Главная | Обратная связь

Цели и задачи исследований

КВП: Анализатор спектра

Уровень 1: Изучить виртуальный анализатор спектра - его принцип работы, органы управления и метрологические характеристики. Приобрести практические навыки работы с прибором.

Уровень 2: Применить анализатор спектра для исследования спектров гармонического, импульсного (прямоугольного, треугольного и пилообразного), шумового и комбинированного сигнала.

Уровень 3: Изучить и освоить методики поверки анализатора спектрапутем определения его основных метрологических характеристик. Выполнить учебную поверку анализатора спектра (АС) с помощью образцовых виртуальных приборов.

2. Назначение и принципы работы АС

С помощью АС можно оценивать и измерять: стабильность частоты, чистоту спектральной линии; устойчивость к внешним факторам; параметры модуляции, ширину спектра частот; уровень паразитных составляющих; динамический диапазон; частотные характеристики; потери и нелинейность преобразования, развязку; подавление спектральных составляющих; искажения сигналов и др.

К функциям АС относятся абсолютное и относительное измерение частоты и уровня. Также АС обладает возможностью определения параметров шума и электромагнитной совместимости. Современные АС применяются при измерениях продуктов искажений и их побочных составляющих, сигналов с цифровой модуляцией и параметров АМ и ЧМ.

Основные характеристики АС:

- чувствительность 10^-7…10^-14 Вт;

- рабочий диапазон частот и полоса обзора (до десятков ГГц);

- разрешающая способность по f ;

Приборы можно разделить на следующие виды:

1. Аналоговые, использующие методы:

- фильтрации (последовательный или параллельный анализ);

- дисперсионные (или рециркуляционные).

2. Цифровые, использующие методы:

- сжатия временного масштаба;

- цифровой фильтрации и цифрового гетеродинирования;

- вычислительные на базе БПФ.

Преобразование Фурье позволяет представить сложный периодический процесс множеством простейших компонентов: гармонических колебаний со своими частотами, амплитудами и начальными фазами:

где А₀ - постоянная составляющая сигнала; K - порядковый номер гармоники, А­_К- амплитуда K-ой гармоники; Y_К - начальная фаза K-ой гармоники; w₁- частота первой (основной) гармоники.

Спектр периодического сигнала является дискретным или линейчатым. В общем случае периодический сигнал содержит постоянную составляющую и набор гармонических колебаний с частотами w_K=Kw₁, K=1,2,3…, кратными основной частоте w₁.

Например, сигнал пилообразной формы может быть представлен суперпозицией бесконечного количества синусоидальных сигналов, частоты которых кратны основной частоте. Амплитуда и мощность этих синусоид уменьшаются с увеличением их частоты. По мере добавления каждой гармоники, форма сигнала становится более похожей на идеальную. Ряд Фурье пилообразного сигнала имеет вид:

.

Идеальный сигнал прямоугольной формы включает в себя бесконечное количество нечетных гармоник. В таком случае ряд Фурье выглядит как:

Так как амплитуда гармоник высоких порядков во много раз меньше амплитуды основной частоты, то, как правило, вычисляют ограниченное число гармоник (до 5-го … 9-го порядка).

Непериодические сигналы имеют непрерывный спектр, т.е., в их составе присутствуют все частоты без исключения. Амплитуды отдельных спектральных составляющих бесконечно малы, поэтому их спектральный состав описывают не амплитудами отдельных гармоник, а спектральной плотностью, под которой понимают отношение приращения амплитуды к приращению частоты Dw на некоторой частоте.

В виртуальном АС, используемом в лабораторных исследованиях, реализован вычислительный принцип оценки уровня и частоты спектральных составляющих на основе алгоритма БПФ. Рабочий диапазон частот АС от 10 Гц до 250 кГц.

3. Комплекс виртуальных приборов (КВП)

Общие сведения

КВП содержит шесть одноканальных приборов:

1. Генератор сигналов (ГС).

2. Осциллограф (О).

3. Цифровой вольтметр (ЦВ).

4. Селективный вольтметр (СВ).

5. Анализатор спектра (АС).

6. Измеритель искажений (ИИ).

Генератор построен на основе виртуального ЦАП, синтезирующего требуемую форму периодического сигнала в соответствии с выбранной пользователем частотой и уровнем. Измерительные модули имитируют работу автономных приборов.

После запуска КВП на экран монитора выводится окно передних панелей соединенных между собой приборов. Внешний вид программной оболочки на экране монитора представлен на рис. 1. Выходной сигнал ГС подан одновременно на входы всех приборов.

 

Рис. 1

 

Передняя панель каждого прибора имеет органы управления, с помощью которых можно левой кнопкой мыши включить прибор и установить его в нужный режим работы. Приборы имеют входные клеммы и кнопку «Питание»или«Сеть»для включения.

В верхней части главного рабочего окна имеются пиктограммы:

1. Стрелка слева – направо для однократного запуска.

2. Свернутые в кольцо две стрелки для установки периодического внутреннего запуска (активное состояние черного цвета).

3. Восьмиугольник (активное состояние красного цвета).