| Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Для точного измерения и просмотра каждой составляющей спектра разрешающая способность полосы пропускания фильтра, выбранного у анализатора спектра, должна быть достаточной, чтобы выделить каждую составляющую спектра. Общим правилом является, что РПП < 0,3 ЧПИ, как показано на рисунке 15. Когда это условие выполнено, измерение часто относят к измерению в режиме линейчатого спектра истинного спектра сигнала.
Рисунок 15 – Установка РПП у анализатора спектра должна быть поставлена меньше чем ЧПИ, чтобы выделить составляющие спектра
Когда рассматривается спектр, мощность не может быть измерена простым способом, так как уровень сигнала распределен по его составляющим спектра. Однако общая мощность, означающая среднюю мощность, может быть измерена, используя функции маркера мощности в полосе частот или встроенную в анализатор функцию измерения мощности в канале. Дополнительная информация об этих функциях дается ниже. Однако для простого импульсного ВЧ сигнала максимальную и среднюю мощность можно извлечь из вида спектра. Это делается путем расчета, который известен как коэффициент десенсибилизации линейчатого спектра. Максимальная мощность наблюдаемого спектра связана с максимальной мощностью сигнала, в предположении близкого к идеальному импульса, коэффициентом равным 20 логарифмам от коэффициента заполнения. Максимальная мощность может быть определена путем помещения маркера на центральную линию или на линию с наибольшей мощностью у измеряемого спектра, и затем добавления в децибелах 20log (коэффициент заполнения). Средняя мощность может быть потом определена из максимальной мощности путем вычитания коэффициента заполнения в логарифмической форме 10log (коэффициент заполнения), как показано на рисунке 16.
Рисунок 16 – Вычисление максимальной мощности из спектра ВЧ импульса (режим линейчатого спектра), используя коэффициент десенсибилизации импульса
Если необходимо, из спектра можно определить коэффициент заполнения, так как расстояние между линиями спектра равно ЧПИ, а расстояние между нулями затухающей синусоидальной функции огибающей спектра обратно пропорционально длительности импульса, как показано на рисунке 16.
Заметьте, что режим линейчатого спектра имеется у всех анализаторов спектра, независимо от того, что они используют: обычное аналоговое качание частоты, подобно Agilent 8566B; качание частоты с цифровым дополнением, подобно Agilent PSA; или БПФ с установкой, эквивалентной РПП.
Режим спектра импульса
Режим спектра импульса применяется, в частности, в анализаторах спектра, которые используют архитектуры с качанием частоты. Это происходит тогда, когда установка РПП у анализатора слишком широка для выделения индивидуальных спектральных составляющих импульсного ВЧ-сигнала, но недостаточно широка, чтобы содержать большую часть мощности спектра. При этом условии спектральные составляющие в пределах РПП фильтра в любом случае складываются и отображаются. Если время развертки аналогично (или немного больше) периоду импульса, то эти линии, известные как линии ЧПИ, будут отображаться на экране и иметь похожую на затухающую синусоидальную функцию, огибающую спектр, как при просмотре линейчатого спектра. Заметьте, однако, что эти линии не являются спектральными линиями. Их расположение на оси частот не имеет конкретного для частотной области значения, и они будут перемещаться вокруг каждой развертки. Линия ЧПИ появляется каждый раз, когда встречается импульс. Промежуток между каждой линией является расстоянием во времени, за которое анализатор проходит между каждым импульсом, когда на входе анализатора отсутствует мощность. Таким образом, расстояние между линиями прямо связано с периодом сигнала. Если время развертки короче периода повторения импульсов, то для хорошего обзора сигнала линии ЧПИ будут друг от друга слишком далеко. В этом случае общепринятой практикой является уменьшение времени развертки, чтобы линии ЧПИ появлялись на экране ближе друг к другу и могли быть просмотрены.
Многие анализаторы спектра включают особые маркеры, которые считывают разницу во времени между появлениями маркера вместо частоты. Используя эту особенность, можно непосредственно измерить период повторения импульсов просто вычисляя дельта время маркера между соседними линиями ЧПИ.
Два метода можно использовать для определения режима работы анализатора: спектр импульса или линейчатый спектр. По первому методу измените РПП. Амплитуда наблюдаемого сигнала не должна измениться, если анализатор работает в режиме линейчатого спектра. Если анализатор работает в режиме спектра импульса, то наблюдаемая амплитуда изменится, потому что она является функцией РПП. По второму методу измените время развертки. Линии, изображающие составляющие спектра сигнала, не будут изменяться от времени развертки в режиме линейчатого спектра. В режиме спектра импульса расстояние между линиями ЧПИ будет изменяться как функция времени развертки.
Если время развертки установлено намного больше периода повторения импульсов, то движение развертки между импульсами станет небольшим относительно разрешения индикатора. Результирующее изображение с пиковым детектором будет показывать контур огибающей спектра импульса, как показано на рисунке 17. Это изображение можно использовать для удобного измерения длительности импульса путем использования функции поиска минимума пика и измерения промежутка между нулями, как показано на рисунке 17. Это можно делать, поскольку боковые лепестки являются одними и теми же для режимов линейчатого спектра (истинного спектра) и спектра импульса.
Рисунок 17 – Изображение в режиме спектра импульса: импульсная модуляция включена и выключена
Хотя сегодня этот прием используется менее часто, и максимальная мощность и средняя мощность могут быть определены из спектра импульса. В некоторых случаях при использовании очень коротких импульсов этот вариант может быть вполне жизнеспособен.
Показываемый максимальный уровень сигнала в режиме спектра импульса связан с переходной характеристикой РПП фильтра анализатора спектра. Она будет изменяться в зависимости от модели и производителя. Для примера, у Agilent PSA анализаторов спектра самые узкополосные РПП являются восьмизвенными фильтрами Гаусса с импульсной полосой пропускания в 1,48 раз больше РПП (Bимп = 1,48 х РПП для РПП < 4 МГц). Используя эту информацию, максимальную мощность можно определить путем вычисления коэффициента десенсибилизации и добавления его к результату измерений. Коэффициента десенсибилизации для импульсного режима равен 20 х log (длительность импульса х Bимп). Пример показан на рисунке 17.
Измерения с нулевой полосой обзора
В дополнение к проведению измерений в частотной области, анализатор спектра обеспечивает режим с нулевой полосой обзора для измерений во временной области. В режиме с нулевой полосой обзора анализатор становится настроенным на фиксированную частоту приемником с разверткой во временной области как у осциллографа, за исключением того, что он показывает огибающую импульса, как показано на рисунке 18. Современный анализатор спектра также имеет различные режимы запуска, чтобы обеспечить стабильную развертку. Управление задержкой запуска позволяет вам располагать огибающую импульса для удобного измерения длительности импульса, максимальной мощности, отношения вкл.–выкл. и длительности фронта.
Рисунок 18 – Этот пример режима с нулевой полосой обзора дает изображение во временной области огибающей импульса радиолокатора. Оно является удобным путем для измерения характеристик импульса, когда полоса частот радиолокационного сигнала много больше, чем РПП анализатора спектра.
Многие важные параметры импульса, такие, как длительность фронта и спад вершины, которые невозможно измерить в частотной области, легко измеряются при нулевой полосе обзора. Однако для достоверных измерений с нулевой полосой обзора РПП должна быть установлена такой, чтобы вся, или, по крайней мере, основная часть мощности сигнала находилась в пределах РПП. Более конкретно, для точных измерений максимальной мощности импульса переходные процессы в фильтре анализатора должны устанавливаться между измерениями. Должно выполняться следующее условие:
Длительность импульса больше времени установления анализатора, примерно равного 2/РПП
(время установления равно 2,56/РПП для PSA или MXA анализаторов сигналов)
Для точного измерения длительности фронта и спада время установления анализаторов должно быть меньше, чем у исследуемого сигнала. Основным правилом является:
Длительность фронта импульса значительно больше длительности фронта анализатора примерно равного 0,7/РПП.
В случае PSA анализатора спектра максимальная разрешающая способность полосы пропускания составляет 8 МГц для режима стандартного анализа спектра. Если необходима более широкая полоса пропускания, то существуют две дополнительные функции для PSA. Первой является дополнительное быстрое время установления при записи выходного видеосигнала. С этим дополнением потребитель может использовать осциллограф для анализа видеосигнала на выходе PSA и измерять времена установления, такие, как 15 нс.
Другой дополнительной функцией является использование у PSA режима анализа векторного сигнала (АВС) и программного обеспечения 89601A VSA. В режиме анализа векторного сигнала PSA имеет эквивалентную полосу пропускания видеосигнала 80 МГц и способен измерять во временной области огибающую сигнала подобно нулевой полосе обзора. Используя этот режим измерения, PSA может измерять времена установления примерно до 25 нс.
Измерения ВЧ-импульсов анализаторами спектра, вычисляющими БПФ Как упоминалось выше, некоторые анализаторы спектра используют БПФ, чтобы рассчитать спектр аналогично тому, как это делают анализаторы векторных сигналов. Одним из примеров такого анализатора является анализатор спектра CSA компании Agilent. Анализаторы, которые используют метод БПФ, имеют преимущества и недостатки при сравнении с анализаторами с качанием частоты. Анализаторы с качанием частоты имеют преимущества в чувствительности и измерениях в широкой полосе обзора. Анализаторы с БПФ могут работать быстрее при измерении радиолокаторов с полосами частот меньшими, чем максимальная полоса анализа БПФ анализатора. Анализаторы спектра, базирующиеся на БПФ, могут также выполнять АВС-измерения (если программное обеспечение имеет дополнение), так как информация о фазе сохраняется. Однако по причинам, раскрытым ниже, анализаторы с БПФ неточны при измерении широкодиапазонных радиолокаторов или радиолокаторов с малыми коэффициентами заполнения. Некоторые анализаторы спектра, подобные PSA или MXA, имеют как режим качания частоты, так и режим БПФ, автоматически переключаясь между ними. Анализатор может быть установлен так, чтобы автоматически оптимизировать скорость или динамический диапазон, или принудительно оставлен в режиме БПФ или качания частоты.
Анализаторы спектра, базирующиеся на БПФ, обычно имеют интерфейс пользователя, спроектированный таким образом, чтобы выглядеть и восприниматься как традиционный анализатор с качанием частоты. Неопытный пользователь может даже не сознавать, что они используют метод БПФ, а не традиционную развертку спектра. Однако различие становится очевидным при измерениях импульсных ВЧ-сигналов.
Как анализатор векторных сигналов, основанный на БПФ, анализатор спектра может работать быстро при измерениях сигналов, у которых полная полоса частот находится в пределах одного БПФ (то есть в пределах его полосы анализа). При выполнении этого условия анализатор спектра с БПФ в сущности эквивалентен АВС, хотя и без многих измерительных функций и устройств отображения. Более подробная информация о том, как работает АВС, представлена ниже, в разделе АВС.
Когда интересующая полоса обзора шире, чем полоса анализа или БПФ-анализатора, основанный на БПФ анализатор спектра вычисляет спектр путем выполнения многих БПФ на различных частотах и последовательного соединения результатов. Иногда этот метод относят к прострачиванию, так как анализатор вычисляет спектр одного отрезка сразу, шагами настраиваясь на различные частоты отрезка, и соединяя потом вместе. В зависимости от скорости анализатора можно увидеть на каждом отрезке спектра, как он вычисляется, в противоположность процессу плавного развертывания в анализаторах с качанием частоты.
Если условия для режима линейчатого спектра выполняются (ЧПИ < 0,3 РПП), то нет никакой разницы в результатах для анализатора с традиционным качанием частоты или с БПФ. Однако если эти условия не выполняются, анализаторы на основе БПФ поведут себя совсем иначе, чем анализаторы с качанием частоты. В этом случае анализатор с БПФ не будет показывать линии ЧПИ, как это происходит в анализаторах с качанием частоты. Скорее всего, отображаемые данные будут зависеть от вероятности прерывания между получением БПФ и импульсами. При измерениях в широкой полосе обзора анализаторы с БПФ требуют времени для перестройки и захвата, что может создавать трудности прерывания импульсов с низким коэффициентом заполнения, давая в итоге пропуски или спорадические результаты измерения. Если скорость анализатора и коэффициент заполнения импульса таковы, что сигнал прерывается, то результат может проявиться как нарушение структуры сегментов огибающей спектра, как показано на рисунке19.
Анализатор с БПФ будет скорее показывать огибающую импульса, чем линии ЧПИ, измеряемые анализатором с качанием частоты
Результаты измерения могут быть спорадическими при измерении широкополосных радиолокационных сигналов, поскольку анализатору с БПФ требуется перестройка между вычислениями БПФ
Рисунок 19 – Анализатор спектра, который вычисляет БПФ, ведет себя иначе, чем анализатор с качанием частоты, когда РПП больше чем ЧПИ. Вместо линий ЧПИ анализатор спектра будет показывать огибающую импульса
В лучшем случае скорее будет отображаться огибающая полного ВЧ-спектра, чем линии ЧПИ. Некоторые анализаторы, использующие БПФ, могут содержать установки, такие, как время задержки БПФ, длина БПФ или запуск, для улучшения возможности захвата и измерения импульсов. Эти установки могут быть связаны с управлением временем развертки, чтобы имитировать интерфейс пользователя у традиционных анализаторов, но в действительности они являются длиной БПФ, временем задержки или числом усреднений, которые модифицируются, поскольку анализатор не имеет качания частоты в традиционном понимании. Как правило, анализаторы на базе БПФ не являются оптимальными для измерения радиолокационных сигналов, для которых требования к полосе частот находятся за пределами полосы анализа БПФ.
| Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |