лаб4метрология

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской
Федерации
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Московский технический университет связи и информатики»
Факультет Радио и телевидения
Кафедра метрологии, стандартизации и измерений в технике связи
Лабораторная работа №4
«Аппаратурный анализ спектра сигналов»
по дисциплине метрология, стандартизация и сертификация.
Выполнили: студенты гр. БРК2001
Ермоленко Е.М.,
Сомов Г.А.
Проверил: Шестаков В.В
Москва 2023
Цель работы:
1. Изучить особенности гетеродинного анализатора спектра последовательного
типа и получить навыки практической работы с ним.
2. Овладеть методами анализа спектров сигналов различного типа.
Состав лабораторной установки:
Анализатор спектра C4-25; Генератор Г6-27; Генератор Г3-102; Генератор Г5-54
прямоугольных однополярных импульсов; Электронно-лучевой осциллограф С1-75.
Генераторы Г6-27 и Г5-54 используются в качестве источников анализируемых
колебаний. Осциллограф С1-75 используется для контроля формы анализируемых
колебаний.
Пункт 1
Рисунок 1 - Схема соединения приборов №1
Предварительный расчет:
Прямоугольные колебания (меандр):
𝑒(𝑡) =
2𝐸[sin(𝜔1 𝑡) +
sin(3𝜔1 𝑡) sin(5𝜔1 𝑡) sin(7𝜔1 𝑡)
+
+
+ ⋯]
3
7
5
;
𝜋
Линейно-пилообразные колебания:
𝑒(𝑡) =
2𝐸[sin(𝜔1 𝑡) −
sin(2𝜔1 𝑡) sin(3𝜔1 𝑡) sin(4𝜔1 𝑡)
+
−
+ ⋯]
2
3
4
;
𝜋
Линейно-треугольные колебания:
𝑒(𝑡) =
2𝐸[sin(𝜔1 𝑡) +
sin(3𝜔1 𝑡) sin(5𝜔1 𝑡) sin(7𝜔1 𝑡)
+
+
+ ⋯]
32
52
72
,
𝜋2
𝐸 - размах колебаний; 𝑓1 - частота повторения; 𝜔1 = 2𝜋𝑓1 - угловая частота.
2
Рисунок 2 - Спектр линейно-пилообразного сигнала
Рисунок 3 - Спектр прямоугольного сигнала (меандр)
Рисунок 4 - Спектр линейно-треугольного сигнала
Рисунок 5 - Спектр гармонического сигнала
3
Пункт 2
Таблица №1
Форма
сигнала
Част.
сигн.
f,
кГц
Измеренная
частота
гармоник, кГц
f1
Пилообр.
f3
𝑓3 − 𝑓1
2𝑓
𝑈2
𝑈1
𝑓5 − 𝑓3
2𝑓
f5
𝑈3
𝑈1
𝑈4
𝑈1
Расч.
Изм.
Расч.
Изм.
Расч.
Изм.
375 1088 1640
0,89
0,69
1/2
0,628
1/3
0,316
1/4
0,251
348
1673
0,81
0,85
0
0
1/3
0,354
0
0
Треугол.
378 1113 1678
0,92
0,71
0
0
1/9
0,1
0
0
Гармон.
373
-0,46
0
0
0
0
0
0
0
Меандр
400
990
0
0
Рисунок 6 – Изменение полосы пропускания кварцевого фильтра анализатора
Пункт 3
Рисунок 7 - Схема соединения приборов №2
4
Таблица №2
f0=0.9 МГц Fм=25кГц
Порядковые № обращений в ноль компонент ЧМ спектра
несущей
Параметры
1-й пары боковых
2-й пары боковых
3-й пары
боковых
4-й пары
боковых
1
2
3
4
1
2
3
1
2
3
1
2
1
2
m
2,4
5,52
8,65
11,8
3,83
7,02
10,2
5,14
8,42
11,6
6,38
9,76
7,59
11,1
Fд = mFM
60
138
216,25
295
95,75
175,5
255
128,5
210,5
290
159,5
244
189,75 277,5
UM
0,14
0,3
0,5
0,7
0,22
0,41
0,6
0,3
0,5
0,8
0,38
0,57
0,45
Пункт 4
Рисунок 8 - Схема соединения приборов № 3
350
300
Fд
250
200
150
100
50
0
0,14
0,22
0,3
0,3
0,38
0,41
0,45
0,5
0,5
0,57
0,6
0,65
Uм
Рисунок 9 – Модуляционная характеристика
5
0,8
0,7
0,65
Предварительный расчет:
Задание: рассчитать для огибающей спектра (по форме совпадающей со
спектральной плотностью одного импульса) величину отношения максимумов (высот)
третьего и второго лепестков огибающей спектра h3/h2 для однополярных
прямоугольных импульсов с частотой следования 1кГц и длительностью 1, 0.5 и 0.2
мкс. Определить ширину первого и второго лепестков спектра.
Рисунок 10 - Однополярные прямоугольные импульсы и их спектр
𝑆(𝜔) = 𝐸 ∗ 𝜏 ∗
sin(𝜔 ∗ 𝜏⁄2)
𝜔 ∗ 𝜏 ⁄2
Ширина первого лепестка:
𝑓1 =
1
𝜏
𝑓2 =
2
𝜏
Ширина второго лепестка:
1
𝜏
Отношение высот третьего и второго лепестков h3/h2:
𝑓2 − 𝑓1 =
𝐸𝜏
5𝜋
ℎ3
3
2
= 𝐸𝜏
= = 0,6
ℎ2
5
3𝜋
2
6
Таблица № 3
Отношение высот третьего
и второго лепестков h3/h2
Ширина лепестков, МГц
Длительность
импульса,
мкс
первого
второго
Рассчитанное Измеренное
Рассч.
Измер.
Рассч.
Измер.
1,0
1
0.98
1
1.04
0,6
0,65
0,5
2
1.86
2
1.97
0,6
0,66
0,2
5
4.04
5
4.13
0,6
0,5
Заключение: в ходе выполнения данной лабораторной работы удалось изучить
особенности гетеродинного анализатора спектра последовательного типа и получить
навыки практической работы с ним. Овладеть методами анализа спектров сигналов
различного типа. Из полученных данных, можно сделать следующие выводы:
Пункт 2) С увеличением полосы пропускания, увеличивается амплитуда
вертикальных всплесков напряжения на спектрограмме. Это связано с тем, что при
увеличении полосу пропускания, увеличивается наблюдаемая полоса частот спектра, а
в связи с этим, уменьшается время наблюдения каждой частотной составляющей. А чем
меньше
время
наблюдения
каждой
частотной
составляющей,
тем
больше
систематическая погрешность спектрограммы и хуже динамическая разрешающая
способность.
При постепенном уменьшении скорости развертки, на определенном уровне,
условия наблюдения ухудшаются. Это может происходить из-за нескольких причин:
увеличение времени наблюдения может привести к накоплению шума в спектре, а
также,
при
слишком
медленной
развертке,
может
произойти
ограничение
динамического диапазона анализатора, что ограничивает способность наблюдать
сильные и слабые сигналы одновременно.
Пункт 4) При уменьшении длительности импульсов, на спектрограмме
наблюдается повышение разрешающей способности.
7
Расчетные и экспериментальные значения могут различаться из-за множества
факторов, таких как погрешность прибора и субъективная погрешность, отсутствия
шумов в расчетных измерениях.
8