Исследование сигналов в частотной и временной областях
Измерение частоты и интервалов времени, а также хранение и воспроизведение их единиц лежат в основе многочисленных измерительных задач, решаемых в современных ТКС и устройствах радиотехники. Техническая аппаратура для частотно-временных измерений образует единый комплекс приборов и средств, обеспечивающих возможность проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени, что предопределяет принципиально высокую точность измерений.
Общие сведения
К основным параметрам любого гармонического или периодического процесса относится частота или период.
В общем случае частотой называется число идентичных событий, происходящих в единицу времени.
Единица циклической частоты/ — герц (Гц) — соответствует одному колебанию за 1 с. Гармонические сигналы характеризуют также угловой (круговой) частотой со = 2л/, выражаемой в [рад/с].
Периодом Глюбого периодического сигнала называется наименьший интервал времени, через который регулярно и последовательно повторяется произвольно выбранное мгновенное значение этого сигнала.
Известно, что частота/и период колебания Тсвязаны формулой /= 1 /Т. Поскольку эти две физические величины неразрывно связаны, измерение одной величины можно заменить другой.
Частота/электромагнитных колебаний однозначно связана не только с периодом колебания Т., но и с длиной однородной плоской волны в вакууме X: / = сД, где с ~ 310s м/с — скорость света в вакууме.
Теоретически измерения частоты, времени и длины волны равноценны, но практически в большинстве случаев измеряют частоты, реже — интервалы времени. Длина волны X при необходимости легко вычисляется, а на сверхвысоких частотах и измеряется.
Диапазон частот сигналов, используемых в технических средствах различного назначения в ТКС и подлежащих измерению, простирается от долей герца до тысяч гигагерц. В настоящее время спектр частот, применяемых в ТКС, упорядочен. Этот спектр разбит на девять полос, внутри которых частоты изменяются в 10 раз (табл. 4.1), где № — номер полосы в соответствии с Госстандартом.
Разделение частот по полосам
Таблица 4.1
|
№ |
Диапазон частот |
Диапазон волн |
|
4 |
3...30 кГц, очень низкие, ОНЧ |
100... 10 км, мириаметровый, СДВ |
|
5 |
30...300 кГц, низкие, НЧ |
10... 1 км, километровый, ДВ |
|
6 |
300...3000 кГц, средние, СЧ |
1000... 100 м, гектометровый, СВ |
|
7 |
3...30 МГц, высокие, ВЧ |
100...10 м, декаметровый, КВ |
|
8 |
30...300 МГц, очень высокие, ОВЧ |
10... 1 м, метровый, УКВ |
|
9 |
300...3000 МГц, ультравысокие, УВЧ |
100... 10 см, дециметровый, ДЦМВ |
|
10 |
3...30 ГГц, сверхвысокие, СВЧ |
10... 1 см, сантиметровый, СМВ |
|
11 |
30...300 ГГц, крайне высокие, КВЧ |
10... 1 мм, миллиметровый, ММ В |
|
12 |
300...3000 ГГц, гипервысокие, ГВЧ |
1 ...0,1 мм, деци милли метровый, дцммв |
Приборы для измерения частоты и времени относят к группе, обозначаемой буквой «Ч», и по виду делят на следующие группы:
- 41 — стандарты частоты и времени;
- 42 — частотомеры резонансные;
- 43 — частотомеры электронно-счетные;
- 45 — синхронизаторы и преобразователи частоты;
- 46 — синтезаторы частоты, делители и усилители частоты;
- 47 — приемники сигналов эталонных частот и времени, компараторы частотные, фазовые, временные и синхрометры;
- 48 — преобразователи частоты в другие величины.
Наибольшее распространение в настоящее время получили следующие методы измерения частоты и временных интервалов: метод дискретного счета, метод сравнения (гетеродинный), резонансный и некоторые другие.
