Що таке аналізатор радіочастотного діапазону? Дуже коротко і доступно

Аналізатор радіочастотного спектру (активувати гіперпосилання)— це прилад, який вимірює та відображає потужність сигналів у широкому діапазоні частот, допомагаючи інженерам визначити, які сигнали є в системі та наскільки вони сильні. Замість показу зміни сигналу в часі, як осцилограф, він відображає амплітуду сигналу в залежності від частоти. Це дозволяє інженерам визначати рівень потужності окремих частотних компонентів, виявляти небажані сигнали та оцінювати поведінку пристрою у робочому діапазоні частот. Аналізатори спектру зазвичай використовують супергетеродинні або засновані на БПФ архітектури для перетворення частоти та обробки широких діапазонів частот із високою точністю.

Вони є важливими інструментами для тестування бездротових систем, радіочастотних компонентів та комунікаційного обладнання. Інженери використовують їх для вимірювання потужності каналу, смуги пропускання, паразитних випромінювань, гармонік, фазового шуму і чистоти сигналу. Ці вимірювання допомагають забезпечити відповідність нормативним стандартам (таким як FCC або ETSI) та перевірити продуктивність при проектуванні, виробництві та обслуговуванні радіочастотних систем, таких як стільникові мережі, Wi-Fi, радари, супутникові системи та пристрої IoT.

Аналізатори радіочастотного спектра мають цілу низку функцій, таких як аналіз спектра в реальному часі, векторний аналіз сигналів, демодуляція та багатодоменна кореляція. Вони часто підтримують дуже широкий діапазон частот, аж до міліметрового діапазону для 5G, автомобільних радарів та високочастотних мікрохвильових додатків.

Основні характеристики, куди слід звернути увагу під час виборів аналізатора спектра:

Робоча частота (МГц/ГГц): Цей параметр визначає діапазон частот, де аналізатор спектра може вимірювати сигнали. Більш широкий діапазон робочих частот дозволяє аналізатору підтримувати більшу кількість програм — від низькочастотного радіочастотного тестування до вимірювань у мікрохвильовому та міліметровому діапазонах, що використовуються у радарах, супутниковому зв'язку та системах 5G. Вибір правильного діапазону частот гарантує, що аналізатор зможе реєструвати як основний сигнал, і його гармоніки чи побічні випромінювання.

Смуга пропускання роздільної здатності (RBW): RBW визначає здатність аналізатора розрізняти два сигнали, близькі за частотою. Вужча смуга пропускання роздільної здатності забезпечує більш високу роздільну здатність по частоті, дозволяючи точно вимірювати сусідні сигнали, рівні шуму і спектральні деталі. Однак більш вузька смуга пропускання роздільної здатності також збільшує час розгортки, тому оптимальне налаштування залежить від необхідної точності вимірювання та обмежень швидкості тестування.

Смуга пропускання роздільної здатності (RBW) відіграє важливу роль у дозволі сигналів, близьких один до одного в частотній області.

RBW визначає смугу пропускання ПЧ-фільтра в гетеродинному приймачі і керує частотною роздільною здатністю результуючого спектру — чим менше RBW, тим вища спектральна роздільна здатність, що означає більшу кількість піків частот, які можна розрізнити. Якщо смуга пропускання занадто широка, дві частоти можуть бути об'єднані в одну, і їх буде важко розрізнити.

RBW також визначає мінімальний час розгортки, оскільки менші значення RBW вимагають більшого часу розгортки, так як вузькосмугові фільтри мають більш тривалий час встановлення, ніж широкосмугові.

Типові значення лінії пропускання варіюються від 1 Гц до 10 МГц.

Середній рівень шуму, що відображається (DANL): DANL являє собою найнижчий рівень сигналу, який може виявити аналізатор, щодо смуги пропускання 1 Гц. Він характеризує внутрішній рівень шуму приладу і впливає на чутливість. Нижчий (негативніший) DANL дозволяє аналізатору вимірювати надзвичайно слабкі сигнали та відрізняти їх від власного внутрішнього шуму, що критично важливо при аналізі малопотужних передавачів, витоків або перешкод.

DANL - це шум, що генерується всередині вимірювального приладу. Його можна розглядати як амплітуду рівня шуму спектрального аналізатора у заданому діапазоні частот при вхідній напрузі 50 Ом. Прилад/аналізатор не може вимірювати вхідні сигнали нижче цього значення.

Значення DANL вказується в дБм і вимірюється при вузькій смузі пропускання (RBW) для досягнення найкращої чутливості. Значення DANL у технічних характеристиках вказується або із зазначенням конкретної смуги пропускання (наприклад, -135 дБм при 1 кГц RBW), або дБм/Гц (наприклад, -160 дБм (Гц)).

Фазовий шум: Фазовий шум кількісно визначає короткочасну нестабільність частоти, яка проявляється у вигляді «спідниць» навколо сигналу, що несе. У аналізаторі спектра цей параметр вказує, наскільки власний шум приладу впливає вимірювання поблизу джерела сигналу. Низький рівень фазового шуму необхідний при вимірюванні вузькосмугових сигналів, генераторів з низьким рівнем спотворень або стандартів зв'язку з жорсткими вимогами до спектральної чистоти, забезпечуючи точні показання прилеглих паразитних чи бічних смуг.

Фазовий шум визначається як шум, що виникає через швидкі, короткочасні, випадкові флуктуації фази, що відбуваються в сигналі. Ці випадкові флуктуації спричинені нестабільністю в часовій ділянці, яка називається фазовим тремтінням.

Фазовий шум - це спектр шуму, який поширюється по обидва боки сигналу внаслідок фазового тремтіння. У більшості програм радіоприймачів фазовий шум вказується в термінах односмугового фазового шуму. Фазовий шум рівномірно поширюється по обидва боки від несучої, але вимірюється лише один бік — звідси і назва «односмуговий фазовий шум».

При заданні фазового шуму необхідно вказати три елементи:

1. Амплітуда фазового шуму: виявляється у дБ щодо несучої. Зазвичай позначається в дБн, наприклад, -70 дБн - на 70 децибел нижче за рівень несучої.

2. Зміщення щодо несучої: наприклад, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц.

3. Смуга пропускання виміру: потужність шуму пропорційна смузі пропускання, тому її слід вказувати. Зазвичай як смугу пропускання приймають 1 Гц.

У той час як безшумний коливальний контур виробляє ідеальний періодичний сигнал, фундаментальні фізичні шумові процеси, такі як тепловий шум або коливальний шум викликають зміни фази генератора. Фазовий шум визначається як величина частотної області, пов'язана з щільністю спектральної потужності цих статистичних фазових зрушень. Через спосіб перетворення шуму пристрою на фазовий шум, типовий спектр фазового шуму може бути описаний рівнянням Лісона: У той час як на високочастотних компонентах спостерігається постійний рівень шуму, при русі до низькочастотних компонентів фазовий шум спочатку зростає з залежністю 1/f², а починаючи зі специфічної для схеми кутової частоти коливального (флуктуаційного) шуму.

Після перегляду визначення фазового шуму IEEE 1999 року спектр потужності сигналу є лише наближенням спектра фазового шуму, дійсним обмеженого діапазону частот. Оскільки поточне визначення не відноситься до фактичної фізичної потужності, спектр фазового шуму (за винятком спектра напруги) тягнеться до нескінченності низькочастотних компонентів. Хоча реальні одиниці виміру тепер виражені в рад²/Гц, історична одиниця дБн/Гц, як і раніше, використовується як певна одиниця фазового шуму.

Форм-фактор: Спектральні аналізатори доступні у кількох форм-факторах — настільні пристрої для високопродуктивних лабораторних випробувань, модулі автоматизованого тестування для автоматизованих виробничих середовищ та портативні або ручні аналізатори для польових робіт. Відповідний форм-фактор залежить від розміру, портативності, умов довкілля та необхідного рівня продуктивності для передбачуваного застосування.

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

Постачання зі складу та на замовлення