Анализатор спектра. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Анализатор спектра - устройство для получения спектров физ. процессов. А. с. может служить любой прибор, поведение к-рого зависит от частоты воздействия. В основе действия таких приборов лежит одно из след. явлений: интерференция, преломление при наличии дисперсии фазовой скорости, резонанс. Первые два явления используют для получения оптич. спектров. А. с., работа к-рых основана на явлении резонанса, наиболее универсальны. Распространение получили А. с. с электрич. резонаторами, такими, как колебат. контур с сосредоточенными параметрами или отрезок линии с распределёнными параметрами.

Различают резонансные А. с. параллельного и последоват. действия. В параллельных А. с. используют набор резонаторов, настроенных на разл. частоты и од-новрем. подвергающихся воздействию исследуемого колебания. В последоват. А. с. применяется один резонатор с перем. настройкой. Параллельный А. с. имеет перед последовательным преимущество в скорости анализа, однако уступает ему в простоте. Последоват. А. с. пригоден для анализа периодич. процессов или процессов, характер к-рых мало изменяется за время анализа.

А. с. позволяет определить амплитуду и частоту спектральных компонент, входящих в состав анализируемого процесса. Важнейшей его характеристикой является разрешающая способность: наим. интервал

по частоте между двумя спектральными линиями, к-рые ещё разделяются А. с. Разрешающая способность определяется шириной полосы пропускания резонатора и связана с временем анализа Т соотношением

=const, значение константы зависит от параметров резонатора. Величина Т определяется временем установления колебаний в резонаторе, это время тем больше, чем больше избирательность резонатора, т. е. чем меньше его полоса пропускания.

Свойства резонатора описываются статич. резонансной кривой лишь при бесконечно медленной перестройке частоты. В действительности перестройка ведётся с конечной скоростью, поэтому для резонатора вводится понятие динамич. резонансной кривой, а для А. с.- понятие динамич. разрешающей способности, к-рая зависит не только от параметров резонатора, но и от времени анализа Т. Необходимое время анализа определяется ф-лой

, где F - ширина исследуемого диапазона частот, ц - допустимое динамич. расширение полосы пропускания.

А. с. может дать истинный спектр только тогда, когда анализируемое колебание х (t)периодично либо существует только в пределах интервала Т. При анализе длит. процессов А. с. даёт не истинный спектр

, а его оценку

, зависящую от времени включения t1 и времени анализа Т. Т. к. спектр колебания может в общем случае изменяться во времени, то оценка

даёт т. н. текущий спектр.

Для случайных процессов оценка

даёт "текущий спектр" данной реализации х (t), является случайной и малопригодной для практич. целей. Случайные процессы принято характеризовать энергетич. спектром

, определяющим распределение по шкале частот среднеквадратичных значений используемого сигнала. Энергетич. спектр

стационарного случайного процесса связан с "текущим спектром"

соотношением

, где

означает усреднение по множеству реализаций. Если процесс эргодический, то вместо усреднения по ансамблю можно использовать усреднение по времени вдоль одной реализации.

Рассмотренные выше А. с. являются аналоговыми по принципу выполнения операций. Существует широкий класс цифровых А. с., в к-рых вместо непрерывных реализаций x(t),

, используются дискретные значения x(t_k)=x_k в дискретных точках

; k- =0, 1, 2, ..., N-1; = T/N. Отсчёты x_k квантованы по величине, т. е. представлены цифровыми словами с конечным числом разрядов. Известны А. с., в к-рых вычисляются коэф. дискретного преобразования Фурье

при определ. условиях являющиеся значениями спектра

в точках

, n = 0, 1, 2, ..., N-1. Развитие вычислит. техники способствовало появлению А. с., действие к-рых основано на непосредств. вычислении коэф. разложения по определ. системе ортогональных, не обязательно гармонических, функций.

Литература по анализаторам спектра

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.