Аналізатори радіочастотного діапазону. Прості пояснення

Як працюють спектральні аналізатори? Яке їхнє практичне застосування і чому вони так поширені серед «мисливців за привидами»?

Bob Myers 

Інженер-електрик, технолог та технар

Спектральний аналізатор можна розглядати як приймач, який багато разів і дуже швидко налаштовується на заданий діапазон частот і відображає рівень сигналу на кожній частоті як графік на екрані.

Ось приклад відображення спектрального аналізатора:

Цей приклад показує типовий AM-радіосигнал - пік у центрі - це несуча, а по обидва боки від несучої ви бачите «бічні смуги», що виникають в результаті модуляції одночастотного сигналу, розташовані вище і нижче частоти, що несе.

Спектральні аналізатори - це досить спеціалізоване обладнання, і вони використовуються не так широко, як поширені прилади, такі як звичайний осцилограф. Але коли він вам потрібний, мало ще може замінити. Спектральний аналізатор може бути дуже корисний, наприклад, при перевірці обладнання на електромагнітні перешкоди (ЕМП), оскільки він швидко визначає конкретні частоти, що цікавлять, і їх відносні амплітуди. Наприклад, нижче представлений графік спектрального аналізатора, що показує випромінювання тестованого пристрою в широкому діапазоні частот (червоні лінії показують допустиму межу цих випромінювань залежно від частоти):

Популярність подібних інструментів серед мисливців за привидами не має раціонального пояснення; немає жодних підстав вважати, що такий пристрій був би корисним у цій галузі, особливо враховуючи, що ніхто ніколи не доводив існування привидів, не кажучи вже про те, щоб показати, чому їх можна було б очікувати побачити на спектральному аналізаторі. Я припускаю, що ці інструменти (поряд з осцилографами тощо) демонструються в передачах про «мисливців за привидами», тому що вони вражають — у них багато ручок, кнопок, перемикачів та індикаторів, і вони, безумовно, ВИГЛЯДУТЬ так, ніби роблять щось дуже важливе.

Чому електронне вимірювальне обладнання, що працює в діапазоні 1-5 ГГц, таке дороге? У нас є дешеві телефони, дрони і т.д., чому ж аналізатор спектру повинен коштувати набагато дорожче?

Charles Vanberg 

Колишній інженер-електронщик, старший співробітник компанії Lockheed Martin (1995–2013)

Йдеться розмір ринку. Дещо потрібно використовувати аналізатори спектру. Подумайте, скільки людей мають мобільні телефони. Це ефект масштабу. Йдеться також про смугу пропускання. Аналізатори спектру охоплюють весь діапазон, а не лише один канал передачі. Аналізатори спектру відкалібровані для вимірювання частоти та амплітуди. Ваш телефон – ні. Всі ці вимоги до таких приладів, як аналізатори спектру, вимагають часу і трудовитрат на виробництво, тому вартість неминуче зростає.

Harold 

Спектральні аналізатори відображають лише обрану ділянку густого розчину електромагнітного випромінювання, виявленого у певній області або електронному пристрої. Але духи не випромінюють електромагнітного випромінювання, і єдина причина, через яку шахраї, що вигадують НЛО та паранормальні явища, використовують їх, — це обдурити духовно та науково неосвічених людей, змусивши їх повірити у їхню ненаукову та недуховну брехню. Оскільки я публікую книги про подібні містифікації, я іноді дивлюся деякі з цих до смішного дурних телепередач, і мене завжди вражає, як дурні люди вірять у те, що говорять ці неосвічені брехуни. В одному з епізодів відеокамера була спрямована через вікно літака на яскраву зірку, і камера тряслася, щоб зірка виглядала як тарілка, що літає, що рухається по випадковій траєкторії. Проблема для «ТВ оператора» полягала в тому, що плями та розлучення на вікні теж рухалися, і за тією ж траєкторією. Якщо ви хочете отримати технічно і духовно коректне пояснення походження привидів, явищ святих, спостережень НЛО та викрадень НЛО, ви можете придбати некомерційну книгу під назвою «Простір-час — дослідження двох взаємовиключних світів непізнаних літаючих об'єктів і викрадень НЛО ~ Розвінчання релігійних міфів».

Andre Hermanus 

Вивчав електроніку та телекомунікаційну інженерію у Кейпському технологічному університеті.

також:

Що таке аналізатор?

Спектральний аналізатор – це електронний пристрій, який використовується для вимірювання та відображення частотного спектра електричних сигналів. Це прилад, що працює в частотній області, на відміну від осцилографа, який працює у часовій області.

Він надає інформацію про амплітуду (силу) сигналів у діапазоні частот, що допомагає ідентифікувати, аналізувати та усувати неполадки сигналів у різних додатках. Існують спектральні аналізатори, спеціально призначені для роботи зі звуком, та спектральні аналізатори, спеціально призначені для радіочастотної техніки.

Аналізатор Радіочастотного Спектру:

- Він відображає, як потужність сигналу змінюється залежно від частоти.

- Він вимірює силу сигналів у дБм, вольтах чи ватах.

- Аналізатори спектру використовуються у телекомунікаціях, аналізі звуку, радарах, радіочастотній техніці та тестуванні електроніки.

Цифровий спектральний аналізатор: оцифровує сигнали та обробляє їх за допомогою цифрових методів.

Спектральний аналізатор реального часу: захоплює та аналізує сигнали у реальному часі, корисний для дослідження перехідних процесів.

Це мій старенький HP141 (див. фото нижче) з радіочастотною секцією 8555A та проміжною частотою 8552B. Він може вимірювати частоти від 10 МГц до 18 ГГц. І рівні від +10 дБм до -110 дБм за 50 Ом.

-110 дБм - це цілих 1 x 10^-14 Вт.

Або 0,00000000000001 Вт.

І це приблизно 0,707 мікровольт (мкВ) на навантаженні 50 Ом.

Або 0,000 000 707 вольт.

Мій HP141 також включає генератор стеження (TG) 8444A від 0,5 МГц до 1300 МГц.

Дуже корисний пристрій у радіочастотній техніці.

Мій HP141 з радіочастотним модулем 8555A у моїй домашній лабораторії:

Відображається сигнал 900 МГц за 0 дБм. Графік трохи асиметричний, тому що потребує калібрування/налаштування.

Abhishek Singh

Інженер-керівник (електроніка та телекомунікації) в компанії Oil and Natural Gas Corporation Ltd. (ONGC) (2018 р. – сьогодні)

також

Що ви знаєте про аналізатор спектру?

Спектральні аналізатори широко використовуються в електронній промисловості для аналізу частотного спектра радіочастотних, радіочастотних та аудіосигналів. Аналізуючи спектр сигналу, вони дозволяють виявити його складові та оцінити роботу схеми, що її генерує.

Навіщо ми проводимо спектральний аналіз?

Найбільш природний спосіб аналізу сигналів - це розгляд їх у часовій області, тобто спостереження за зміною амплітуди сигналу з часом. Саме для цього використовується осцилограф (Активувати гіперпосилання).

Будь-який сигнал, що спостерігається в часовій області, має еквівалентне уявлення в частотній області. Будь-який сигнал складається з багатьох компонентів різних частот.

Один із найпоширеніших прикладів — прямокутний сигнал. Він складається із сигналу, що включає основну частоту, а також третю, п'яту, сьому і т.д. гармоніки у правильних пропорціях.

Використання аналізатора спектру

Аналіз сигналів у частотній області за допомогою аналізатора спектра дозволяє вивчати такі аспекти, як гармонійний та паразитний склад сигналу.

Також важливою є ширина сигналів при застосуванні модуляції. Ці аспекти особливо важливі для розробки джерел радіочастотних сигналів, і особливо для будь-яких типів передавачів, включаючи ті, що використовуються в стільниковому зв'язку, Wi-Fi та інших радіо або бездротових додатках.

Випромінювання небажаних сигналів викликає перешкоди для інших користувачів радіочастотного спектру, тому дуже важливо забезпечити підтримку будь-яких небажаних сигналів нижче за допустимий рівень, що можна контролювати за допомогою аналізатора спектра.

Що таке аналізатор?

Ключовим фактором є можливість аналізу сигналів у частотній ділянці, тобто відображення спектра, що дозволяє побачити безліч нових аспектів сигналу.

Дисплей аналізатора, як і в осцилографа, має дві осі. У спектрального аналізатора вертикальна вісь відображає рівень або амплітуду, а горизонтальна частоту. Таким чином, у міру переміщення сканування вздовж горизонтальної осі, на дисплеї відображається будь-який рівень сигналу на даній частоті.

Це означає, що спектральний аналізатор, як випливає з назви, аналізує спектр сигналу. Він показує відносні рівні сигналів різних частотах в діапазоні конкретного сканування.

Rohde TestWalker

Менеджер продуктової лінійки у компанії Rohde & Schwarz (2016 – теперішній час)

також:

Навіщо люди використовують аналізатори спектра?

Одне із застосування аналізаторів спектра, яке ще не згадувалося, — це виявлення та усунення перешкод. Радіочастотне середовище стає все більш складним, що робить мережі все більш сприйнятливими до перешкод, тому пошук джерел перешкод є ключовим завданням для операторів мобільного зв'язку та регулюючих органів. Зовнішні перешкоди можуть виходити від ліцензованих або неліцензованих радіопередавачів. Ці перешкоди призводять до низької швидкості передачі даних провайдером послуг, обривів дзвінків та поганої якості звуку, часто унеможливлюючи встановлення або підтримку з'єднання.

Найбільш доцільним інструментом для пошуку джерел перешкод є портативний аналізатор спектру, такий як аналізатори спектру Rohde&Schwarz FSH. Вони здатні виконувати широкий спектр вимірювань, включаючи гео-тегування та картування приміщень, що дозволяє фахівцям з пошуку перешкод швидко визначити місцезнаходження небажаного передавача.

Kunal Lal

9 років роботи інженером із цифрової обробки сигналів.

Related

Які практичні застосування перетворення Фур'є?

Звуковий еквалайзер у вашому цифровому аудіоплеєрі по суті використовує перетворення Фур'є для визначення того, які звуки слід посилювати (баси/високі частоти і т.д.).

Майже всі сучасні бездротові стандарти, від Wi-Fi до 4G, засновані на властивості перетворення Фур'є, згідно з яким пакунка в часі ідентична множенню перетворень Фур'є. Таким чином, перетворення Фур'є є у всіх стільникових телефонах.

Квантове перетворення Фур'є використовується у знаменитому алгоритмі Шора, який перетворив квантові обчислення з математичної дивини на глобальну проблему безпеки.

Спектроскопія, радіоастрономія, всі види обробки сигналів використовують перетворення Фур'є. Навіть розпізнавання мови використовує так звані кепстральні коефіцієнти, які є модифікованою похідною перетворення Фур'є.

Tony Price

також

Що таке Робота Спектра?

Веселка – це спектр сонячного світла, що проходить через краплі дощу, і його можна відтворити за допомогою призми.

Принцип використання електромагнітного спектру для аналізу речовин та їх ідентифікації широко застосовується в лабораторіях: джерела ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного світла, що сканують діапазон від довгих хвиль до коротких, пропускають через хімічний зразок, створюючи графік поглинання, подібно до того, як тоноване скло відображає сонячне світло. Гамма-випромінювання, рентгенівські промені і навіть радіохвилі також використовують у різних областях.

Спектри сонячного світла можна аналогічним чином аналізувати, пропускаючи їх через призму, та ідентифікувати елементи, що утворюються внаслідок ядерного синтезу; спектр має чорні лінії поглинання в «райдузі», подібно до штрих-коду, які відповідають різним елементам.

Саме характеристики штрих-коду дозволили ідентифікувати розширення Всесвіту, оскільки штрих-коди зміщуються у бік довгохвильової червоної області спектру. Червоне усунення - як свисток поїзда при його видаленні.

Цей принцип надзвичайно корисний у багатьох наукових програмах.

Eric Hakanson

Колишній технічний директор (2015–2018)

також:

Чи можна використовувати мережевий аналізатор як аналізатор спектру?

Можливо, за певних обставин.

По-перше, існують спеціальні пристрої, призначені для виконання обох функцій. Це легко на звукових частотах, але складно для мікрохвильових. Мабуть, найвідомішим із них був HP 89410A/89441A.

По-друге, більшість сучасних мікрохвильових аналізаторів ланцюгів мають ступінчасте налаштування. Якщо діапазон досить вузький, а смуга пропускання ПЧ досить широка це може спрацювати. Але це призводить до наступного:

По-третє, інтерфейси користувача, як правило, дуже різні. Якщо в попередньому абзаці згадувалися «діапазон» і «смуга пропускання ПЧ», то ви часто не побачите ці терміни в інтерфейсі користувача аналізатора ланцюгів. І якщо вищезгадані вимоги не виконуються, що відбувається? Це ніби аналізатор спектру працював у режимі вибіркового детектування, тому сигнали можуть бути пропущені.

По-четверте, існує багато функцій аналізатора спектра, яких немає в аналізаторах ланцюгів, і навпаки. Наприклад, спектральні аналізатори (SPA) зазвичай калібруються для абсолютних вимірювань амплітуди, в той час як векторні аналізатори ланцюгів (VNA) мають дуже складні локальні калібрування для відносних амплітуд (хоча VNA часто мають локальне калібрування вимірювача потужності для абсолютних вимірювань), це дуже незручно. VNA часто мають кілька приймачів та вимірюють відносну фазу, у той час як SPA вимірюють модуляцію. SPA зазвичай мають режими нульового діапазону; в VNA може не бути еквівалента (хоча я не здивуюсь, якщо знайду якийсь еквівалент у VNA з іншою назвою, але, мабуть, без синхронізації).

По-п'яте, VNA завжди мають джерело, і часто кілька джерел. Канали аналізатора зазвичай синхронізовані за фазою з цими джерелами. Зазвичай є тестові комплекти для маршрутизації сигналів, але вони не мають сенсу для спектрального аналізу.

Існує безліч тонших відмінностей, часто специфічних для конкретного приладу.

Це загальне питання, чи ви хочете виконати конкретний вимір за допомогою конкретного приладу? Якщо останнє, ми могли б заглибитись у технічні характеристики та посібники, щоб подивитися, що можливо.

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

Постачання зі складу та на замовлення