Разработка анализатора спектра речи

Анализаторы с перестраивающимися гетеродинами (см. рис.1.1б) позволяют получить высокую разрешающую способность'

за счет применения высокодобротных резонаторов, обычно кварцевых фильтров, настроенных на постоянную промежуточную частоту /то, выбираемую достаточно низкой; поэтому применяется двойное и даже тройное преобразование частоты.

Принцип работы подобных анализаторов нетрудно уяснить, рассматривая их обобщенную структурную схему (см. рис. 1.16).Пусть гетеродин имеет диапазон рабочих частот от tг.мин до tгмакс, резонатор и усилитель промежуточной частоты УПЧ настроены на частоту fпр и необходимо определить спектральную мощность входного сигнала на частотах гармонических составляющих ƒ1,ƒ2,… ƒv,… ƒn.

По мере перестройки частоты гетеродина -разность между его текущей частотой /г< и частотой v-й составляющей спектра в не­который момент окажется равной fпр±∆f; при этом получится следующее соотношение частот гетеродина и v-й гармоники:

(1.4)

После квадратичного детектора сигнал поступает на регистрирую­щее устройство, показания которого пропорциональны Р∆v • В качестве примера анализатора с гетеродинным преобразова­нием 'рассмотрим структурную схему панорамного анализатора,(рис.1.4а).

Рис. 1.4. Структурные схемы анализаторов: а) последовательного действия с осциллографическим индикатором, б) одновременного дей­ствия

Исследуемый периодический сигнал сложной формы поступает через входное устройство на смеситель, к которому подводится на­пряжение генератора качающейся частоты ГКЧ. Линейное измене­ние частоты во времени осуществляется модуляцией сигналов ГКЧ напряжением генератора развертки. Вследствие этого отклонение электронного луча по горизонтали пропорционально изменению частоты ГКЧ и горизонтальная ось масштабной сетки является осью частот. На выходе смесителя образуются напряжения комбинаци­онных частот. Составляющие спектра, частоты которых лежат в по­лосе пропускания усилителя промежуточной частоты fпр±∆f, усиливаются и после детектирования, и усиления подаются на верти­кально отклоняющие пластины электроннолучевой трубки. Таким образом, отклонение луча в вертикальном направлении пропорционально мощности определенной узкой полосы спектра исследуемо сигнала (f—∆f)+(ƒ+∆ƒ) и удовлетворяет неравенству, аналогичному (6.37):

(1.5).

где fгкч = fо+a*t — мгновенная частота генератора качающейся частоты.

В некоторых анализаторах спектра применяются логарифмические усилители, которые дают возможность наблюдать составляющие спектра с большим отношением амплитуд— 100:1 или 1000:1; В этих приборах обычно имеются переключатели для перевода из логарифмического режима усиления в линейный. В логарифмическом режиме проводится общая оценка спектра, а линейный режим используется для детального анализа выбранного участка частот­ного 'спектра. В анализаторах спектра применяются трубки с по­слесвечением.

Калибратор (рис.1.5) служит для создания частотных меток на экране. При включении калибратора на экране анализатора, кроме 'линий исследуемого спектра, появляются линии составляющих спектра, калибратора, частота которых известна. В результате на " оси частот получают опорные точки известной частоты, что позво­ляет уточнить масштаб оси частот.

Основным недостатком анализаторов последовательного действия является большая продолжительность анализа. Например, для получения n спектральных линий периодического напряжения минимальное время анализа должно быть равно nТ, где Т — период исследуемого напряжения. При непосредственном введении исследуемого напряжения эти приборы можно использовать для анализа спектра периодических, в том числе и редко повторяющихся, сигналов (радиоимпульсов или видеоимпульсов) когда время анализа особого значения не имеет.

Спектры одиночных импульсов можно измерять анализатором последовательного действия при их 'предварительной неискажающей записи. В этом случае появляется возможность неоднократного повторения анализа,

Выпускаемые промышленностью анализаторы последовательного действия работают .в диапазоне от инфранизких до сверхвысо­ких частот. Порог чувствительности низкочастотных приборов находится в пределах 10~4—10-3 В, а сверхвысокочастотных—в пределах 10-7-10-12 Вт. Погрешность измерения по амплитуде составляет ± (5-10) %, по частоте — ± (2-3) %.

Анализаторы с одновременным анализом. Эти анализаторы позволяют осуществить одновременный анализ спект­ра исследуемого сигнала, т. е. их можно использовать для непо­средственного измерения спектров одиночных импульсов и стати­стических процессов. Исследуемый сигнал после входного устрой­ства (рис.6.376) одновременно подается на n резонаторов, каждый из которых выделяет узкую полосу частот. После детектирования

действующие значения составляющих через коммутирующее устрой­ство попадают на электроннолучевую трубку или самописец. Ана­лизаторы подобного типа предназначаются для работы в области низких частот, обычно не свыше 100кГц.

Типы применяемых резонаторов зависят от частотного диапа­зона прибора. Для инфранизких и низких частот используются из­бирательные LС-цепи, для более высоких — LС-цепи или электро­механические фильтры. .Коммутаторы обеспечивают поочередное подключение детекторов к регистрирующему устройству. Если чис­ло каналов невелико, то коммутатор может отсутствовать. В этом случае число регистрирующих устройств должно быть равно числу каналов. Промышленностью выпускаются анализаторы с числом каналов от 8 до 80.

∆ƒp=qƒФ (1.6)

где q — заданное число, определяемое допустимой погрешностью δ. Чем меньше полоса ∆ƒф, тем больше разрешающая способность прибора. На рис.1.6 поясняется различие между ∆ƒф и ∆ƒр при за­данной погрешности δ (для данного случая δ ~0,2); из рисунка видно, что чем меньше δ, тем больше q.

Рис. 1.6. Резонансные характеристики анализаторов; а) одновременного, б) последовательного действия; 1 ~ статическая, 2 — динамическая.

В процессе проведения измерений необходимо учитывать переходные явления, которые приводят, к уменьшению разрешающей способности прибора. Степень этого уменьшения определяется параметрами анализатора и скоростью (временем) анализа.

Динамическая разрешающая способность анализатора одновре­менного действия изменяется во времени примерно по экспонен­циальному закону. В момент включения (t=0) исследуемого сиг­нала на вход анализатора, состоящего из набора резонаторов с одинаковой добротностью и равноотстоящими резонансными частотами, выходное напряжение равно нулю. С течением времени динамические резонансные кривые приближаются к статическим, форми­руются седлообразные кривые (рис.6.38а), анализатор разделяет составляющие сигнала. Время, в течение которого характеристика анализатора приближается с заданной погрешностью к статической его характеристике, называют временем установления /у. Это время обратно пропорционально полосе пропускания ∆ƒф,

1	2	3	4	5	6	7	8	9