Интенсивность ощущений зависит не только от силы раздражителя и уровня адаптации рецептора, но и от раздражений, воздействующих в данный момент на другие органы чувств. Изменение чувствительности анализатора под влиянием раздражения других органов чувств называетсявзаимодействием ощущении.
Все наши анализаторные системы способны в большей или меньшей степени влиять друг на друга. При этом взаимодействие ощущений, как и адаптация, проявляется в двух противоположных процессах: повышении и понижении чувствительности. Общая закономерность здесь состоит в том, что слабые раздражители повышают, а сильные - понижают чувствительность анализаторов при их взаимодействии. Повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения называется сенсибилизацией.
Физиологическим механизмом взаимодействия ощущений являются процессы иррадиации и концентрации возбуждения в коре головного мозга, где представлены центральные отделы анализаторов. Согласно И. П. Павлову, слабый раздражитель вызывает в коре больших полушарий процесс возбуждения, который легко иррадирует (распространяется). В результате иррадиации процесса возбуждения повышается чувствительность другого анализатора.
При действии сильного раздражителя возникает процесс возбуждения, имеющий, наоборот, тенденцию к концентрации. По закону взаимной индукции это приводит к торможению в центральных отделах других анализаторов и снижению чувствительности последних. Изменение чувствительности анализаторов может быть вызвано воздействием второсигнальных раздражителей. Так, получены факты изменения электрической чувствительности глаз и языка в ответ на предъявление испытуемым слов "кислый, как лимон". Эти изменения были аналогичны тем, которые наблюдались при действительном раздражении языка лимонным соком.
Зная закономерности изменения чувствительности органов чувств, можно
путем применения специальным образом подобранных побочных раздражителей сенсибилизировать тот или иной рецептор, т.е. повышать его чувствительность. Сенсибилизация может быть достигнута и в результате упражнений. Известно, например, как развивается звуковысотный слух у детей, занимающихся музыкой.
Взаимодействие ощущений проявляется еще в одном роде явлений, называемом синестезией. Синестезия - это возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, характерного для другого анализатора. Синестезия наблюдается в самых различных видах ощущений. Наиболее часто встречаются зрительно-слуховые синестезии, когда при воздействии звуковых раздражителей у субъекта возникают зрительные образы. У разных людей нет совпадения в этих синестезиях, однако, они довольно постоянны для каждого отдельного лица. Известно, что способностью цветного слуха обладали некоторые композиторы (Н. А. Римский-Корсаков, А. И. Скрябин и др.).
На явлении синестезии основано создание в последние годы цветомузыкальных аппаратов, превращающих звуковые образы в цветовые, и интенсивное исследование цветомузыки. Реже встречаются случаи возникновения слуховых ощущений при воздействии зрительных раздражений, вкусовых - в ответ на слуховые раздражители и т.д. Синестезией обладают далеко не все люди, хотя она довольно широко распространена. Ни у кого не вызывает сомнений возможность употребления таких выражений, как "острый вкус", "кричащий цвет", "сладкие звуки" и т. п. Явления синестезии - еще одно свидетельство постоянной взаимосвязи анализаторных систем человеческого организма, целостности чувственного отражения объективного мира (по мнению Т.П. Зинченко).
Чувствительность анализаторов, определяемая величиной абсолютных порогов, не постоянна и изменяется под влиянием ряда физиологических и психологических условий, среди которых особое место занимает явление адаптации.
Адаптация, или приспособление , - это изменение чувствительности органов чувств под влиянием действия раздражителя. Можно различать три разновидности этого явления. Адаптация как полное исчезновение ощущения в процессе продолжительного действия раздражителя. Например, легкий груз, покоящийся на коже, вскоре перестает ощущаться. Адаптацией называют также другое явление, близкое к описанному, которое выражается в притуплении ощущения под влиянием действия сильного раздражителя . Описанные два вида адаптации можно объединить термином Негативная адаптация , поскольку в результате их снижается чувствительность анализаторов. Наконец, адаптацией называют Повышение чувствительности под влиянием действия слабого раздражителя . Этот вид адаптации, свойственный некоторым видам ощущений, можно определить как позитивную адаптацию.
Контраст ощущений Это изменение интенсивности и качества ощущений под влиянием предварительного или сопутствующего раздражителя. В случае одновременного действия двух раздражителей возникает одновременный контраст. Такой контраст можно проследить в зрительных ощущениях. Одна и та же фигура на черном фоне кажется светлее, на белом - темнее. Зеленый предмет на красном фоне кажется более насыщенным. Хорошо известно и явление последовательного контраста. После холодного слабый теплый раздражитель кажется горячим. Ощущение кислого повышает чувствительность к сладкому.
Сенсибилизация. Повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения называется сенсибилизацией. Зная закономерности изменения чувствительности органов чувств, можно путем применения специальным образом подобранных побочных раздражителей сенсибилизировать тот или иной рецептор, т. е. повышать его чувствительность. Сенсибилизация может быть достигнута и в результате упражнений. Известно, например, как развивается звуковысотный слух у детей, занимающихся музыкой.
Синестезия. Взаимодействие ощущений проявляется еще в одном роде явлений, называемом синестезией. Синестезия - это возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, характерного для другого анализатора. Синестезия наблюдается в самых различных видах ощущений. Наиболее часто встречаются зрительно-слуховые синестезии, когда при воздействии звуковых раздражителей у субъекта возникают зрительные образы.
Адаптация, или приспособление, - это изменение чувствительности органов чувств под влиянием действия раздражителя.
Можно различать три разновидности этого явления.
1. Адаптация как полное исчезновение ощущения в процессе продолжительного действия раздражителя. В случае действия постоянных раздражителей ощущение имеет тенденцию к угасанию. Например, легкий груз, покоящийся на коже, вскоре перестает ощущаться. Обычным фактом является и отчетливое исчезновение обонятельных ощущений вскоре после того, как мы попадаем в атмосферу с неприятным запахом. Интенсивность вкусового ощущения ослабевает, если соответствующее вещество в течение некоторого времени держать во рту и, наконец, ощущение может угаснуть совсем.
Полной адаптации зрительного анализатора при действии постоянного и неподвижного раздражителя не наступает. Это объясняется компенсацией неподвижности раздражителя за счет движений самого рецепторного аппарата. Постоянные произвольные и непроизвольные движения глаз обеспечивают непрерывность зрительного ощущения. Эксперименты, в которых искусственно создавались условия стабилизации1 изображения относительно сетчатки глаз, показали, что при этом зрительное ощущение исчезает спустя 2-3 секунды после его возникновения, т.е. наступает полная адаптация.
2. Адаптацией называют также другое явление, близкое к описанному, которое выражается в притуплении ощущения под влиянием действия сильного раздражителя. Например, при погружении руки в холодную воду интенсивность ощущения, вызываемого температурным раздражителем, снижается. Когда мы из полутемной комнаты попадаем в ярко освещенное пространство, то сначала бываем ослеплены и не способны различать вокруг какие-либо детали. Через некоторое время чувствительность зрительного анализатора резко снижается, и мы начинаем нормально видеть. Это понижение чувствительности глаза при интенсивном световом раздражении называют световой адаптацией.
Описанные два вида адаптации можно объединить термином негативная адаптация, поскольку в результате их снижается чувствительность анализаторов.
3. Адаптацией называют повышение чувствительности под влиянием действия слабого раздражителя. Этот вид адаптации, свойственный некоторым видам ощущений, можно определить как позитивную адаптацию.
В зрительном анализаторе это темновая адаптация, когда увеличивается чувствительность глаза под влиянием пребывания в темноте. Аналогичной формой слуховой адаптации является адаптация к тишине.
Адаптационное регулирование уровня чувствительности в зависимости от того, какие раздражители (слабые или сильные) воздействуют на рецепторы, имеет огромное биологическое значение. Адаптация помогает посредством органов чувств улавливать слабые раздражители и предохраняет органы чувств от чрезмерного раздражения в случае необычайно сильных воздействий.
Явление адаптации можно объяснить теми периферическими изменениями, которые происходят в функционировании рецептора при продолжительном воздействии на него раздражителя. Так, известно, что под влиянием света разлагается зрительный пурпур, находящийся в палочках сетчатки глаза. В темноте же, напротив, зрительный пурпур восстанавливается, что приводит к повышению чувствительности. Явление адаптации объясняется и процессами, протекающими в центральных отделах анализаторов. При длительном раздражении кора головного мозга отвечает внутренним охранительным торможением, снижающим чувствительность. Развитие торможения вызывает усиленное возбуждение других очагов, что способствует повышению чувствительности в новых условиях.
Интенсивность ощущений зависит не только от силы раздражителя и уровня адаптации рецептора, но и от раздражителей, воздействующих в данный момент на другие органы чувств. Изменение чувствительности анализатора под влиянием раздражения других органов чувств называется взаимодействием ощущений.
В литературе описаны многочисленные факты изменения чувствительности, вызванные взаимодействием ощущений. Так, чувствительность зрительного анализатора изменяется под влиянием слухового раздражения.
Слабые звуковые раздражители повышают цветовую чувствительность зрительного анализатора. В то же время наблюдается резкое ухудшение различительной чувствительности глаза, когда в качестве слухового раздражителя применяется, например, громкий шум авиационного мотора.
Зрительная чувствительность повышается также под влиянием некоторых обонятельных раздражении. Однако при резко выраженной отрицательной эмоциональной окраске запаха наблюдается снижение зрительной чувствительности. Аналогично этому при слабых световых раздражениях усиливаются слуховые ощущения, а воздействие интенсивных световых раздражителей ухудшает слуховую чувствительность. Известны факты повышения зрительной, слуховой, тактильной и обонятельной чувствительности под влиянием слабых болевых раздражений.
Изменение чувствительности какого-либо анализатора наблюдается и при подпороговом раздражении других анализаторов. Так, П.П. Лазаревым (1878-1942) были получены факты снижения зрительной чувствительности под влиянием облучения кожи ультрафиолетовыми лучами.
Таким образом, все наши анализаторные системы способны в большей или меньшей мере влиять друг на друга. При этом взаимодействие ощущений, как и адаптация, проявляется в двух противоположных процессах: повышении и понижении чувствительности. Общая закономерность здесь состоит в том, что слабые раздражители повышают, а сильные понижают чувствительность анализаторов при их взаимодействии.
Взаимодействие ощущений проявляется еще в одном роде явлений, называемом синестезией. Синестезия - это возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, характерного для другого анализатора. Синестезия наблюдается в самых различных видах ощущений. Наиболее часто встречаются зрительно-слуховые синестезии, когда при воздействии звуковых раздражителей у субъекта возникают зрительные образы. У различных людей нет совпадения в этих синестезиях, однако, они довольно постоянны для каждого отдельного лица.
На явлении синестезии основано создание в последние годы цветомузыкальных аппаратов, превращающих звуковые образы в цветовые. Реже встречаются случаи возникновения слуховых ощущений при воздействии зрительных раздражении, вкусовых - в ответ на слуховые раздражители и т.п. Синестезией обладают далеко не все люди, хотя она довольно широко распространена. Явление синестезии - еще одно свидетельство постоянной взаимосвязи анализаторных систем человеческого организма, целостности чувственного отражения объективного мира.
Повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения называется сенсибилизацией.
Физиологическим механизмом взаимодействия ощущений являются процессы иррадиации и концентрации возбуждения в коре головного мозга, где представлены центральные отделы анализаторов. По И.П. Павлову, слабый раздражитель вызывает в коре больших полушарий процесс возбуждения, который легко иррадирует (распространяется). В результате иррадиации процесса возбуждения повышается чувствительность другого анализатора. При действии сильного раздражителя возникает процесс возбуждения, имеющий, наоборот, тенденцию к концентрации. По закону взаимной индукции это приводит к торможению в центральных отделах других анализаторов и снижению чувствительности последних.
Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас внешнего мира, могут быть чувствительны к отображаемым явлениям с большей или меньшей точностью.
Чувствительность наших органов чувств может меняться и в очень больших пределах. Различают две основные формы изменчивости чувствительности, из которых одна зависит от условий среды и называется адаптацией, а другая от условий состояния организма и называется сенсибилизацией.
Адаптация – приспособление анализатора к раздражителю. Известно, что в темноте наше зрение обостряется, а при сильном освещении его чувствительность снижается. Это можно наблюдать при переходе от темноты к свету: глаз человека начинает испытывать резь, человек временно «слепнет».
Важнейшим фактором, влияющим на уровень чувствительности, является взаимодействие анализаторов. Сенсибилизация – это повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения. Это явление нужно использовать при управлении автомобилем. Так, слабое действие побочных раздражителей (например, обтирание холодной водой лица, рук, затылка или медленное разжевывание кисло-сладкой таблетки, например, аскорбиновой кислоты) повышает чувствительность ночного зрения, что очень важно при управлении автомобилем в темное время суток.
Разные анализаторы имеют неодинаковую способность к адаптации. Практически не возникает адаптации человека к болевому ощущению, что имеет важное биологическое значение, так как болевое ощущение является сигналом неблагополучия в организме.
Адаптация слуховых органов идет гораздо быстрее. Слух человека адаптируется к окружающему фону уже через 15 сек. Так же быстро происходит изменение чувствительности в осязании (слабое прикосновение к коже перестает восприниматься уже через несколько секунд).
Известно, что условия деятельности, связанные с постоянной переадаптацией анализаторов, вызывают быстрое утомление. Например, вождение автомобиле в темное время суток по автомагистрали с меняющейся освещенностью дорожного полотна.
Более существенное и постоянное влияние на органы чувств в процессе вождения автомобиля оказывают такие факторы как шум и вибрация.
Постоянно действующий шум (а шум, возникающий при движении автомобиля, как правило, постоянный) оказывает отрицательное воздействие на органы слуха. Помимо этого под влиянием шума удлиняется скрытый период двигательной реакции, снижается зрительное восприятие, ослабевает сумеречное зрение, нарушаются координация движений и функции вестибулярного аппарата, наступает преждевременное утомление.
Изменение чувствительности органов чувств меняется и с возрастом человека. Уже после 35 лет вообще снижается острота зрения и его адаптация, ухудшается слух. И хотя многие водители относят это за счет плохого освещения, слабых фар, однако остается непреложным факт, что глаза у них видят далеко не одинаково хорошо. С возрастом они не только хуже видят, но и легче подвергаются ослеплению, чаще сужается поле зрения.
Рассмотрим теперь влияние алкоголя и других психоактивных и лекарственных препаратов на психическую деятельность человека.
При приеме снотворных, успокоительных, антидепрессантов, противосудорожных (фенобарбитал) и противоаллергических лекарств (пипольфен, тавегил, супрастин) наступает сонливость, головокружение, снижение внимания и времени реакции. Безобидные лекарства от кашля или головной боли могут угнетающе действовать на центральную нервную систему, снижая внимание и замедляя скорость реакции. Прежде всего, это препараты, содержащие кодеин (трамадол, трамалт, ретард, пенталгин, спазмовералгин, седальгин).
Таким образом, следует внимательно изучать инструкцию препарата, который водитель собирается принимать перед тем, как сесть за руль
Рассмотрим теперь влияние алкоголя на управление транспортным средством. Хотя в Правилах дорожного движения запрещено управлять транспортным средством в состоянии алкогольного опьянения, в нашей стране, к сожалению, существуют сильные традиции сомневаться в правильности действий и/или результата освидетельствования на состояние опьянения. Считая, что «я – в норме», водитель садится за руль нетрезвым и подвергает других людей и себя опасности.
Так, исследования обнаружили существенные нарушения функций нервной системы уже и от достаточно малых доз алкоголя. Объективно установлено заметное ослабление функций всех органов чувств от весьма незначительных доз алкоголя, в том числе и пива.
Под воздействием средней доз, то есть одной-полтора рюмок водки, двигательные акты на первых порах ускоряются, а затем замедляются. Другое чувство, легко утрачиваемое выпившим человеком, – это чувство страха.
Кроме того, следует иметь в виду, что при снижении температуры на 5° вредное действие алкоголя усиливается почти в десять раз! А ведь люди уверены в том, что спирт обладает согревающим эффектом, и считают, что для замерзшего человека глоток чего-нибудь крепкого – самое лучшее лекарство.
Таким образом, на нашу способность видеть, слышать, чувствовать влияют многие привычные нам вещи: свет и темнота, лекарства, алкоголь. Садясь за руль автомобиля, необходимо это учитывать, чтобы избежать опасных ситуаций и ДТП.
Боб Нельсон (Bob Nelson)
Чаще всего анализаторы спектра применяются для измерения сигналов очень малого уровня. Это могут быть известные сигналы, параметры которых необходимо измерить, или неизвестные сигналы, которые нужно обнаружить. В любом случае, для улучшения этого процесса следует иметь представление о методах повышения чувствительности анализатора спектра. В этой статье мы обсудим оптимальные настройки для измерения сигналов малого уровня. Кроме того, мы обсудим применение коррекции шума и функции снижения собственных шумов анализатора для максимального повышения чувствительности прибора.
Средний уровень собственных шумов и коэффициент шума
Чувствительность анализатора спектра можно узнать из его технических характеристик. В роли этого параметра может выступать либо средний уровень собственных шумов (DANL ), либо коэффициент шума (NF ). Средний уровень собственных шумов представляет собой амплитуду собственных шумов анализатора спектра в заданном диапазоне частот с 50‑омной нагрузкой на входе и входным ослаблением 0 дБ. Обычно этот параметр выражается в дБм/Гц. В большинстве случаев усреднение выполняется по логарифмической шкале. Это приводит к снижению отображаемого среднего уровня шума на 2,51 дБ. Как мы узнаем из дальнейшего обсуждения, именно это снижение уровня шумов отличает средний уровень собственных шумов от коэффициента шума. Например, если в технических характеристиках анализатора указано значение среднего уровня собственных шумов – 151 дБм/Гц при полосе пропускания фильтра ПЧ (RBW ) 1 Гц, то с помощью настроек анализатора вы можете снизить уровень собственных шумов устройства как минимум до этого значения. Кстати, немодулированный сигнал (CW), имеющий ту же амплитуду, что и шум анализатора спектра, окажется при измерении на 2,1 дБ выше уровня шумов из-за суммирования двух сигналов. Аналогичным образом наблюдаемая амплитуда шумоподобных сигналов будет на 3 дБ превышать уровень собственных шумов.
Собственный шум анализатора состоит из двух компонентов. Первый из них определяется коэффициентом шума (NF ас ), а второй представляет собой тепловой шум. Амплитуда теплового шума описывается уравнением:
NF = kTB,
где k = 1,38×10–23 Дж/K - постоянная Больцмана; T - температура (К); B - полоса (Гц), в которой измеряется шум.
Эта формула определяет энергию теплового шума на входе анализатора спектра с установленной нагрузкой 50 Ом. В большинстве случаев полоса приводится к 1 Гц, и при комнатной температуре расчетное значение теплового шума 10log(kTB) = –174 дБм/Гц.
В результате значение среднего уровня собственных шумов в полосе 1 Гц описывается уравнением:
DANL = –174+NF ас = 2,51 дБ. (1)
Кроме того,
NF ас = DANL +174+2,51. (2)
Примечание. Если для параметра DANL используется среднеквадратическое усреднение мощности, то член 2,51 можно опустить.
Таким образом, значение среднего уровня собственных шумов –151 дБм/Гц эквивалентно значению NF ас = 25,5 дБ.
Настройки, влияющие на чувствительность анализатора спектра
Усиление анализатора спектра равно единице. Это означает, что экран калибруется по входному порту анализатора. Таким образом, если подать на вход сигнал с уровнем 0 дБм, измеренный сигнал будет равняться 0 дБм плюс/минус погрешность прибора. Это нужно учитывать при использовании в анализаторе спектра входного аттенюатора или усилителя. Включение входного аттенюатора заставляет анализатор повышать эквивалентное усиление каскада ПЧ для сохранения калиброванного уровня на экране. Это, в свою очередь, повышает уровень собственных шумов на ту же величину, сохраняя, тем самым, прежнее отношение сигнал/шум. Это справедливо и для внешнего аттенюатора. Кроме того, нужно сделать пересчет на полосу пропускания фильтра ПЧ (RBW ), большую 1 Гц, добавив член 10log(RBW /1). Эти два члена позволяют определить уровень собственных шумов анализатора спектра при разных значениях ослабления и полосы разрешения.
Уровень шумов = DANL + ослабление + 10log(RBW ). (3)
Добавление предусилителя
Для снижения собственных шумов анализатора спектра можно использовать встроенный или внешний предусилитель. Обычно в технических характеристиках указывается второе значение среднего уровня собственных шумов с учетом встроенного предусилителя, и при этом можно использовать все приведенные выше уравнения. При использовании внешнего предусилителя новое значение среднего уровня собственных шумов можно рассчитать, каскадируя уравнения для коэффициента шума и считая усиление анализатора спектра равным единице. Если рассмотреть систему, состоящую из анализатора спектра и усилителя, то получится уравнение:
NF сист = NF предус +(NF ас –1)/G предус . (4)
Используя значение NF ас = 25,5 дБ из предыдущего примера, усиление предусилителя 20 дБ и коэффициент шума 5 дБ, мы можем определить общий коэффициент шума системы. Но сначала нужно преобразовать значения в отношение мощностей и взять логарифм от результата:
NF сист = 10log(3,16+355/100) = 8,27 дБ. (5)
Теперь можно использовать уравнение (1) для определения нового значения среднего уровня собственных шумов с внешним предусилителем, просто заменив NF ас на NF сист , рассчитанное в уравнении (5). В нашем примере предусилитель существенно уменьшает DANL с –151 до –168 дБм/Гц. Однако это не дается даром. Предусилители, как правило, обладают большой нелинейностью и низким значением точки компрессии, что ограничивает возможность измерения сигналов большого уровня. В таких случаях более полезным оказывается встроенный предусилитель, поскольку его можно включать и отключать по мере необходимости. Это особенно справедливо для автоматизированных контрольно-измерительных систем.
До сих пор мы обсуждали, как влияют полоса пропускания фильтра ПЧ, аттенюатор и предусилитель на чувствительность анализатора спектра. В большинстве современных анализаторов спектра предусмотрены методы измерения собственных шумов и коррекции результатов измерений на основе полученных данных. Эти методы применяются уже многие годы.
Коррекция шума
При измерении характеристик некоторого тестируемого устройства (ТУ) анализатором спектра наблюдаемый спектр складывается из суммы kTB , NF ас и входного сигнала ТУ. Если отключить ТУ и подключить к входу анализатора нагрузку 50 Ом, спектр будет представлять собой сумму kTB и NF ас . Эта трасса является собственным шумом анализатора. В общем случае коррекция шумов заключается в измерении собственного шума анализатора спектра с большим усреднением и сохранении этого значения в виде «поправочной трассы». Затем вы подключаете к анализатору спектра тестируемое устройство, измеряете спектр и заносите результаты в «измеренную трассу». Поправка осуществляется путем вычитания «поправоч- ной трассы» из «измеренной трассы» и отображения результатов в виде «результирующей трассы». Эта трасса представляет собой «сигнал ТУ» без дополнительного шума:
Результирующая трасса = измеренная трасса – поправочная трасса = [сигнал ТУ + kTB + NF ас ]–[kTB + NF ас ] = сигнал ТУ. (6)
Примечание. Перед вычитанием все значения преобразовывались из дБм в мВт. Результирующая трасса представлена в дБм.
Эта процедура улучшает отображение сигналов малого уровня и позволяет точнее измерять амплитуду благодаря устранению погрешности, связанной с собственными шумами анализатора спектра.
На рис. 1 показан сравнительно простой метод коррекции шума путем применения математической обработки трассы. Сначала выполняется усреднение собственных шумов анализатора спектра с нагрузкой на входе, результат сохраняется в трассе 1. Затем подключается ТУ, захватывается входной сигнал, а результат сохраняется в трассе 2. Теперь можно использовать математическую обработку - вычитание двух трасс и занесение результатов в трассу 3. Как видите, коррекция шума особенно эффективна, когда входной сигнал близок к уровню собственных шумов анализатора спектра. Сигналы большого уровня содержат значительно меньшую долю шума, и поправка не дает заметного эффекта.
Основной недостаток такого подхода заключается в том, что при каждом изменении настроек приходится отключать тестируемое устройство и подключать нагрузку 50 Ом. Метод получения «поправочной трассы» без отключения ТУ заключается в увеличении ослабления входного сигнала (например, на 70 дБ) для того, чтобы шум анализатора спектра значительно превысил входной сигнал, и сохранении полученных результатов в «поправочной трассе». В этом случае «поправочная трасса» определяется уравнением:
Поправочная трасса = сигнал ТУ + kTB + NF ас + аттенюатор. (7)
kTB + NF ас + аттенюатор >> сигнал ТУ,
мы можем опустить член «сигнал ТУ» и заявить, что:
Поправочная трасса = kTB + NF ас + аттенюатор. (8)
Вычитая известное значение ослабления аттенюатора из формулы (8), мы можем получить исходную «поправочную трассу», которую использовали в ручном методе:
Поправочная трасса = kTB + NF ас . (9)
В этом случае проблема заключается в том, что «поправочная трасса» действительна только для текущих настроек прибора. Изменение настроек, таких как центральная частота, полоса обзора или полоса пропускания фильтра ПЧ, делает значения, сохраненные в «поправочной трассе», некорректными. Лучший подход заключается в знании значений NF ас во всех точках частотного спектра и применении «поправочной трассы» при любых настройках.
Снижение собственных шумов
Анализатор сигналов Agilent N9030A PXA (рис. 2) имеет уникальную функцию снижения собственных шумов (NFE). Коэффициент шума анализатора сигналов PXA во всем частотном диапазоне прибора измеряется в процессе его изготовления и калибровки . Затем эти данные сохраняются в памяти прибора. Когда пользователь включает NFE, измерительный прибор рассчитывает «поправочную трассу» для текущих настроек и сохраняет значения коэффициента шума. Это позволяет обойтись без измерения собственных шумов PXA, как это делалось в ручной процедуре, что существенно упрощает коррекцию шумов и экономит время, уходящее на измерение шумов прибора при изменении настроек.
В любом из описанных методов из «измеренной трассы» вычитается тепловой шум kTB и NF ас , что позволяет получать результаты, лежащие ниже значения kTB . Эти результаты могут быть достоверными во многих случаях, но не во всех. Достоверность может уменьшаться, когда измеренные значения очень близки или равны собственному шуму прибора. Фактически результатом при этом будет бесконечное значение в дБ. Практическая реализация коррекции шума обычно включает введение порога или градуированного уровня вычитания вблизи уровня собственных шумов прибора.
Заключение
Мы рассмотрели некоторые методы измерения сигналов низкого уровня с помощью анализатора спектра. При этом мы установили, что на чувствительность измерительного прибора оказывает влияние полоса пропускания фильтра ПЧ, ослабление аттенюатора и наличие предусилителя. Для дополнительного повышения чувствительности прибора можно применять такие методы, как математическая коррекция шума и функция снижения собственных шумов. На практике значительного повышения чувствительности можно добиться, устранив потери во внешних цепях.
