Файл: Тверской, В. И. Дисперсионно-временные методы измерений спектров радиосигналов.pdf

новремепного анализа обычного типа, а чаще — через интервалы времени Т0, где Т0<х. Это позволяет полу­ чить подробную зависимость мгновенного спектра сигна­ ла от текущего времени. Такие измерения могут исполь­ зоваться при исследованиях нестационарных сигналов, когда необходимо достаточно точно знать моменты вре­ мени, в которые происходят изменения мгновенных спектров. Погрешность определения этих моментов вре­

венно интервал времени Т0 можно выбрать в зависимо­ сти от характера измерительной задачи. Если положить в соответствии с теоремой Котельникова 7'0=я/Асо, мож­ но осуществить «непрерывное слежение» за мгновенным спектром сигнала. В этом случае анализирующее устрой­ ство по своим функциональным характеристикам экви­ валентно идеализированной системе, состоящей из на­ бора полосовых фильтров, которые обладают откликами прямоугольной формы, к выходам которых подключены безынерционные индикаторы. В отличие от набора ре­ альных фильтров, время релаксации которых имеет по­ рядок 2я/Дй)о, в такой системе после окончания отвечаю­ щего очередной выборке отклика интервал последействия определяется величиной 2n/miAco. Дополнительное уве­ личение времени последействия в рассматриваемом ана­ лизаторе может быть вызвано, например, изрезанностью амплитудно-частотной характеристики ДЛЗ (ско­ рость спадания амплитуды отклика за пределами ненебходимого для воспроизведения спектра выборки ин­ тервала времени определится шириной самого узкого выброса частотной характеристики линии). С указанной оговоркой, по прошествии времени, много меньшего Т0, в значительной степени исключается влияние «прошлых» больших выбросов сигнала на измеряемый в каждый

методика измерений спектров пересекающихся выборок в анализаторах обычного типа позволяет полностью исключить потери информации, вызванные конечной ве­ личиной пропусков между концом и началом соседних выборок. При этом требования к ДЛЗ усиливаются не­ значительно. Например, при т х = 2 согласно (3.4.4) D ^ »4,5yV.

88

3.5. О возможности увеличения разрешения за счет многократной циркуляции сигнала в дисперсионной линии задержки

Как показано в § 3.1, максимальная длительность выборки анализируемого сигнала примерно равна поло­ вине величины изменения задержек в рабочей полосе линии. При необходимости увеличить длительность вы­ борки (а следовательно, и разрешающую способность) следует выбирать линию с большей величиной измене­ ния задержки или соединять последовательно несколько таких линий.

Один из методов увеличения разрешения заключает­ ся в использовании многократной циркуляции сигнала промежуточной частоты в дисперсионной линии задерж­ ки [29]. Если бы выборки сигнала, спектры которых сле­ дует измерять, следовали с большой скважностью, осу­ ществление многократной циркуляции преобразованного сигнала в линии было бы полностью эквивалентно по­ следовательному включению нескольких идентичных ли­ ний задержки. Для определения характеристик анализи­ рующего устройства следовало бы просто рассматри­ вать линию, у которой дисперсия и величина изменения задержки в рабочей полосе увеличены в число раз, рав­ ное числу циркуляций.

Необходимость воспроизведения спектров выборок сигнала, следующих со скважностью, близкой к едини­ це, обусловливает ряд специфических особенностей

впостроении анализатора. Эти особенности, связанные

взначительной мере с начальными задержками линий, рассматриваются в настоящем параграфе.

Для осуществления анализа должны быть выполне­ ны следующие условия: во-первых, отклики, характери­ зующие спектры последовательных выборок сигнала, не должны перекрываться во времени; во-вторых, отклик,

соответствующий каждой из выборок, не должен пересе­ каться во времени с циркулирующей в линии следующей преобразованной выборкой сигнала (преобразованными выборками мы будем называть радиоимпульсы проме­ жуточной частоты, которые поступают на линию). По­ ложение отклика на оси времени определяется соотно­ шениями (3.1.12), (3.1.13).

В дальнейшем будет рассмотрен лишь случай а > 0 . Решение для случая а < 0 приведет к аналогичным ко­ нечным результатам.

89

Отклик, сформировавшийся после циркуляций пер* вой выборки, закончится в момент hm. Следующая вы­ борка не должна попасть на выход линии ранее конца этого отклика. Это будет выполнено, если

обычно значительно меньше тт . Поэтому при ц<С1 не­ равенство (3.5.5) может быть выполнено только тогда, когда начальная задержка линии существенно меньше величины изменения задержки в рабочем интервале ча­ стот. Для большинства типов линий указанное условие не выполняется и величину k необходимо выбирать больше единицы (k должно быть целым). Чтобы осуще­ ствить в этом случае анализ в реальном времени, сле­ дует объединить в одном устройстве k цирклуяторов. На каждый из них выборки сигнала будут подаваться

рис. 3.15. С выхода смесителя преобразованные выбор­ ки сигнала подаются через коммутатор поочередно на k одинаковых циркуляторов. В состав каждого циркулято­ ра входит ДЛЗ, электронный ключ, цепь обратной свя­ зи и сумматор входного и выходного сигналов линии. Выход линии задержки может подключаться к общему индикатору с помощью ключа. Цепь обратной связи циркулятора при этом разрывается. В каждом из поло­ жений Ai входной коммутатор находится в течение дли­ тельности одного из гетеродинных радиоимпульсов. За это время соответствующая преобразованная выборка сигнала поступает на циркулятор. Переключение проис­ ходит за время интервала цтт между соседними гете­ родинными импульсами. Коммутатор работает вкруго­ вую, проходя последовательно положения А1г Л2, ..., Ah и т. д. Ключ каждого из циркуляторов находится в верх­ нем положении и соединяет выход ДЛЗ со входом ин­

91

дикатора только в течение отклика, определяющего спектр соответствующей выборки сигнала.

Разрешающая способность (или длительность выбор­ ки хт ) и полоса частот Лео анализатора (или число ка­ налов анализатора N) определяются выбранным числом циркуляторов и относительной величиной начальной за­ держки линии. Оставив в (3.5.4) для предельного слу­ чая знак равенства с учетом (3.5.2), (3.5.3), получим следующее уравнение, связывающее хт и Лео:

Второе уравнение для тто и Лео аналогично соотношению (3.1.3) и определяет требуемую величину рабочего ин­ тервала длз

бео = еог—eoi= Лео 4- jsmXm| >

или с учетом (3.5.1)

В уравнении (3.5.6) Ыт следует выразить через уже введенные переменные и известные параметры устройст­ ва. Для этого рассмотрим однократное прохождение преобразованной выборки сигнала длительностью хт че­ рез ДЛЗ. Положим, что сигнал, поданный на ее вход, описывается соотношением (3.1.4). Преобразованная вы­ борка сигнала, поступающая на циркулятор, состоит из ряда одновременно присутствующих радиоимпульсов, которые мы назовем «элементарными», с линейно изме­ няющимися во времени частотами заполнения. Началь­ ные частоты этих радиоимпульсов различны и соответ­ ствуют частотам гармонических составляющих входного сигнала. Отклик gi(t) на один элементарный радиоим­ пульс промежуточной частоты после однократного про­ хода по линии можно определить, используя, например, преобразование Фурье и формулу (1.1.8). С учетом введенной при преобразовании сигнала дополнительной модуляции его несущей частоты по закону (3.5.1) для огибающей сигнала gi(t) получаем

92

где

Отношения амплитуд в точках импульса gi(t), уда­ ленных от его центра, к амплитуде его центральной ча­ сти (эти отношения значительно меньше единицы), опре­

деляются величинами 1/(2 У л jUi | ) — для фронта и

1/(2 У эх | «2,| ) — для спада. Величина Ыт раина длитель­ ности интервала времени между моментом поступления преобразованной выборки па вход линии и моментом появления па выходе линии (после первого прохода) та­ кой точки фронта сигнала, относительная амплитуда ко­ торой равна заданной малой величине; она определяется допустимым мешающим действием указанного сигнала на отклик, отвечающий предшествующей выборке. Основной вклад в величину сигнала на его фронте по­ сле первого прохода линии даст импульс gi(t), который соответствует гармонической составляющей на гранич­ ной частоте спектра (при положительной дисперсии, ко­ гда задержка сигнала с частотой растет, это будет со­ ставляющая на низшей частоте спектра; при отрица­ тельной дисперсии, когда задержка сигнала с частотой падает, — составляющая на наиболее высокой частоте спектра). Задавшись величиной указанного импульса, определим |«i|, а следовательно, Ыт . Эти величины бу­ дут зависеть от параметров сигнала и характеристик циркулятора.

Пусть модуль коэффициента передачи кольца цирку­ лятора при одном проходе сигнала равен со. Максималь­ ное значение элементарного отклика после т циркуля­ ций согласно (3.1.6) и (3.5.1) равно

\ gnk\== АпС0 | Smt2 |/2я.

Сильнее всего мешающее действие импульса gi(t) ска­ жется на самом позднем по времени элементарном от­ клике, отвечающем предшествующей выборке. При а > 0 такой элементарный отклик соответствует составляющей спектра на наивысшей частоте, которой мы припишем индекс п. Мешающий импульс gi{t) соответствует со­ ставляющей спектра на низшей частоте с индексом еди-

93