Диапазон частот
Амплиту́дно-часто́тная характери́стика (АЧХ) — зависимость амплитуды установившихся колебаний выходного сигнала некоторой системы от частоты её входного гармонического сигнала. АЧХ — один из видов «частотного отклика» системы (англ. frequency response) наряду c ФЧХ и АФЧХ.
АЧХ в теории автоматического управления
В математической теории линейных стационарных систем АЧХ устойчивой системы вычисляется как зависимость модуля комплексной передаточной функции от частоты. Значение АЧХ на некоторой частоте указывает, во сколько раз амплитуда сигнала этой частоты на выходе системы отличается от амплитуды выходного сигнала на другой частоте. Обычно используют к максимуму значения АЧХ.
В математике АЧХ называют модулем комплексной функции. Для построения АЧХ обычно требуется 5-8 точек в рабочем диапазоне частот от ωmin до ωср. Эти характеристики так же, как и временные, содержат информацию о свойствах линейных динамических систем.
На графике АЧХ в декартовых координатах по оси абсцисс откладывается частота, а по оси ординат — отношение амплитуд выходного и входного сигналов системы.
Обычно для оси частоты используется логарифмический масштаб, так как отображаемый диапазон частот может изменяться в достаточно широких пределах (от единиц до миллионов герц или рад/с). В случае, когда логарифмический масштаб используется и на оси ординат, АЧХ принято называть логарифмической амплитудно-частотной характеристикой.
ЛАЧХ широко применяется в теории автоматического управления в связи с простотой построения и наглядностью при исследовании поведения систем автоматического регулирования.
АЧХ в радиолокации, связи и других радиотехнических приложениях
АЧХ приемных каналов средств радиолокации, связи и других радиотехнических систем характеризуют их помехозащищенность. Необходимо учесть, что при цифровой обработке сигналов АЧХ становится периодически повторяющейся, поэтому паразитные полосы приёма (так называемые боковые лепестки АЧХ (side lobe of frequency response)) в цифровых средствах должны подавляться на этапе аналоговой обработки сигналов.
В многоканальных системах, например, в цифровых антенных решетках, важную роль имеет также межканальная идентичность АЧХ с коэффициентами межканальной корреляции до 0,999 и выше в области главной полосы пропускания. Чем выше этот показатель и чем шире полоса частот, в которой он соответствует требованиям, тем лучше удается минимизировать мультипликативные помехи, возникающие при межканальной обработке сигналов. Для повышения этой идентичности могут применяться специальные алгоритмы межканальной коррекции АЧХ приемных каналов.
Поскольку коэффициенты коррекции в общем случае зависят от уровня тестирующих сигналов, для многоканальных систем представляет интерес анализ зависимости АЧХ от уровня входного воздействия в пределах всего линейного динамического диапазона устройства. Соответствующий вариант АЧХ будет иметь трехмерную зависимость. Она должна формироваться после проведения коррекции АЧХ анализируемых устройств.
Методы измерения АЧХ
Классическим методом измерения АЧХ является подача на вход исследуемого объекта гармонического сигнала изменяемой частоты с постоянной или известной для каждой частоты сигнала амплитудой. В этом случае измеряется отношение модулей амплитуды выходного и входного сигналов (коэффициента передачи) исследуемой системы для разных частот.
Для сокращения времени, необходимого для формирования АЧХ, изменение частоты лучше производить с помощью генератора качающейся частоты — измерительного генератора, плавно перестраивающего частоту своего сигнала с неизменной амплитудой во времени. Обычно эти генераторы изменяют плавно свою частоту генерации от низких частот до высоких, затем быстро переключают частоту на низшую, периодически повторяя процесс. Такие генераторы называют генераторами качающейся частоты (ГКЧ) или «свип-генераторами» (от англ. sweep — мести метлой).
Указанные методы последовательной смены частот не пригодны для устройств с работающей автоматической регулировкой усиления (АРУ), выравнивающей различия в значениях АЧХ на разных частотах при времени перехода от одной частоты к другой, превышающем постоянную времени срабатывания АРУ. Они также не позволяют оценить интермодуляционные искажения между действующими одновременно сигналами разных частот. Метод измерения АЧХ с помощью линейно-частотно модулированных сигналов (ЛЧМ) не позволяет осуществлять когерентное накопление во времени напряжений сигнала для частотных компонент, поэтому его точность ограничена условием достаточно больших отношений сигнал-шум. По этой причине метод не пригоден для формирования трехмерных АЧХ, характеризующих зависимость линейного динамического диапазона от частоты, поскольку при слабых отношениях сигнал-шум дает большие погрешности.
Существуют измерители АЧХ, основанные на иных принципах, например, измерители, подающие на вход исследуемой системы широкополосный сигнал, широкополосный импульс с короткими фронтами или измерители с шумовым сигналом, имеющим в полосе частот, существенном для измерения, постоянную спектральную плотность мощности. Отклик системы анализируется с помощью анализатора спектра или фурье-измерителя АЧХ, выполняющего фурье-преобразование отклика системы из временно́й в частотную область для формирования полного вида АЧХ.
Любому методу измерения АЧХ присущи те или иные достоинства или недостатки. Приемлемый способ применения измерения зависит от конкретной задачи. Например, упомянутый способ измерения АЧХ с помощью шумового сигнала вообще не требует измерителя АЧХ как такового; измерительный стенд состоит из генератора шума, испытуемого устройства (ИУ) и анализатора спектра общего применения. Корректно измеряются, в том числе, и ИУ с АРУ. Недостатки такого способа — высокая стоимость измерительных широкополосных генераторов шума, которая нередко превышает стоимость даже спектроанализатора; а также, худшая, по сравнению с ЛЧМ, точность результата на участках АЧХ в полосах заграждения.
См. также
- Амплитудно-фазовая частотная характеристика
- Логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика
- Фазо-частотная характеристика
- Полоса пропускания
- Метод комплексных амплитуд
- Переходная функция
- Эквалайзер
Литература
- Харкевич А.А. Спектры и анализ. — М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962.
- Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Радио и связь, 1994.
- Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. — М.: Мир. — 1978. — С. 106. — 848 с.
Примечания
- Физическая энциклопедия. Амплитудно-частотная характеристика. Дата обращения: 30 ноября 2016. Архивировано 30 ноября 2016 года.
- Амплитудно-частотная характеристика (частотная характеристика) / 2455 // Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — 1-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1991. — ISBN 5-85270-160-2.
- А. В. Андрюшин, В. Р. Сабанин, Н. И. Смирнов. Управление и инноватика в теплоэнергетике. — М: МЭИ, 2011. — С. 15. — 392 с. — ISBN 978-5-38300539-2.
- Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. — М.: Мир. — 1978. — С. 106. — 848 с.,
- Slyusar V. I. A method of investigation of the linear dynamic range of reception channels in a digital antenna array// Radio Electronics and Communications Systems c/c of Izvestiia- Vysshie Uchebnye Zavedeniia Radioelektronika. — 2004, Volume 47; Part 9, Pages 20 — 25. — ALLERTON PRESS INC. (USA)[1] Архивная копия от 5 февраля 2016 на Wayback Machine
У этой статьи есть несколько проблем, помогите их исправить: |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Диапазон частот, Что такое Диапазон частот? Что означает Диапазон частот?
Amplitu dno chasto tnaya harakteri stika AChH zavisimost amplitudy ustanovivshihsya kolebanij vyhodnogo signala nekotoroj sistemy ot chastoty eyo vhodnogo garmonicheskogo signala AChH odin iz vidov chastotnogo otklika sistemy angl frequency response naryadu c FChH i AFChH Primer logarifmicheskoj amplitudno chastotnoj harakteristiki filtra nizhnih chastot 1 go poryadka s koefficientom peredachi v polose propuskaniya ravnym 1 Na grafike naglyadno viden polyus peredatochnoj funkcii na chastote 1 rad s AChH v teorii avtomaticheskogo upravleniyaV matematicheskoj teorii linejnyh stacionarnyh sistem AChH ustojchivoj sistemy vychislyaetsya kak zavisimost modulya kompleksnoj peredatochnoj funkcii ot chastoty Znachenie AChH na nekotoroj chastote ukazyvaet vo skolko raz amplituda signala etoj chastoty na vyhode sistemy otlichaetsya ot amplitudy vyhodnogo signala na drugoj chastote Obychno ispolzuyut k maksimumu znacheniya AChH V matematike AChH nazyvayut modulem kompleksnoj funkcii Dlya postroeniya AChH obychno trebuetsya 5 8 tochek v rabochem diapazone chastot ot wmin do wsr Eti harakteristiki tak zhe kak i vremennye soderzhat informaciyu o svojstvah linejnyh dinamicheskih sistem Na grafike AChH v dekartovyh koordinatah po osi absciss otkladyvaetsya chastota a po osi ordinat otnoshenie amplitud vyhodnogo i vhodnogo signalov sistemy Obychno dlya osi chastoty ispolzuetsya logarifmicheskij masshtab tak kak otobrazhaemyj diapazon chastot mozhet izmenyatsya v dostatochno shirokih predelah ot edinic do millionov gerc ili rad s V sluchae kogda logarifmicheskij masshtab ispolzuetsya i na osi ordinat AChH prinyato nazyvat logarifmicheskoj amplitudno chastotnoj harakteristikoj LAChH shiroko primenyaetsya v teorii avtomaticheskogo upravleniya v svyazi s prostotoj postroeniya i naglyadnostyu pri issledovanii povedeniya sistem avtomaticheskogo regulirovaniya AChH v radiolokacii svyazi i drugih radiotehnicheskih prilozheniyahAmplitudno chastotnaya harakteristika filtrov BPF bystrogo preobrazovaniya Fure imeet tak nazyvaemye osnovnoj i bokovye lepestki AChH terminy voshli v obihod iz za analogii s diagrammoj napravlennosti antennoj reshetki formiruemoj na osnove BPF bystrogo preobrazovaniya Fure AChH priemnyh kanalov sredstv radiolokacii svyazi i drugih radiotehnicheskih sistem harakterizuyut ih pomehozashishennost Neobhodimo uchest chto pri cifrovoj obrabotke signalov AChH stanovitsya periodicheski povtoryayushejsya poetomu parazitnye polosy priyoma tak nazyvaemye bokovye lepestki AChH side lobe of frequency response v cifrovyh sredstvah dolzhny podavlyatsya na etape analogovoj obrabotki signalov V mnogokanalnyh sistemah naprimer v cifrovyh antennyh reshetkah vazhnuyu rol imeet takzhe mezhkanalnaya identichnost AChH s koefficientami mezhkanalnoj korrelyacii do 0 999 i vyshe v oblasti glavnoj polosy propuskaniya Chem vyshe etot pokazatel i chem shire polosa chastot v kotoroj on sootvetstvuet trebovaniyam tem luchshe udaetsya minimizirovat multiplikativnye pomehi voznikayushie pri mezhkanalnoj obrabotke signalov Dlya povysheniya etoj identichnosti mogut primenyatsya specialnye algoritmy mezhkanalnoj korrekcii AChH priemnyh kanalov Poskolku koefficienty korrekcii v obshem sluchae zavisyat ot urovnya testiruyushih signalov dlya mnogokanalnyh sistem predstavlyaet interes analiz zavisimosti AChH ot urovnya vhodnogo vozdejstviya v predelah vsego linejnogo dinamicheskogo diapazona ustrojstva Sootvetstvuyushij variant AChH budet imet trehmernuyu zavisimost Ona dolzhna formirovatsya posle provedeniya korrekcii AChH analiziruemyh ustrojstv Metody izmereniya AChHKlassicheskim metodom izmereniya AChH yavlyaetsya podacha na vhod issleduemogo obekta garmonicheskogo signala izmenyaemoj chastoty s postoyannoj ili izvestnoj dlya kazhdoj chastoty signala amplitudoj V etom sluchae izmeryaetsya otnoshenie modulej amplitudy vyhodnogo i vhodnogo signalov koefficienta peredachi issleduemoj sistemy dlya raznyh chastot Dlya sokrasheniya vremeni neobhodimogo dlya formirovaniya AChH izmenenie chastoty luchshe proizvodit s pomoshyu generatora kachayushejsya chastoty izmeritelnogo generatora plavno perestraivayushego chastotu svoego signala s neizmennoj amplitudoj vo vremeni Obychno eti generatory izmenyayut plavno svoyu chastotu generacii ot nizkih chastot do vysokih zatem bystro pereklyuchayut chastotu na nizshuyu periodicheski povtoryaya process Takie generatory nazyvayut generatorami kachayushejsya chastoty GKCh ili svip generatorami ot angl sweep mesti metloj Ukazannye metody posledovatelnoj smeny chastot ne prigodny dlya ustrojstv s rabotayushej avtomaticheskoj regulirovkoj usileniya ARU vyravnivayushej razlichiya v znacheniyah AChH na raznyh chastotah pri vremeni perehoda ot odnoj chastoty k drugoj prevyshayushem postoyannuyu vremeni srabatyvaniya ARU Oni takzhe ne pozvolyayut ocenit intermodulyacionnye iskazheniya mezhdu dejstvuyushimi odnovremenno signalami raznyh chastot Metod izmereniya AChH s pomoshyu linejno chastotno modulirovannyh signalov LChM ne pozvolyaet osushestvlyat kogerentnoe nakoplenie vo vremeni napryazhenij signala dlya chastotnyh komponent poetomu ego tochnost ogranichena usloviem dostatochno bolshih otnoshenij signal shum Po etoj prichine metod ne prigoden dlya formirovaniya trehmernyh AChH harakterizuyushih zavisimost linejnogo dinamicheskogo diapazona ot chastoty poskolku pri slabyh otnosheniyah signal shum daet bolshie pogreshnosti Sushestvuyut izmeriteli AChH osnovannye na inyh principah naprimer izmeriteli podayushie na vhod issleduemoj sistemy shirokopolosnyj signal shirokopolosnyj impuls s korotkimi frontami ili izmeriteli s shumovym signalom imeyushim v polose chastot sushestvennom dlya izmereniya postoyannuyu spektralnuyu plotnost moshnosti Otklik sistemy analiziruetsya s pomoshyu analizatora spektra ili fure izmeritelya AChH vypolnyayushego fure preobrazovanie otklika sistemy iz vremenno j v chastotnuyu oblast dlya formirovaniya polnogo vida AChH Lyubomu metodu izmereniya AChH prisushi te ili inye dostoinstva ili nedostatki Priemlemyj sposob primeneniya izmereniya zavisit ot konkretnoj zadachi Naprimer upomyanutyj sposob izmereniya AChH s pomoshyu shumovogo signala voobshe ne trebuet izmeritelya AChH kak takovogo izmeritelnyj stend sostoit iz generatora shuma ispytuemogo ustrojstva IU i analizatora spektra obshego primeneniya Korrektno izmeryayutsya v tom chisle i IU s ARU Nedostatki takogo sposoba vysokaya stoimost izmeritelnyh shirokopolosnyh generatorov shuma kotoraya neredko prevyshaet stoimost dazhe spektroanalizatora a takzhe hudshaya po sravneniyu s LChM tochnost rezultata na uchastkah AChH v polosah zagrazhdeniya Sm takzheAmplitudno fazovaya chastotnaya harakteristika Logarifmicheskaya amplitudno fazovaya chastotnaya harakteristika Fazo chastotnaya harakteristika Polosa propuskaniya Metod kompleksnyh amplitud Perehodnaya funkciya EkvalajzerLiteraturaHarkevich A A Spektry i analiz M Gosudarstvennoe izdatelstvo fiziko matematicheskoj literatury 1962 Gonorovskij I S Demin M P Radiotehnicheskie cepi i signaly M Radio i svyaz 1994 Rabiner L Gould B Teoriya i primenenie cifrovoj obrabotki signalov M Mir 1978 S 106 848 s PrimechaniyaFizicheskaya enciklopediya Amplitudno chastotnaya harakteristika neopr Data obrasheniya 30 noyabrya 2016 Arhivirovano 30 noyabrya 2016 goda Amplitudno chastotnaya harakteristika chastotnaya harakteristika 2455 Bolshoj enciklopedicheskij slovar Gl red A M Prohorov 1 e izd M Sovetskaya enciklopediya 1991 ISBN 5 85270 160 2 A V Andryushin V R Sabanin N I Smirnov Upravlenie i innovatika v teploenergetike M MEI 2011 S 15 392 s ISBN 978 5 38300539 2 Rabiner L Gould B Teoriya i primenenie cifrovoj obrabotki signalov M Mir 1978 S 106 848 s Slyusar V I A method of investigation of the linear dynamic range of reception channels in a digital antenna array Radio Electronics and Communications Systems c c of Izvestiia Vysshie Uchebnye Zavedeniia Radioelektronika 2004 Volume 47 Part 9 Pages 20 25 ALLERTON PRESS INC USA 1 Arhivnaya kopiya ot 5 fevralya 2016 na Wayback Machine U etoj stati est neskolko problem pomogite ih ispravit V state ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 31 dekabrya 2024 Pozhalujsta posle ispravleniya problemy isklyuchite eyo iz spiska parametrov Posle ustraneniya vseh nedostatkov etot shablon mozhet byt udalyon lyubym uchastnikom
