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

т. е. наряду с выполнением (1.2.9) необходимо, чтобы

вполосе спектра было мало абсолютное приращение а(ш).

Диапазон длительностей анализируемых импульсов, для конкретного типа линии задержки легко найти, используя либо только формулу (7.3.3), либо совместно формулы (7.3.3) и (7.3.4). В последнем случае нужно, иметь в виду, что

/Щ)max/т о m in — {d-max/dmin')^'

Максимальное значение выходного отклика определя­ ется выражением (7.1.4). Чем больше диапазон длитель­ ностей импульсов, тем сильнее (при неизменной ампли­ туде А0 импульса на входе линии) меняется его величина.. Например, в случае импульсов прямоугольной формы. go(t) изменяется в dmax/dmin раз.

В соответствии с условием (7.1.6) амплитуда самого короткого импульса на входе линии должна быть наи­ большей, исходя из чего рассчитывается усилитель, вклю­ ченный между смесителем и линией. Усиление и коэффи­ циент шума выходного усилителя также выбираются с учетом необходимых для измерения спектра этого сиг­ нала условий. При анализе спектров более длинных им­ пульсов усиление обоих усилителей следует выбрать меньше.

Для удовлетворительного измерения спектра гетеро­ динный радиоимпульс должен начинаться до прихода на смеситель анализируемого импульса. Поэтому между входными цепями устройства, откуда часть сигнала сни­ мается на детектор, и смесителем включается дополни­ тельная линия задержки. Величина вводимого таким путем запаздывания сигнала должна быть больше за­ держки включения частотно-модулированного гетероди­ на. Последняя зависит от постоянной времени детектора,, инерционности импульсных схем синхронизации модуля­ тора и самого гетеродина, а также от формы входногоимпульса. При меньшей крутизне фронта импульса, задержка включения гетеродина должна быть больше. Так как обеспечение значительного запаздывания сиг­ нала во входных цепях усложняет анализатор, целесооб­ разно выбрать такой режим работы, когда незначи­ тельное увеличение задержки в схеме синхронизации гетеродина не вносит существенной дополнительной по­ грешности.

2 0 7 '

Пусть в отсутствие сигнала гетеродин выдает на сме­ ситель напряжение начальной фиксированной частоты, а после включения модулятора, синхронизируемого фронтом приходящего импульса, частота гетеродина на­ чинает изменяться по закону (1.3.1). Положим, что за­ держка включения модулятора больше запаздывания сигнала во входных цепях до смесителя. Этот случай иллюстрируется рис. 7.13, где приведены частотно-вре­ менная диаграмма гетеродинного напряжения и огибаю­ щая анализируемого сигнала на входе смесителя. Здесь dp— длительность части импульса до включения моду­

лятора гетеродина, a dq = d—dp— длительность осталь­ ной части импульса; с?р<Сб^. Определим первую часть

на выходе линии представляет собой сумму сигналов

и F 'p(Q0), ^'g(Qo) одинаковы. Различны только коэффи­ циенты при вторых производных F"p(Q о), /'"^(Qo). По­ этому в соответствии с (7.3.5) отклик g(t) описывается выражением, отличающимся от (2.2.8) только последним

208

или чтобы величина |Д " р (£2о) |/4|а| имела по меньшей мере такой же порядок, как первое слагаемое в (7.3.6). Тогда задержка включения модулятора гетеродина на dp является допустимой. Для радиоимпульса прямо­ угольной формы с постоянной несущей частотой условие (7.3.7) принимает вид dp2/48 \а | <С 1.

Развертка индикатора запускается фронтом прихо­ дящего импульса со сдвигом во времени, равным началь­ ной задержке линии щ. Изменение частотного масштаба или участка просмотра спектра может производиться путем изменения скорости или задержки развертки.

7.4. Анализаторы спектров в реальном масштабе времени

Наиболее простой тип такого устройства описан в § 3.1 (функциональная схема приведена на рис. 3.2). Схема анализатора в основном определяется парамет­ рами ДЛЗ, выбор которой зависит, в свою очередь, от задаваемых величин абсолютного и относительного раз­ решения (согласно (3.1.3), (3.1.9) ширина рабочей по­ лосы линии должна быть равна б(о= 2До), величина из­ менения задержки в этой полосе б/=4л/До)о, коэффици­ ент сжатия D = 4N). Если в соответствии с заданной селективностью анализатора вводится весовая обработ­ ка выборок сигнала, необходимые характеристики линии определяются соотношениями (3.2.3) — (3.2.6).

В отсутствие весовой обработки сигнала максималь­ ная величина отклика на выходе линии задержки равна

При введении весовой обработки сигнала по косинусои­ дальному закону

g o (0m a x = = ^С(До'1/тс Y - K \ a \ ~ 0 , 7 Z K o A , V N . (7.4.2)

Подставляя (7.4.1) или (7.4.2) в (7.1.5), нетрудно определить требования к элементам усилительного трак­ та на входе и выходе линии. Они намного легче, чем в случае измерений спектров радиоимпульсов. Однако, как правило, анализатор предназначается для измерений спектров любого вида, в том числе спектров импульсов. Поэтому элементы схемы выбираются с учетом анализа спектра импульса шириной бсо. При анализе спектров гармонических сигналов к существенной погрешности может привести нелинейность амплитудной характери­ стики усилителя на входе линии. За счет перекрестных искажений, обусловленных этой нелинейностью, возмож­ но появление на выходе линии значительного числа лож­ ных откликов, т. е. применение входного усилителя, рас­ считанного на большой уровень напряжения, облегчает условия анализа спектров непрерывных сигналов.

Оценим достижимые параметры анализатора. Так как применяются линии, для которых заведомо выполняется условие (4.1.4), то амплитудно-частотная характеристика анализатора В((л0) зависит от медленно меняющейся части функции /((со) и определяется в основном инте­ гралом (4.2.4). Очевидно, путем включения последова­ тельно с линией корректирующих элементов можно до­ биться выравнивания /((со), а следовательно, В ( т 0).

ным путем графики В (со0) (кривые /). Расхождение между экспериментальными и расчетными кривыми ле­ жит в пределах точности измерений. На рис. 7.16 по­ строена типовая дисперсионная характеристика полос­ ковой линии задержки. Коэффициент сжатия линии при­ мерно равен 600.

В соответствии с приведенными на рис. 7.15, 7.16 ха­ рактеристиками линии динамический диапазон анализа­ тора в отсутствие весовой обработки сигнала можно оценить по формуле (4.4.3); при конусоидальной весо­ вой обработке — по формуле (4.5.4). Скорость уменьше­ ния боковых лепестков отклика примерно такая же, как

210

13 п 15 CJп ыг-

-~^МГц

2Л

Рис. 7.15.

для «идеальной линии». Это подтверждают полученные экспериментальным путем графики селективности ана­ лизатора (без весовой обработки и с ней), которые приведены на рис. 7.17, 7.18. По оси ординат на этих ри­ сунках отложено отношение амплитуд двух «гармониче­ ских» сигналов различных частот: «малого» и «большо­ го». Амплитуда меньшего сигнала при этом определяется из условия, что максимум отклика на этот сигнал равен амплитуде бокового лепестка отклика на «большой» сиг­ нал в той же точке П(^) (т. е. отклик на меньший сигнал при данной частотной расстройке еще различим на фоне

Рис. 7.17.

212

боковых лепестков отклика на больший сигнал). По оси абсцисс отложены интервалы между частотами этих сигналов. Измерения проводились на центральной и двух крайних частотах рабочей полосы анализатора. Как следует из (4.4.3) и (5.5.3), селективность и динамиче­ ский диапазон устройства уменьшаются вблизи границ его полосы, где становится значительной скорость изме­ нения К (со). На рис. 7.19 показана частотная характе-

£ * ' т

Рис. 7.19.

213

рйстика разрешающей способности анализатора (разре­ шение определяется здесь формой отклика вблизи его центра). В соответствии с результатами § 4.3 разреше­ ние уменьшается около граничных частот рабочей поло­ сы устройства.

Структурная схема рассматриваемой модели анали­ затора приведена на рис. 7.20. Для совмещения в одном устройстве анализа спектров однократных радиоимпуль­ сов и анализа спектра непре­ рывных сигналов в реальном масштабе времени вводится переключение синхронизации модулятора ЧМ гетеродина.

В первом случае модулялятор запускается огибаю­ щей приходящего радиоим­ пульса, во втором — напря­ жением задающего низкоча­

стотного генератора. Частота этого генератора выбира­ ется равной 1/6/=1/2т. В результате двухполупериодного выпрямления указанного низкочастотного напряжения формируется видеосигнал косинусоидальной формы, который следует со скважностью, равной единице, и при необходимости используется для весовой обработки ана-

214