального отклонения, генера­тор напряжения развертки. Благодаря синхронной развертке отклик каж­дой спектральной составляющей последовательно воспроизводится на экране ЭЛТ. При этом горизонтальная развертка соответствует оси частот спектрограммы. Отградуировав развертку ЭЛТ в единицах частоты, можно получить изображение на экране, точно соответствующее амплитудному спектру сигнала.

 

 

Рис. 10.3. Диаграммы напряжений в анализаторе спектра последовательного типа:

а — изменение частоты ГКЧ, б-исследуемый спектр и АЧХ УПЧ,

в — линейное изменение частоты во времени, г - сигнал на выходе УПЧ,

д — сигнал на выходе детектора

 

Входной сигнал u(t) подается на смеситель через входное устройство. На второй вход смесителя подается сигнал от генератора качающейся частоты.

На рис. 10.3,а и б показаны соответственно изменение во времени частоты ГКЧ (его частота меняется от значения от fmin до fmax в такт с изменением напряжения генератора развертки), форма амплитудно-частотной характе­ристики УПЧ и диаграмма спектра S(t) исследуемого сигнала (на диа­грамме он представлен тремя гармоническими составляющими, отражаю­щими однотональное амплитудно-модулированное колебание). На­пряжение на выходе УПЧ имеет вид радиоимпульсов (рис. 10.3,г), ам­плитуды которых при постоянном напряжении ГКЧ пропорциональны амплитудам составляющих исследуемого спектра.

С выхода УПЧ радиоимпульсы подаются на амплитудный детектор. На выходе детектора возникают видеоимпульсы (рис. 10.3,д), посту­пающие через выходной усилитель на вертикально отклоняющие пла­стины ЭЛТ. На горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ подается пилообразное напряжение генератора развертки, в результате чего на экране появляются видеоимпульсы, изображающие спектр исследуемого сигнала. Этот сигнал отображается на экране осциллографа в течение одного периода развертки Тр=Та.