CC BY
26
Н. П. В0ЛЛЕРНЕ1'
ПЕРЕТВОРЕННЯ СПЕКТР1В У РАДЮЕЛЕКТРОНН1Й АПАРАТУР1
1. Перетворення спектр!в сигнал!в 1 перешкод, що широко застосовуеться в радюелектроннш апаратур1, можливе в нелшш-них або параметричних (лшйних 13 змшними параметрами) системах. Для вузькосмугових процеав (.Р// 1, де Р — ширина спектра, а / — середня частота), кр1м перетворення спектра процесу, становить штерес перетворення спектра обвщноь
Лшшним апаратурним перетворенням спектр!в назвемо таке, за якого можна застосувати принцип суперпозицп до процесу або його обвщноТ. При нелшшних перетвореннях спектр1в принцип суперпозищ1 застосувати неможливо: змшюеться форма сигнал1в, 1х обвщних I спектр ¡в. Нелшшш перетворення застосовують лише у випадку перетворення сигнал!в просто°1 форми, наприклад пря-мокутних радю!мпульс1в.
Розглянемо деяк1 особливоеи лшшного перетворення спектр1в обвщних вузькосмугових процеав.
До лшшних перетворень спекав можна вщнести: а) перенесения спектра (гетеродинування) — зсув уах компонент спектра 5 (со), що перетворюеться, на однакову величину вздовж ос\ частот
де /■'(ш) —тут I нижче перетворений спектр;
б) транспонування — помноження частоти вс1х складових спектра 5 (со), що перетворюеться, на однакову величину кф 1
/=» = S(¿co);
в) резонансне помноження частоти [1], яке застосовуеться го-ловним чином до вузькосмугових процеав типу u(t)=Ü(t) sin(<»¿-f i|>), де U (t) — повшьно пор1вняно з sin шt змшювана функщя. Якщо
режим резонансного помноження частота обрано правильно, серед-ня частота процесу збшьшуеться в т раз^в, а форма обв1дно\' (и спектра) не змшюеться
f (t) = U (t) sin [т (со/ + Ф)],
де f{t) — перетворений процес.
2. Перенесения спектра здшснюеться у перетворювачах частота, що являють собою комбшащю нелшшних або лшшних 3i змш-ними параметрами елемент1в, ф1льтр1в i гетеродина — допом1ж-ного генератора перюдичних або гармоншних коливань. Для тех-hí4ho неспотвореного перенесения спектра вздовж oci частот м1ж частотами перетворюваного спектра i гетеродина, який визначае зсув спектра, необхщю одержувати певш сшввщношення [2], а фиьтри noBHHHi мати високу виб!рн1сть.
Транспонування спектра можна здШснити, застосовуючи за-пис i вщтворення процеав на швидкостях, що вйцйзняються,в рециркуляторах [3] i т. д.
Резонансне помноження частоти вузькосмугового процесу здшснюеться комбшуванням нелшшного елемента (лшшного по об-вщнш) i селективного ф1льтра з середньою частотою, що дор1в-нюе заданш гармошщ середньоК частоти перетворюваного процесу, i смугою порядку ширини спектра його обвщноТ. Наприклад, у пристроях з уншолярною лшшною характеристикою нелшшного елемента при 90° вщачщ коливань можна фшьтрами вщйлити napHi гармошки без спотворення форми обведноК.
Пор1вняемо характеры! особливосп розГлянутих метод1в перетворен ня спектрíb.
3. При перенесенн1 спектра масштаб часу проходження процесу, а отже, i його обвщно\' не змшюеться. Перенесения спектра може здшснюватися в реальному масштаб! часу, при цьому перетворений сигнал надходить на вхщ перетворювача безпосередньо, без íctothoí затримки в 4aci.
При транспонуванш добуток ширини частотного спектра процесу на його тривалють не змшюеться; отже, змшюеться трива-лють процесу та його обвщноТ, тому реальний масштаб часу прин-ципово не можливий i повинна бути затримка в 4aci м1ж перетво-рюваним i перетвореним сигналами. Де викликае необхщшсть застосування при транспонуванш пристроТв пам'ять
При резонансному помноженш частоти масштаб часу обвщно1 процесу не змшюеться, тому таке перетворення процесу можливе в реальному масштаб! часу.
4. Пор1вняемо час, потр!бний для апаратурного спектрального анал1зу процеа'в при розглядуваних методах перетворення спектр1в, вважаючи роздшьну здатшсть анализу для вихщного процесу незмшною.
Мшмальний 1 час анал1зу Ттхп в основному визначаеться потр1б-ною роздиьною здатшстю — абсолютною величиною штервалу м1ж розд1люваними компонентами, яка приблизно дор1внюе смуз1 пропускания ф1льтра анализатора А/7. Для послщовного способу час анал1зу пропорщональний 1 шириш спектра Р, що анал1зуе-ться
ГМш=/7/А/72— при послщовному способ! анал1зу;
Гм^^^/А/7— при паралельному способ! анал1зу.
При перенесенш спектра 1 резонансному помноженш частоти сигналу з моночастотним заповненням взаемне розташування компонент спектра не змшюеться, бо вщбуваеться однакове змщення уах компонент спектра по оа частот; таким чином, потр1бна сму-га пропускания фшьтр1в анал1затор1в 1 ширина анал1зованого спектра не змшюються, отже, не змшюеться мшмальний час анал1зу.
При транспонуванш ширина анал1зованого спектра збшыиуе-ться у к раз1в, але при заданш роздшьнш здатносп анал1зу ви-хщного процесу розд1льна здатшсть (смуга фшьтра анал1затора) транспонованого спектра також збшыпуеться у к раз1в, тому в щлому час анал1зу зменшуеться в ^ раз1в. Ця чудова властивкть транспонування дозволяе застосовувати послщовний анал!з 1 тод!, коли спектральний анал!з треба виконувати в реальному масштаб! часу. Для дього достатньо обрати коефшент транспонування & > /-УД/7. В дшсносп виконати анал1з у реальному масштаб! часу не вдаеться, бо неминуча деяка, в ряд1 випадюв припустима, за-тримка в час1, викликана недостатньою швидкод1ею комутуючих пристро1в.
Таким чином, транспонування спектра дозволяе звести час послЦовного анал1зу до часу паралельного анал1зу.
Якщо обрати & < 1, то час анал1зу зросте," при дьому змен-шиться швидккть процесу та його обв1дно1, що може становити штерес, наприклад, шд час науково-дослщноТ робота, коли по-тр1бно фжсувати процеси за допомогою записуючих пристроив з обмеженою швидкод1ею.
5. Пор1вняемо роздшення по частот! сигнал1в з перетвореними спектрами.
У д1апазош високих частот перенесения спектра вниз по частот! спрощуе техшку створення фшьтр1в, осюльки збшылена вщносна змша частоти АТ7// дозволяе застосовувати контури з меншою до-бротшстю 1 знижуе вимоги до 1х еталонних властивостей —стабшь-носи частот настройки. Принципово перенесения спектра розд1льну
1 Розглядаеться мЫмальний час анал!зу регулярных процеав. Для
випадкових процеав мтмальний час анал1зу набагато б^ыпий I визначае-
ться припустимою похибкою (дисперс!ею) результатов виьпрювань.
здатшсть не змшюе; 1 якщо потр1бно розд1лити радюсигнали ¡з значно перекриваними спектрами, перенесения спектра не допома-гае. Це пояснюеться тим, що при поданш р1зних сигнал1в з одна-ковою енерпею на вхщ фшьтра нав1ть з доброю прямокутшстю енерпя на його виход1 змшюеться незначно, якщо спектри пом1тно перехрещуються.
Резонансне помноження частоти шдвищуе розд1льну здатшсть сигнал1в, не модульованих по фaзi або частот!, осюльки ширина обвщшн сигналу не змшюеться, а частота збмыпуеться в т раз1в. Наприклад, при р1знищ середшх частот двох вихщних сигнал1в /а — Д <С Р (де — ширина спектра обв1дно1) шсля помноження у достатне число раз1в р1зниця частот може стати бшьшою, шж ширина спектра т. (/2 — >> .Р, 1 теля помноження щ сигнали можуть бути роздиеш. Щоб спростити створення ф1льтр1в, шеля помноження частоти дощльно застосувати перенесения спектра вниз по частот! для збшыпення вщношення Т7/^
Транспонування спектра принципово не змшюе роздшьну здатшсть, осшльки в однакове число раз!в змшюеться ширина спектра \ р1зниця середшх частот. Транспонування з наступним перенесениям спектра у ряд1 випадшв виправдане, наприклад при спектральному анал1з'| з високою роздшьною здатнютю, осильки транспонування скорочуе час анал1зу, а перенесения спектра спрощуе техшку створення ф1льтр1в. Додатковою перевагою транспонування при анал1з1 в д1апазош шфразвукових частот е спро-щення виготовлення ф1льтр1в на б1льш високш транспонованш частот! — менпп габарита шдуктивностей \ конденсатор ¡в.
6. Розглянемо, нарепт, фазов1 сшввщношення при перетво-ренш спектр1в.
Перенесения спектра не змшюе початково1 фази складових, тому для фазових вим1рювань перенесения спектра не дае прин-ципових полшшень. Техшчно апаратура спрощуеться, осшльки фазовим1рювач може працювати на фшеованш частот! (пром!жшй частот! супергетеродинного обладнання).
Транспонування частоти також не змшюе початково1 фази складових спектра, тому принципових полшшень для фазових вим1рювань не дае. Техшчно транспонування можна застосовувати при вим1рюванш зсув1в фаз вим1рювачами зсув1в фаз, призначеними для одного д1апазону частот, в шшому д1апазош частот або для прискорення (упов1льнення) анал1зу.
Резонансне помноження частоти принципово дозволяе шдви-щити точшеть фазових вим1рювач1в, осшльки при помноженш частоти в т раз1в у т раз1в зб1льшуються зеуви фази. Це значно шдвищуе чутливкть (по куту) вим1рювач1в зсув1в фаз. Техшчно резонансне помноження частоти дощльно сполучати з наступним перенесениям спектра.
Л1ТЕРАТУРА
1. ЖаботинскийМ. К- и Свердлов Ю. Л. Основы теории и техники умножения частоты. «Советское радио», 1964.
2. Жлобинский И. М., Соди н Л. Г. Методы расчета и устранения комбинационных помех, возникающих при преобразовании частоты.— «Радиотехника», 1958, № 12.
3. Новые методы спектрального анализа сигналов.— «Зарубежная радиоэлектроника», 1961, № 8.
Я. Ф. ВОЛЛЕРНЕР
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СПЕКТРОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ
АППАРАТУРЕ
Краткое содержание
Сравниваются особенности и технические характеристики некоторых методов преобразования спектров.
N. F. VOLLERNER
SPECTRA TRANSFORMATION IN RADIOELECTRONIC DEVICES
Summary
Pecularities and technical characteristics of some methods of spectra transformation are compared.
