Что такое анализатор радиочастотного спектра? Очень кратко и доступно

Анализатор радиочастотного спектра (активировать гиперссылку)— это прибор, который измеряет и отображает мощность сигналов в широком диапазоне частот, помогая инженерам определить, какие сигналы присутствуют в системе и насколько они сильны. Вместо того чтобы показывать изменение сигнала во времени, как осциллограф, он отображает амплитуду сигнала в зависимости от частоты. Это позволяет инженерам определять уровень мощности отдельных частотных компонентов, обнаруживать нежелательные сигналы и оценивать поведение устройства в рабочем диапазоне частот. Анализаторы спектра обычно используют супергетеродинные или основанные на БПФ архитектуры для преобразования частоты и обработки широких диапазонов частот с высокой точностью.

Они являются важными инструментами для тестирования беспроводных систем, радиочастотных компонентов и коммуникационного оборудования. Инженеры используют их для измерения мощности канала, занимаемой полосы пропускания, паразитных излучений, гармоник, фазового шума и чистоты сигнала. Эти измерения помогают обеспечить соответствие нормативным стандартам (таким как FCC или ETSI) и проверить производительность при проектировании, производстве и обслуживании радиочастотных систем, таких как сотовые сети, Wi-Fi, радары, спутниковые системы и устройства IoT.

Анализаторы радиочастотного спектра обладают целым рядом функций, таких как анализ спектра в реальном времени, векторный анализ сигналов, демодуляция и многодоменная корреляция. Они часто поддерживают очень широкий диапазон частот, вплоть до миллиметрового диапазона для 5G, автомобильных радаров и высокочастотных микроволновых приложений.

Основные характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе анализатора спектра:

Рабочая частота (МГц/ГГц): Этот параметр определяет диапазон частот, в котором анализатор спектра может измерять сигналы. Более широкий диапазон рабочих частот позволяет анализатору поддерживать большее количество приложений — от низкочастотного радиочастотного тестирования до измерений в микроволновом и миллиметровом диапазонах, используемых в радарах, спутниковой связи и системах 5G. Выбор правильного диапазона частот гарантирует, что анализатор сможет регистрировать как основной сигнал, так и его гармоники или побочные излучения.

Полоса пропускания разрешения (RBW): RBW определяет способность анализатора различать два сигнала, близких по частоте. Более узкая полоса пропускания разрешения обеспечивает более высокое разрешение по частоте, позволяя точно измерять соседние сигналы, уровни шума и спектральные детали. Однако более узкая полоса пропускания разрешения также увеличивает время развертки, поэтому оптимальная настройка зависит от требуемой точности измерения и ограничений скорости тестирования.

Полоса пропускания разрешения (RBW) играет важную роль в разрешении сигналов, близких друг к другу в частотной области. 

RBW определяет полосу пропускания ПЧ-фильтра в гетеродинном приемнике и управляет частотным разрешением результирующего спектра — чем меньше RBW, тем выше спектральное разрешение, что означает большее количество пиков частот, которые можно различить. Если полоса пропускания слишком широка, две частоты легко могут быть объединены в одну, и их будет трудно различить.

RBW также определяет минимальное время развертки, поскольку меньшие значения RBW требуют большего времени развертки, так как узкополосные фильтры имеют более длительное время установления, чем широкополосные.

Типичные значения полосы пропускания варьируются от 1 Гц до 10 МГц.

Отображаемый средний уровень шума (DANL): DANL представляет собой самый низкий уровень сигнала, который может обнаружить анализатор, относительно полосы пропускания 1 Гц. Он характеризует внутренний уровень шума прибора и напрямую влияет на чувствительность. Более низкий (более отрицательный) DANL позволяет анализатору измерять чрезвычайно слабые сигналы и отличать их от собственного внутреннего шума, что критически важно при анализе маломощных передатчиков, утечек или помех.

DANL — это шум, генерируемый внутри измерительного прибора. Его можно рассматривать как амплитуду уровня шума спектрального анализатора в заданном диапазоне частот при входном напряжении 50 Ом. Прибор/анализатор не может измерять входные сигналы ниже этого значения.

Значение DANL указывается в дБм и измеряется при самой узкой полосе пропускания (RBW) для достижения наилучшей чувствительности. Значение DANL в технических характеристиках указывается либо с указанием конкретной полосы пропускания (например, -135 дБм при 1 кГц RBW), либо в дБм/Гц (например, -160 дБм (Гц)).

Фазовый шум: Фазовый шум количественно определяет кратковременную нестабильность частоты, которая проявляется в виде «юбок» вокруг несущей сигнала. В анализаторе спектра этот параметр указывает, насколько собственный шум прибора влияет на измерения вблизи источника сигнала. Низкий уровень фазового шума необходим при измерении узкополосных сигналов, генераторов с низким уровнем искажений или стандартов связи с жесткими требованиями к спектральной чистоте, обеспечивая точные показания близлежащих паразитных или боковых полос.

Фазовый шум определяется как шум, возникающий из-за быстрых, кратковременных, случайных флуктуаций фазы, происходящих в сигнале. Эти случайные флуктуации вызваны нестабильностью во временной области, называемой фазовым дрожанием.

Фазовый шум — это спектр шума, который распространяется по обе стороны сигнала в результате фазового дрожания. В большинстве приложений радиоприемников фазовый шум указывается в терминах однополосного фазового шума. Фазовый шум равномерно распространяется по обе стороны от несущей, но измеряется только одна сторона — отсюда и название «однополосный фазовый шум».

При задании фазового шума необходимо указать три элемента:

1. Амплитуда фазового шума: выражается в дБ относительно несущей. Обычно обозначается в дБн, например, -70 дБн - на 70 децибел ниже уровня несущей.

2. Смещение относительно несущей: например, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц.

3. Полоса пропускания измерения: мощность шума пропорциональна полосе пропускания, поэтому её всегда следует указывать. Обычно в качестве полосы пропускания принимают 1 Гц.

В то время как бесшумный колебательный контур производит идеальный периодический сигнал, фундаментальные физические шумовые процессы, такие как тепловой шум или колебательный шум, вызывают изменения фазы генератора. Фазовый шум определяется как величина в частотной области, связанная с плотностью спектральной мощности этих статистических фазовых сдвигов. Из-за способа преобразования шума устройства в фазовый шум, типичный спектр фазового шума может быть описан уравнением Лисона: В то время как на высокочастотных компонентах наблюдается постоянный уровень шума, при движении к низкочастотным компонентам фазовый шум сначала возрастает с зависимостью 1/f², а начиная с специфической для схемы угловой частоты — с зависимостью 1/f³ из-за вклада колебательного (флуктуационного) шума.

После пересмотра определения фазового шума IEEE в 1999 году спектр мощности сигнала является лишь приближением спектра фазового шума, действительным для ограниченного диапазона частот. Поскольку текущее определение не относится к фактической физической мощности, спектр фазового шума (за исключением спектра напряжения) простирается к бесконечности для низкочастотных компонентов. Хотя реальные единицы измерения теперь выражены в рад²/Гц, историческая единица дБн/Гц по-прежнему используется в качестве определенной единицы фазового шума.

Форм-фактор: Спектральные анализаторы доступны в нескольких форм-факторах — настольные устройства для высокопроизводительных лабораторных испытаний, модули автоматизированного тестирования для автоматизированных производственных сред и портативные или ручные анализаторы для полевых работ. Подходящий форм-фактор зависит от размера, портативности, условий окружающей среды и требуемого уровня производительности для предполагаемого применения.

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик Анализаторов Спектра в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/analizatory-radiochastotnogo-spektra

Поставки со склада и под заказ