41. Цифровые анализаторы спектра
Цифровые анализаторы спектра не только лишены недостатков, присущих аналоговым приборам, но и обладают многими новыми свойствами, существенно расширяющими возможности анализа, измерений и обработки их результатов. Основные особенности цифровых анализаторов спектров сводятся к следующему:
анализ сигналов, представленных как в аналоговой, так и в цифровой форме;
параллельный анализ (многоканальность) при относительной простоте и компактности устройства;
высокая разрешающая способность;
наличие цифрового измерительного преобразователя среднеквадратического значения;
запоминание информации о мгновенном спектре;
программное и ручное клавишное управление режимами работы;
возможность дистанционного управления;
выход на стандартную интерфейсную шину, возможность совместной работы с другими приборами и микро-ЭВМ.
Методы анализа. Современные цифровые анализаторы спектра, работающие в реальном масштабе времени, основаны на использовании преимущественно метода сжатия временного масштаба и фильтрового метода.
Расширить спектр в n раз можно получением масштабной копии исследуемого сигнала, длительность которой в n раз меньше длительности первичного (подаваемого на вход прибора) сигнала, т. е. сжатием сигнала во временной области (коэффициент сжатия равен n). Подобная трансформация масштаба времени осуществляется с помощью запоминающих устройств.
Работает прибор следующим образом. Исследуемый сигнал x(t) поступает через входной блок, содержащий аттенюатор, ФНЧ и усилитель, на схему выборки и хранения. С помощью этой схемы осуществляется дискретизация напряжения исследуемого сигнала, причем выборки проводятся с частотой F0=3Fв (где Fв – верхняя граничная частота установленного поддиапазона), т. е. интервал выборок T0 = 1/3Fв. Выбранные значения запоминаются на короткий интервал времени (хранятся), необходимый для преобразования с помощью АЦП напряжения в числовой эквивалент – байт (8-битовое слово). Полученные байты через промежуточное ЗУ поступают в запоминающее устройство перезаписи емкостью С (1200 байт). Записанные байты считываются с высокой скоростью и подаются на ЦАПI, преобразующий числа в напряжение. Выходной аналоговый сигнал y(t) представляет собой сжатую копию исследуемого сигнала x(t) с широким спектром (0÷4 МГц).
Полученный на выходе блока сжатия сигнал y(t) подается на ФНЧ. «Очищенный» от частотных составляющих, лежащих выше частоты среза, сигнал поступает в блок гетеродинного преобразования частоты (см. билет №38), после чего сигнал может быть откорректирован схемой «окна» (умножен на специальную весовую функцию).
Далее сигнал преобразуется в цифровую форму (с помощью схемы выборки и хранения, а также АЦП) и через цифровой квадратор или непосредственно (режим устанавливается пользователем анализатора) поступает в цифровой усреднитель. Он может работать в различных режимах: передавать на ЦАП III сигнал без усреднения, выполнять линейное или экспоненциальное усреднение, фиксировать максимальные значения. В блоке усреднения предусмотрены два запоминающих устройства для накопления и хранения спектров. Их содержимое может отображаться на экране ЭЛТ порознь или в режиме чередования. С выхода усреднителя цифровой код подается на ЦАП III, который преобразует числа в напряжение. Оно подводится к входу Y канала вертикального отклонения дисплея, на вход X канала горизонтального отклонения которого подается напряжение с выхода ЦАП II, осуществляющее горизонтальную развертку луча ЭЛТ. На экране наблюдают N светящихся полосок, соответствующих каналам частотного анализа.