Методическое указание 4 v1

Министерство образования и науки Российской Федерации УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра вычислительной техники и защиты информации

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ АНАЛИЗАТОРА СПЕКТРА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе по дисциплине

«Физические основы защиты информации»

Уфа 2011

2

Составитель А.С. Красько УДК 519.816 + 338.24 ББК 65.050.2

Изучение работы анализатора спектра: методические указания к лабораторной по курсу "Физические основы защиты информации",/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Cост. А.С. Красько. – Уфа, 2011. – 23 с.

Рассматриваются принципы работы анализаторов спектра:

Предназначены для студентов специальности 090104 "Комплексная защита объектов информатизации".

Ил. 16.

Рецензенты: Валеев С.С., Нугаев Р.Р

© Уфимский государственный авиационный технический университет, 2011

3

СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………...…..5

1.Цель работы……………………………………………………..….5

2.Задачи…………………………………………………………...…..5

3.Теоретическая часть…………………………………………….…6

4.Описание лабораторного оборудования……………………...…..6

5.Меры безопасности………………………………………………..9

6.Задание………………………………………………………….....12

7.Методика выполнения задания………………………………….12

8.Требования к содержанию отчета…………………………….…14

9.Контрольные вопросы………………………………………...….14

10.Критерии оценки лабораторной работы…………………….…14

11.Литература……………………………………………………….14

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ АНАЛИЗАТОРА СПЕКТРА

1.Цель работы

Целью данной лабораторной работы является изучение работы анализатора спектра, проведение ряда экспериментов и измерений на этом приборе.

2. Задачи

1.Ознакомиться с принципом работы анализатора спектра

2.Провести измерение всех информационных источников радиоволн на в диапазоне 3-3000 МГц

3. Теоретическая часть

Анализатор спектра

Анализатор спектра (АС) – это чувствительный селективный прибор, предназначенный для определения частотных составляющих сигнала т.е. спектра амплитуд.

Периодичную функцию можно представить рядом Фурье в виде:

(1)

Совокупность и есть спектр амплитуд.

Для представления непериодической функции используют формулу интеграла Фурье

(2)

Комплексный спектр можно вычислить по прямому преобразованию Фу-

рье:

(3)

5

Аппаратурно можно получить текущий спектр сигнала:

(4)

При большом времени анализа текущий спектр может быть достаточно хорошим приближением к истинному спектру. Наиболее распространены анализаторы спектра с использованием резонаторов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема резонатора (колебательный контур)

Характеристики колебательного контура:

-затухающие колебания

(5)

-собственная частота

(6)

-добротность

Анализ частотных свойств сигнала может быть последовательным или параллельным.

В АС последовательного типа собственная частота резонатора медленно изменяется во всем анализируемом диапазоне частот. АС параллельного типа содержит набор резонаторов, каждый из которых настроен на определенную частоту анализируемого диапазона частот.

6

Характеристики анализаторов спектра

Характеристиками АС являются:

- разрешающая способность;

-время анализа;

-полоса анализируемых частот.

Анализатор спектра характеризуется погрешностью по амплитуде и погрешностью по частоте.

Погрешность по частоте определяет с какой точностью может быть определен интервал частот между составляющими спектра или действительное значение частоты этих составляющих.

Погрешность по амплитуде определяется инструментальными погрешностями АС и зависит от спектра исследуемого сигнала.

Погрешность АС связана также с временем анализа.

Разрешающая способность анализатора спектра

Разрешающая способность анализатора спектра – это минимальный интервал по частоте между двумя гармоническими сигналами, при котором они разделяются анализатором.

Если на колебательный контур подана сумма двух гармонических сигналов, то

и разрешающая способность равна разности частот , при которой:

7

Рисунок 7 - Разрешающая способность анализатора

Разрешающая способность резонатора зависит от вида его частотной характеристики, она может быть статической и динамической.

Динамическая разрешающая способность имеет место при последовательном анализе.

При линейном изменении частоты воздействия амплитудно-частотная характеристика резонатора деформируется (рисунок 4.11).

Рисунок 8 - Динамическая характеристика резонатора

Деформация резонансной кривой характеризуется рядом параметров:

- относительным изменением значения максимума

8

(11)

- относительным смещением максимальной динамической характеристики относительно максимальной статической характеристики

(12)

- относительным расширением полосы пропускания

(13)

Время анализа

Время анализа – характеризует насколько быстро можно провести анализ сигнала в определенном диапазоне частот.

Время параллельного анализа зависит от времени установления колебаний в резонаторе. Если после подачи исследуемого сигнала на анализатор сразу же снять показания, то получится нулевая линия, т.к. напряжение на конденсаторе контура не может нарастать скачком.

При последовательном анализе время зависит от скорости перестройки частоты резонатора. При перестройке частоты резонатор будет характеризоваться не статической, а динамической разрешающей способностью.

Время анализа - время установления колебаний в резонаторе - зависит от вида АЧХ и полосы пропускания резонатора.

Для любого линейного четырехполюсника справедливо соотношение

(14)

где – комплексный коэффициент передачи, который есть не что иное, как спектр функции .

Спектр функции представляет собой реакцию четырехполюсника на входное воздействие.

9

В теории сигналов под шириной спектра сигнала обычно понимают полосу частот, в которой сосредоточена основная доля (90%) энергии сигнала.

Полоса анализируемых частот

Полоса анализируемых частот – указывает частотный диапазон сигналов, которые могут исследоваться данным анализатором спектра.

Для увеличения полосы анализируемых частот анализаторы спектра выполняют мультидиапазонными.

В анализаторе спектра обычно имеется возможность исследовать сигнал не во всем диапазоне, а в полосе обзора, что повышает точность анализа.

Анализаторы спектра случайных процессов

Структурная схема анализатора спектра случайного сигнала представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Структурная схема анализатора случайного сигнала

Условные обозначения:

1– входное устройство;

2– полосовой фильтр;

3– квадратор;

4– интегратор;

5– отсчетное устройство.

Спектральная плотность стационарного случайного процесса с нулевым математическим ожиданием определяется по формулам:

(15)

или

(16)

10