Аналізатор РЧ спектру. Як обійтися "малою кров'ю" за складних режимів вимірювань

Які доступні за ціною аналізатори спектру?

Mr. Robert Mueller

На пенсії, працюю вдома (2004-тепер)

Пошукайте на eBay аналізатори спектру вартістю менше ніж 150 доларів, що працюють приблизно до 4 ГГц. Їхня продуктивність, схоже, досить хороша для багатьох застосувань, і я вважаю їхньою цінною заміною вживаним приладам лабораторного виконання з приблизно такими ж характеристиками, що й аналізатори на eBay, але які (лабораторні) легко можуть коштувати кілька тисяч доларів. У той же час відносно простенькі SA набагато компактніші. Для їх використання необхідний комп'ютер, який забезпечить дисплей, живлення та хоча б частину керування через USB. Багато моделей здатні більше і можуть вимірювати передачу сигналу від входу до виходу таких схем, як фільтри.

Одне попередження, яке не слід ігнорувати: переконайтеся, що ви одразу отримаєте належне програмне забезпечення (ПЗ) або вам порекомендують якесь відповідне ПЗ. Будьте уважні, якщо у вас немає адаптації до сайтів, які використовують тільки китайську мову, інакше у вас можуть виникнути проблеми із завантаженням цього належного програмного забезпечення. Особисто я рекомендую вам уточнити інформацію перед оплатою за прилад та переконатися, що у вас є досвід чи допомога для доступу до ПЗ, що є ключовим компонентом усіх ваших зусиль. В описі на eBay деякі пристрої вказані в комплектації з маленьким CD-диском, і я підозрюю (не знаю!), Що з ними проблем не буде. Досить поширені заяви про те, що таке програмне забезпечення не заслуговує на довіру (ось і я припустився помилки з таким ПЗ). Я витратив багато часу, намагаючись розібратися, тому що «пропоноване» ПЗ, схоже, було написано поспіхом і так і не було доопрацьовано; воно виводило результати на екран у міру сканування спектра, але нічого корисного не відобразилося. У мене є теорії про те, що сталося, але вони поки що лише домисли, тому я залишу їх при собі. А ви думайте самі.

Якщо ви придбаєте пристрій з програмою WinNWT4000, результати повинні бути прийнятними, але, будь ласка, не думайте, що це єдиний варіант. Є люди, які пишуть дуже хороше програмне забезпечення та пропонують його безкоштовно або, можливо, за розумними цінами за високу якість роботи. При належному догляді ви пізніше порадієте можливостям перерахованого вище комплекту обладнання та програмного забезпечення до нього.

Загалом я дуже задоволений своїм працездатним пристроєм і вважаю його вигідною покупкою: багато потужності у компактному корпусі. Для аналізу спектра звуку можна просто завантажити програму для аналізу, яка працює разом зі звуковою картою більшості сучасних комп'ютерів. Ця програма охоплює звичайний чутний діапазон частот і забезпечує гарний дозвіл за частотою та амплітудою. Я згадую про це, тому що в первісному варіанті ПЗ не дається жодного уявлення про те, який робочий діапазон частот необхідний, а дві пропозиції на ПЗ охоплюють два загальні діапазони, але ці дві пропозиції вирішують проблеми у своїх завалених на них областях, не маючи особливої ​​можливості допомогти в іншій з двох або кількох областей.

Mr. Richard Johnson

Колишній менеджер зі світлофорів та вуличного освітлення в місті Портленд (1990–2011)

Яке призначення аналізатора спектра з погляду таких параметрів, як діапазон, початкова та кінцева частоти, а також налаштування амплітуди?

Це дозволяє технічному фахівцю досліджувати частоти в межах діапазону, що переглядається. Аналізатор відображає ці частоти на графіку x, y. Звичайно, діапазон має початкову частоту та кінцеву частоту в залежності від бажаної смуги частот, яку хоче переглянути технік. Також смуга пропускання захопленого відгуку багато в чому пов'язана з тим, що ви хочете побачити. В аналізаторі спектру зазвичай є функція, який дозволяє розширювати або звужувати частоту захопленого амплітудного відгуку. Потім амплітуда також може відображатись в дБ на сітку, що дозволяє вам бачити події докладніше. Деякі аналізатори спектра мають фіксовану смугу пропускання, але ці частини випробувального обладнання є спеціалізованим типом пристроїв. Крім того, аналізатор має фіксований вхідний опір, зазвичай 50 Ом, але деякі спеціальні типи CATV використовують 75 Ом.

Mr. Abhishek Singh

Старший інженер (електроніка та телекомунікації) в Oil and Natural Gas Corporation Ltd. (ONGC) (з 2018 р. до теперішнього часу)

Що ви знаєте про аналізатор спектру?

Аналізатори спектру широко використовуються в електронній промисловості для аналізу частотного спектру радіочастотних та аудіосигналів. Аналізуючи спектр сигналу, вони дозволяють виявити його складові та оцінити характеристики схеми, що їх генерує.

Навіщо ми проводимо спектральний аналіз?

Найбільш природний спосіб розглядати сигнали - це у часовій області, спостерігаючи за зміною амплітуди сигналу з часом, тобто в часовому домені. Саме для цього використовується осцилограф.

Будь-який сигнал, що спостерігається в часовій області, також має еквівалентне подання частотної області.

Будь-який сигнал складається з багатьох компонентів різних частот!

Одним із поширених прикладів є прямокутний сигнал. Він складається з сигналу, що включає основну гармоніку, а також третю, п'яту, сьому тощо гармонії в правильних пропорціях.

Використання аналізатора спектру

Аналіз сигналів у частотній області за допомогою аналізатора спектра дозволяє аналізувати такі аспекти, як гармонійні та паразитні складові сигналу.

Також важливою є ширина сигналу після модуляції. Ці аспекти мають особливе значення для розробки джерел радіочастотних сигналів, і особливо будь-яких типів передавачів, включаючи передавачі у стільниковому зв'язку, Wi-Fi та інших радіо- та бездротових системах.

Випромінювання небажаних сигналів буде створювати перешкоди для інших користувачів радіочастотного спектру, тому дуже важливо стежити, щоб рівень небажаних сигналів не перевищував допустимий рівень, який можна контролювати з допомогою конкретного аналізатора спектра.

Що таке аналізатор? Дуже коротко і для наочності:

Тип інструменту тестування:

Вимірник потужності:

Частотні вимірювання (ні), Інтенсивність / Амплітуда сигналу (так), Застосування: для точних вимірювань загальної складової потужності

Лічильник частоти:

Частотні вимірювання (так), Інтенсивність / Амплітуда сигналу (ні), Застосування: для високоточних вимірювань домінантної частоти всередині сигналу

Аналізатор спектру:

Частотні вимірювання (так), Інтенсивність / Амплітуда сигналу (так), Застосування: для відображення на екрані спектра радіочастотного сигналу. Також може застосовуватися для вимірювань потужності та частоти, хоч і не з такою точністю, як спеціально призначені для цього інструменти

Аналізатор радіочастотної мережі:

Частотні вимірювання (так), Інтенсивність / Амплітуда сигналу (так), Застосування: аналіз характеристик РЧ пристроїв

Ключовим фактором є те, що Аналізатор спектру здатний розглядати сигнали в частотній області, тобто, відображаючи спектр конкретного сигналу, можна побачити безліч нових аспектів цього сигналу.

Дисплей аналізатора, як і в осцилографа, має дві осі. Вертикальна вісь аналізатора спектра відображає рівень або амплітуду, а горизонтальна частоту. Таким чином, при переміщенні сканування горизонтальною осі на дисплеї відображається рівень будь-якого сигналу на даній частоті.

Це означає, що аналізатор спектра, як випливає з назви, аналізує спектр сигналу. Він відображає відносні рівні сигналів на різних частотах діапазону конкретної розгортки або сканування.

Які типи аналізаторів спектра?

Існує дві основні категорії аналізаторів спектру: аналізатори з частотою, що коливається, і аналізатори в реальному часі. Як аналізатори з частотою, що коливається, так і аналізатори в реальному часі існують вже багато років. Проте за останнє десятиліття аналізатори спектру значно вдосконалилися. Ці нові аналізатори спектру використовують цифрову обробку сигналів для розширення можливостей вимірювання та значного спрощення інтерпретації результатів. Як аналізатори з частотою, що коливається, так і аналізатори в реальному часі відображають амплітуду в залежності від частоти. Однак те, як вони обробляють та відображають цю інформацію, залежить від типу аналізатора. Аналізатор спектра у реальному часі відображає енергію на всіх частотних компонентах одночасно. Аналізатор спектру з частотою, що коливається, відображає результати вимірювань послідовно, іншими словами, не в «реальному часі». Це пов'язано з тим, що аналізатор з частотою, що коливається, по суті, використовує один вузькосмуговий фільтр, налаштований на весь діапазон частот для формування спектру. Аналізатори з частотою, що коливається, традиційно використовувалися для високочастотних додатків, наприклад, 100 кГц і вище. Аналізатори в реальному часі зазвичай використовуються для низьких частот, наприклад для вимірювання аудіо-частот і х-к вібрації.

Mr. Eric Hakanson

Чи можна використовувати мережевий аналізатор як аналізатор спектру?

Можливо, за певних обставин.

По-перше, існують продукти, спеціально розроблені для виконання обох функцій. Це легко робити на звукових частотах, але складно на мікрохвильових. Мабуть, найвідомішими були HP 89410A/89441A.

По-друге, більшість сучасних векторних аналізаторів ланцюгів НВЧ мають ступінчасте налаштування. Якщо смуга огляду досить вузька, а смуга ПЧ досить широка це може працювати.

По-третє, інтерфейси користувача, як правило, сильно різняться. Якщо у попередньому абзаці згадувалися «смуга огляду» та «смуга ПЛ». Ви часто не зустрінете ці терміни в інтерфейсі векторного аналізатора ланцюгів. І що станеться, якщо вищезазначені вимоги не будуть виконані? Це ніби SPA працював у режимі детектування відліків, тому велика кількість сигналів можуть бути пропущені.

По-четверте, існує безліч функцій аналізатора спектра, яких немає у векторних аналізаторах ланцюгів, і навпаки. Наприклад, аналізатори ланцюгів (SPA) зазвичай калібруються для вимірювання абсолютної амплітуди, в той час як векторні аналізатори ланцюгів (VNA) мають дуже складну локальну калібрування для вимірювання відносної амплітуди (хоча VNA часто калібруються локально за вимірювачем потужності для абсолютних вимірювань, це дуже незручно). Векторні аналізатори ланцюгів (VNA) часто мають кілька приймачів та вимірюють відносну фазу, тоді як SPA вимірюють модуляцію. SPA зазвичай мають режими із нульовою смугою огляду; у векторному аналізаторі ланцюгів (VNA) може бути еквівалента (хоча я не здивуюся, якщо знайду еквівалент у векторному аналізаторі ланцюгів з іншою назвою, але, мабуть, без синхронізації).

По-п'яте, у векторних аналізаторах ланцюгів (VNA) завжди є джерело, а часто й кілька. Канали VNA зазвичай синхронізовані за фазою з цими джерелами. Зазвичай існують тестові набори для маршрутизації сигналів, але не мають сенсу аналізу спектра.

Крім того, існує безліч тонших відмінностей, які часто залежать від конкретного приладу.

Mr. Eric Hakanson 

Бакалавр наук в галузі електротехніки, Політехнічний університет Вірджинії (випуск 1979 р.)

При використанні SA як дізнатися, яка частота використовується для якої програми?

Є кілька способів, і жоден із них не простий. Ось деякі з них:

1. Несуча частота у порівнянні з частотами, виділеними для цього місцезнаходження державними органами. Іноді ідентифікувати несучу легко, оскільки вона виділяється. В інших випадках визначити точну несучу складно, оскільки вона прихована шумоподібною модуляцією. Схоже, що решта відповідей спрямовано саме на цей метод. Одним з обмежень цього є те, що діапазони частот можуть мати кілька виділень. Це працює, якщо сигнали можна розділити або відстанню, або посилення антени, або іншим способом. У США, наприклад, існує два абсолютно різні набори виділень: один від FCC для комерційного та індивідуального використання, а інший від NTIA для державного використання. Звичайно, між ними існує деяка координація, але я впевнений, що вона не є ідеальною.

2. Зверніть увагу на форму діапазону, включаючи ширину. З практикою ви навчитеся розрізняти різні типи модуляції. Наприклад, AM-радіо сильно відрізняється від стільникового зв'язку LTE. Функція Max Hold може допомогти.

3. Подивіться на нульову смугу огляду. Це може дати більше інформації, наприклад, про зміни амплітуди. AM виглядатиме зовсім інакше, ніж FM, яка, у свою чергу, виглядатиме зовсім інакше, ніж FSK, наприклад. Будьте уважні з вибором смуги роздільної здатності (RBW), щоб отримати весь сигнал і нічого більше (що може бути неможливо). Змінюйте тимчасову шкалу, щоб отримати додаткову інформацію; наприклад, сигнали радарів часто містять інформацію про імпульси, так і інформацію про діаграму спрямованості антени/швидкості сканування.

4. Іноді використання спектрограми може дати додаткові підказки, оскільки вони відображають тимчасову та частотну області на одному графіку.

5. Демодулюйте сигнал. Сучасні аналізатори спектру часто мають набір функцій демодуляції, зазвичай, опціонально. Якщо ви зможете демодулювати сигнал за допомогою одного з них, ви зрозумієте, який це сигнал. Іноді можна демодулювати його до аудіо або навіть відео.

6. Поряд з аналізатором спектра можуть використовуватися інші джерела інформації, наприклад, Вікіпедія для отримання інформації про розподіл частот стільникового зв'язку та інших мереж, а також тестовий режим, доступний у багатьох стільникових телефонах.

Як знизити рівень шуму, що відображається на аналізаторі спектру?

Тут є кілька досить хороших відповідей, але жодна з них не є вичерпною. Як учасник кількох команд розробників високопродуктивних аналізаторів, я вважаю (без хибної скромності), що досить кваліфікований для цього.

Ось список, який, сподіваюся, буде вичерпним:

1. Зменште ослаблення вхідного сигналу аналізатора. Майте на увазі, що це збільшить спотворення сигналів і часто призводить до поганого узгодження імпедансу, збільшуючи амплітудну невизначеність та погіршуючи нерівномірність АЧХ.

2. Регулювання опорного рівня аналізатора може змістити рівень шуму на кілька дБ, оскільки коефіцієнт шуму підсилювачів ПЧ може трохи змінюватись в залежності від налаштування посилення (якщо використовується змінне посилення – деякі аналізатори роблять це повністю цифровим способом).

3. Увімкніть підсилювач аналізатора, якщо він є. Стережіться сильні сигнали, які можуть перевантажити підсилювач; якщо вони є, відфільтруйте їх, якщо це можливо.

4. Використовуйте зовнішній підсилювач, сфокусований на сигналі, якщо це цікаво. Коефіцієнт шуму аналізаторів спектру зазвичай становить близько 10 дБ. Дійсно, хороший зовнішній підсилювач може забезпечити 1 дБ. Для виміру амплітуди необхідно компенсувати посилення зовнішнього підсилювача.

5. Зменшіть рівень шуму зовнішнього підсилювача, максимально охолодивши його. У радіотелескопах часто використовуються підсилювачі, що охолоджуються рідким гелієм, для досягнення мінімального рівня шуму. Зверніть увагу, що рівень шуму зазвичай визначається як KTB, де K – постійна Больцмана, T – температура, а B – ширина смуги пропускання. Таким чином, зниження температури з 300 До (приблизно кімнатної температури) до 3 До (приблизно температури рідкого гелію) дає зниження шуму на 20 дБ.

6. Зверніть увагу, що принаймні один відомий мені висококласний аналізатор має режим значно кращого коефіцієнта шуму передпідсилювача (КШ), тому прочитайте керівництво до аналізатора і включіть цей режим, якщо він є.

7. Для CW-сигналів зменшіть роздільну здатність (ППР).

8. Для імпульсних сигналів в аналоговому аналізаторі збільшення ППР може покращити відношення сигнал/шум (ОСШ). Дивно, але цього не відбувається на жодному аналізаторі з цифровою ПЧ, який я пробував. 9. Для шумоподібних сигналів визначте, яке дозвіл по смузі пропускання (RBW) забезпечує наилучше відношення сигнал/шум. Коефіцієнт шуму (NF) фільтрів дозволу по смузі пропускання може трохи змінюватись. Можливо, він становить близько дБ, але часто відрізняється від нуля.

10. Якщо сигнал стаціонарний (тобто середнє значення не змінюється), перевірте, чи можна використовувати «компенсацію шуму». Це усереднює шум до стабільного значення, потім усереднює сигнал і віднімає від нього шум.

11. Зменшення смуги пропускання відеосигналу (VBW) або усереднення трас зменшує дисперсію шуму, що знижує пік шуму, що може допомогти виявити сигнал. Відношення RBW до VBW, що дорівнює приблизно 10, часто забезпечує найвищу швидкість розгортки для заданого мінімального сигналу, який можна використовувати. Іноді для цього найкраще зменшити VBW та використовувати усереднення трас.

12. Знайдіть спосіб отримати більше сигналу, щоб покращити відношення сигнал/шум (що зазвичай важливо) для наявного сигналу. Це може бути, наприклад, використання кабелю з низькими втратами, додавання підсилювача поруч із джерелом або використання антени з вищим коефіцієнтом посилення. Іноді може допомогти просте наближення до джерела.

13. Іноді може допомогти тимчасова селекція імпульсного сигналу, оскільки шум, що виникає за відсутності сигналу, не враховується.

14. Усуньте зовнішні джерела шуму чи перешкод. Інша відповідь досить добре розкриває цю складну тему. Іноді це можна зробити, провівши вимірювання в інший час, коли інші сигнали відсутні.

15. Купуйте або орендуйте якісніший аналізатор.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник Аналізаторів Спектру в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelne-pribory/analizatory-radiochastotnoho-spektra

Постачання зі складу та на замовлення