ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ АналиЗатора спектра

Цель работы

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

Задачи

1.Ознакомиться с принципом работы анализатора спектра

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

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 Фурье:

(3)

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).

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ АналиЗатора спектра - student2.ru

Рисунок 1 - Схема резонатора (колебательный контур)

Характеристики колебательного контура:

-затухающие колебания

(5)

-собственная частота

(6)

-добротность

^.(7)

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.

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.

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.

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.

Описание прибора

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ АналиЗатора спектра - student2.ru

Рисунок 12 – Передняя панель

1 Дисплей (жидкокристаллический индикатор). Служит для отображения сигнала, значений частоты и амплитуды, параметров настройки, а также обозначений клавиш меню.

2 Группа клавиш меню. Расположены справа от экрана, собственных обозначений не имеют. Обозначения

этих клавиш отображаются в правой части экрана и зависят от выбранного режима работы прибора. Функции большинства клавиш, расположенных на передней панели, могут дублироваться клавишами меню.

3 Клавиши [FREQUENCY], [SPAN] и [AMPLITUDE]. Активируют главные функции прибора и делают возможным использование меню соответствующих функций.

Клавиша [FREQUENCY] (Частота) используется для ввода параметров частоты.

Клавиша [SPAN] (Диапазон) используется для ввода параметров диапазона.

Клавиша [AMPLITUDE] (Амплитуда) используется для ввода параметров амплитуды.

4 Группа клавиш MARKER для управления маркерами.

Клавиша [MARKER] (Маркер) используется для установки маркера.

Клавиша [Peak Search] (Поиск пика) используется для автоматической установки маркера на ввода параметров диапазона.

Клавиша [MARKER􀁴] (Маркер􀁴) используется для установки маркера в определенное положение на спектрограмме.

5 Группа клавиш CONTROL служит для управления прибором в различных режимах.

Клавиша [I/O DETECT] используется для включения режима ввода/вывода сигнала с генератора опорной частоты, а также установки режима детектора.

Клавиша [TRACE] служит для установки режима отображения спектрограммы на экране.

Клавиша [AUTOSET] используется для автоматической установки параметров измерения сигнала.

Клавиша [BW/AVG] используется для установки значения полосы пропускания и включения режима усреднения.

Клавиша [DISPLAY] используется для управления экраном.

Клавиша [TRIG] используется для выбора режима запуска.

Клавиша [SINGLE] используется для выбора режима однократной развертки.

Клавиша [SWEEP] используется для выбора режима развертки и установки времени развертки.

6 Группа клавиш MEASURE служит для выбора режимов измерений.

Клавиша [MEASURE] служит для выбора функции измерений.

Клавиша [MEAS CONTROL] служит для управления процессом измерений.

Клавиша [MEAS SETUP] служит для настройки параметров измерений.

Клавиша [RESTART] служит для повторного запуска процесса измерений.

7 Группа клавиш SYSTEM служит для контроля состояния и управления работой прибора.

Клавиша [SYSTEM] служит для включения системного меню.

Клавиша [PRESET] предназначена для установки прибора в заданное состояние.

Клавиша [SAVE] служит для сохранения файла (спектрограммы, настройки или экрана) в память прибора

или на внешний USB-носитель.

Клавиша [PRINT SETUP] включает меню настройки принтера.

Клавиша [PRINT] служит для передачи данных для распечатки на принтере.

8 Клавиша [Power].

Клавиша включения/выключения прибора. Используется, когда главный выключатель на задней панели включен. Если кратковременно нажать на эту клавишу, то прибор выйдет из «спящего режима». Нажатие на клавишу в течение трех секунд переводит прибор в «спящий режим».

9 Разъем USB для подключения принтера или USB флэш-памяти.

10 Входной разъем следящего генератора или генератора сигналов CDMA.

11 Входной ВЧ разъем.

12 Группа клавиш управления данными.

В состав группы входят клавиши и (Вверх и Вниз), (Возврат), поворотный регулятор и числовая клавиатура [0]–[9].

Клавиши управления данными используются установки значений частоты (центральной, начальной, полосы обзора и пропускания и др.) и уровня, а также для изменения положения маркера. Ввод значения частоты или уровня с помощью клавиатуры завершается вводом единицы измерения (МГц,кГц, дБм и др.) с помощью группы клавиш меню.

Методика выполнения работы

Включение прибора

1. Для включения прибора нажмите клавишу [POWER].

2. После включения прибор устанавливается в состояние, предшествовавшее его выключению. При первом включении прибора активируются заводские установки по умолчанию.

Примеры измерений

Выделение слабого сигнала

Если слабый сигнал находится рядом с мощным сигналом, то его можно выделить, изменяя величину полосы пропускания.

1. Нажмите клавиши FREQUENCY→ 100 МГц и SPAN → 1 МГц и установите центральную частоту 100 МГц и полосу обзора 1 МГц.

2. Нажмите клавиши I/O DETECT → Detect → Peak и включите пиковый детектор.

3. Нажмите клавиши BW/AVG → Average и установите усреднение по 10 разверткам.

Рисунок 15 – Установление усреднения

4. Нажмите клавиши PEAK SEARCH >> Marker→ >> Mkr→ Ref Lvl и установите уровень сигнала 100 МГц как опорный. При использовании фильтра 10 кГц с селективностью 15:1 ширина полосы пропускания фильтра будет меньше 150 кГц по уровню 60 дБ, а половина полосы — менее 75 кГц, что меньше разности частот двух сигналов. Поэтому можно наблюдать оба сигнала.

5. Нажмите клавишу MARKER >> Delta >>PEAK SEARCH >> Next Pk Right, установите маркер на пик слабого сигнала. При использовании фильтра с полосой пропускания 30 кГц ширина полосы по уровню 60 дБ будет меньше 450 кГц. Так как половина полосы составляет менее 225 кГц, что больше разности частот двух сигналов, то слабый сигнал выделить нельзя (см. рис.).

Рисунок 16 – Установление маркера на пике слабого сигнала

6. При использовании фильтра с полосой пропускания 100 кГц слабый сигнал попадает внутрь полосы пропускания и поэтому не может быть выделен (см. рис.).

Требования к содержанию отчета

Отчет должен оформляться в электронном и печатном виде на листах формата А4 в соответствие с требованиями ЕСКД и содержать:

· цель работы;

· краткие необходимые теоретические сведения, полученные по каждому пункту задания;

· выводы.

Составитель КРАСЬКО Андрей Сергеевич

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ АналиЗатора спектра

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе по дисциплинам

«Физические основы защиты информации»

Редактор С.Р.Валеева

ЛР №020258 от 08.01.98