Методы исследования амплитудно-частотных характеристик

Известны два основных метода оценки АЧХ: во временной области по огибающей выходного сигнала с медленной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ); в частотной области по огибающей спектра широкополосного сигнала. Основываясь на формальной тождественности определений АЧХ линейной цепи и амплитудно-частотного спектра импульса, можно построить структурную схему исследования статической АЧХ, представленную на рис. 1.5.1а. Схема измерения динамической ха­рактеристики, построенная в соответствии с определением АЧХ какмодуля коэффициента передачи, изображена на рис. 1.5.1б.

а)

б)

Рис. 1.5.1. Основные схемы измерения АЧХ

В качестве источника широкополосного спектра используют генераторы шума (ГШ) и генераторы линейчатого спектра (ГЛС). В последнее время в задачах алгоритмических измерений частотных характеристик [6] все больший интерес вызывают полигармонические сигналы, спектральные компоненты которых легко формируются и управляются в соответствии с поставленной задачей испытаний. Применение многочастотных сигналов может приводить к возникновению нелинейных искажений АЧХ, однако при использовании оптимально подобранных составляющих линейчатого спектра, не все гармоники которого возбуждены, можно минимизировать нелинейные искажения путем выбора фаз и амплитуд гармоник.

Оптимизацией формы испытательного сигнала достигается простота, помехоустойчивость и минимальные искажения. Полигармонический испытательный сигнал со случайными фазами отдельных составляющих, задаваемых по четно-нечетной частотной сетке, превосходит по своим характеристикам гауссов шум.

В панорамных приборах ГЛС применяется для создания электронного час­тотного масштаба. Как показывает анализ, конструкция ГЛС за счет сокращения количества высокочастотных узлов значительно проще эквивалентного широкополосного ГКЧ, поэтому замена ГКЧ на ГЛС является весьма перспективной. В серийных приборах в качест­ве источника сигнала обычно используется ГКЧ или специализированный генератор пилообразно-ступенчатого изменения частоты.

В процессе измерений с помощью автономного ГКЧ весьма непростой задачей является определе­ние текущего значения частоты в заданной точке АЧХ. Прямые методы измерения с помощью ЭСЧ можно использовать лишь в ограниченной области частот. При этом оценку частоты осуществляют либо с остановкой качания, либо путем соот­ветствующего выбора интервала счета. Задачи автоматизации измерений АЧХ для узко­полосных и широкополосных ИУ различаются требованиями к пара­метрам испытательного сигнала, структуре исследуемых характеристик и динамическому диапазону сигнала.

При измерении АЧХ узкополосных избирательных цепей с помощью панорамных ИАЧХ операции поиска характеристики, установки средней частоты и девиации ГКЧ осуществляются вручную и являются весьма трудоёмкими.Вынужденное завышение полосы обзора приводит к росту динамических искажений АЧХ. Для получения нужной стабильности средней частоты качания применяются сложные схемы. Однако в этом случае при регулировке АЧХ, а также, когда ста­бильность центральной частоты полосы пропускания ИУ ниже ста­бильности испытательного сигнала, приходится подстраивать ИАЧХ в процессе работы. Таким образом, при измерении и регу­лировке узкополосных схем актуальной является задача автома­тизации настройки средней частоты и полосы качания испытатель­ного сигнала.

При исследовании широкополосных ИУ необходимо, чтобы ГКЧ имел большой коэффициент перекрытия по частоте. Здесь, как правило, требу­ется измерять больший набор характеристик в относительно малом динамическом диапазоне коэффициентов передачи. Необходимость регулировки АЧХ обуславливает целесообраз­ность панорамного представления исследу­емой характеристики наряду с цифровой индикацией всех измеряемых величин.

В настоящее время автоматизированные ИАЧХ содержат в своей структуре достаточно сложные встроенные модули, такие как многоканальные осциллографические индикаторы, электронно-счетные частотомеры, цифровые вольтметры, программируемые генераторы или синтезаторы частот. Если в структуре ИАЧХ использовать вычислитель, то он позволит существенно упростить действия оператора, например, осуществлять по заданной программе управление работой модулей, а также проводить расчеты, обработку и коррекцию результатов измерений с целью исключения систематических погрешностей, характер влияния ко­торых известен. Для решения частных задач автоматизации необходима раз­работка вычислительных методов оценки параметров в широком диапазоне амплитуд и частот, которые допускают реализацию внешнего управления и одновременное с измерением па­норамное представление исследуемой характеристики.

Объединение ПК с устройством аналогового ввода-вывода, например путем использования устройства сопряжения и встроенной платы ЦАП-АЦП, позволяет решать поставленные задачи анализа и регулировки АЧХ. Для расширения частотного диапазона АЦП можно реализовать перенос спектра в область более низких час­тот или трансформировать линейчатый спектр сигнала с помощью стробоскопического преобразования. Используемый в качестве источника сигнала быстродействующий ЦАП может выполнять функции программируемого генератора, реализующего непрерывный управляемый синтез сигнала с заданными параметрами.