Анализаторы спектра как хобби. ЧАСТЬ 2

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest(R) с предлагаемыми Анализаторами спектра, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

Дополнительные возможности с опцией U01:

• Предельные линии и предельные шаблоны с компаратором пределов
• Регистрация данных пиковых значений, полных трасс или
 изображений экрана от таймера, внешнего триггера или компаратора пределов
• Запуск развертки от внешнего триггера или компаратора пределов
• Таблицы компенсации, фиксированные смещения и компенсация 75R
• Возможность отображения содержимого экрана на ПК 

Рисунок 7. PSA2702T с откинутой защитой экрана. Защиту можно снять и добавить сзади, чтобы подпереть устройство.

Устранение неполадок с помощью PSA2702T и присоединенного зонда выполняется быстро и легко. Присоединив зонд ближнего поля непосредственно к анализатору, вы получаете идеальный ручной детектор выбросов. Хотя у устройства отсутствуют стандартные полосы пропускания ЭМП (например, 120 кГц), я не считаю это ограничением в процессе устранения неполадок. Обычно вы ищете относительные изменения. После того, как исправления будут реализованы, настанет время измерить ваш продукт в камере с надлежащим оборудованием, как указано в соответствующих стандартах ЭМС. 

Резюме –  Хотя PSA2702T не предлагает типичные полосы пропускания ЭМИ или квазипиковое обнаружение, он включает в себя ряд очень удобных функций для общего устранения неполадок ЭМС. Такие вещи, как маркеры, поиск пиков, усреднение, удержание пиков, память формы сигнала, шкала амплитуды в дБм или дБмкВ, захват экрана и память настройки прибора – не говоря уже о портативности – являются очень мощными инструментами для инженера ЭМС. Использование этого недорогого прибора для выполнения первоначального устранения неполадок перед отправкой продукта на испытательный полигон для проверки на соответствие требованиям сэкономит и деньги, и время. Этот действительно портативный анализатор спектра можно приобрести примерно за ежемесячную стоимость аренды настольного анализатора. Я настоятельно рекомендую приобрести PSA2702T-USC, который включает в себя защитный футляр для переноски, опцию U01 и кабель питания 12 В постоянного тока. Дистрибьютором в США является Saelig Electronics или Newark Electronics, и он продает вышеуказанный пакет менее чем за 1800 долларов.   

Ручной анализатор спектра AIM-TTi PSA6005 – Thurlby Thandar также имеет модель PSA6005 с частотой 6 ГГц, которая использует тот же корпус, что и PSA2702T (см. рисунок 8). Большая часть функциональности и спецификаций осталась такой же, как у модели PSA2702T, но она охватывает диапазон от 10 МГц до 6 ГГц. AIM-TTi продает более дешевое устройство PSA3005, которое имеет схожие характеристики, но имеет верхний предел частоты 3 ГГц. Анализаторы новой серии включают гораздо больше полос разрешения (RBW) от 300 Гц до 10 МГц в шаблоне 1:3:10.  

Видеополосы можно настраивать в том же диапазоне или фиксировать на RBW. Вертикальный масштаб может быть 1, 2, 5 или 10 дБ на деление. Это существенное улучшение по сравнению с RBW PSA2702T всего 15 кГц, 280 кГц и 1 МГц. Есть два маркера, которые могут считывать амплитуду и частоту, а также дельту. Можно определить предельные линии, и устройство можно запрограммировать на звуковой сигнал, остановку развертки, регистрацию развертки или выдачу выходного импульса при превышении предела. Предоставляется бесплатное программное обеспечение PSA Manager, которое может управлять многими функциями и отображать формы сигналов. При использовании вместе с опцией U02 оно обеспечивает очень мощный инструмент. 

Устройство может отображать амплитуды в дБм, дБмкВ, мВ или мкВт, и есть четыре опорных уровня: +20, 0, -20 и -40 дБм — улучшение по сравнению с двумя уровнями для PSA2702T 0 и -20 дБм. Устройство включает детекторы для альтернативного пика (по умолчанию), отрицательного пика, положительного пика, выборки, линейного среднего, логарифмического среднего и среднеквадратичного. Точность амплитуды и частоты приемлема для устройства такого размера и подходит для общих целей устранения неполадок. Однако вам захочется перейти на лабораторный анализатор для наиболее точных измерений или тестирования на соответствие. Конфигурации настроек можно сохранять и вызывать, а экран можно захватывать и хранить во внутренней памяти или на USB-накопителях. На данный момент поддерживаются не все флэш-накопители; будут работать только те, которые соответствуют классу USB Mass Storage Class (MSC) и имеют емкость от 32 МБ до 32 ГБ.

Опция U02 обеспечивает множество дополнительных функций, запускаемую развертку, предельные шаблоны и компаратор, маркеры каналов, пользовательские предустановки, автоматические измерения регистрации данных, таблицы смещений и компенсации, демодуляцию формы сигнала и «Просмотр на ПК», где форма сигнала может быть отправлена на ПК через USB для учебных целей. Опция USC включает в себя мягкий чехол для переноски. 

Рисунок 8. PSA6005 с набором принадлежностей и футляром для переноски (опция USC).

Устранение неполадок с помощью PSA6005 и присоединенного зонда происходит быстро и легко. Устройство достаточно чувствительно с большим двухоборотным зондом Beehive loop, поэтому предусилитель обычно не нужен. Присоединив зонд непосредственно к анализатору, вы получаете идеальный ручной детектор излучений. Хотя у устройства отсутствуют стандартные полосы пропускания ЭМП (например, 120 кГц для частот от 30 до 1000 МГц), я не считаю это ограничением в процессе устранения неполадок. Я просто использую 100 кГц. Излучения можно записывать с помощью снимков экрана (формат bmp) или таблиц переменных, разделенных запятыми (или разделенных) (csv), которые можно сохранять и импортировать в любимую электронную таблицу (см. Рисунок 9). Что мне особенно нравится, так это неограниченное количество настроек прибора, которые я могу сохранить. Мои любимые включают в себя 30–200 для низкочастотных излучений, 100–500 МГц для большинства моих типичных задач по устранению неполадок, 2,4–2,7 ГГц для сниффинга Wi-Fi и Bluetooth или 5,5–5,7 для диапазона Wi-Fi 5 ГГц. 

Рисунок 9. Снимок экрана, показывающий типичный сигнал цифрового телевидения «по воздуху».

Хотелось бы, чтобы нижний диапазон частот от 1 до 10 МГц не был потерян, так как это важно для измерений кондуктивных излучений. Наконец, время работы от батареи намного короче — 3 часа (минимум) против 8 часов для 2,7 ГГц PSA2702T. 

Резюме – хотя PSA6005 не предлагает типичные полосы пропускания ЭМИ или квазипиковое обнаружение, он включает в себя ряд очень удобных функций для общего устранения неполадок ЭМС. Такие вещи, как маркеры, поиск пиков, усреднение, удержание пиков, память формы сигнала, шкала амплитуды в дБм или дБмкВ, захват экрана и память настройки прибора – не говоря уже о портативности – являются очень мощными инструментами для инженера ЭМС. Обычно я использую этот инструмент, чтобы получить общее представление об излучениях от большой системы, а затем использую его или настольный анализатор для выполнения первоначального поиска и устранения неисправностей. Я рекомендую приобрести PSA6005-USC, который включает в себя защитный футляр для переноски, опцию U02 (несколько улучшений ЭМС), телескопическую антенну и кабель питания 12 В постоянного тока. Дистрибьюторы в США включают Newark Electronics и Saelig Electronics . 

Rohde & Schwarz FPH Spectrum Rider – есть еще один вариант, который стоит рассмотреть, поскольку он относительно доступен, учитывая, что его характеристики схожи с лабораторными анализаторами. Rohde & Schwarz анонсировали свой портативный анализатор FPH «Spectrum Rider», базовая цена которого начинается от 5280 долларов (см. рисунок 10). Я также рекомендую опцию со встроенным предусилителем за 440 долларов. У меня была возможность сделать обзор этого прибора, и я был приятно удивлен. Устройство обладает многими функциональными возможностями более дорогих анализаторов, но представляет собой компактный портативный прибор с питанием от батареи.  Хотя устройство и называют «ручным», оно более чем простое. По форм-фактору оно соответствует многим конкурентам, таким как Keysight и Anritsu, но все равно весит целых 5,5 фунтов. Ремешок сбоку помогает удерживать его одной рукой, но я бы не хотел носить его одной рукой слишком долго. Также есть удобная задняя складная опора, которую немного сложно отстегнуть, так как там мало за что ухватиться, но после развертывания она надежно подпирает устройство. Под опорной ножкой вы найдете сменную литий-ионную батарею и слот для карты micro SD для хранения данных и снимков экрана.  

Все элементы управления прибором четко расположены, и мне действительно не понадобилось руководство пользователя, чтобы начать им пользоваться. Устройство настраивается от 5 кГц до 2 ГГц, с опциями 3 или 4 ГГц. Хотя нет опции следящего генератора, устройство может многое предложить в плане точности и полезных функций. Срок службы батареи составляет восемь часов, и оно влагонепроницаемо, с легко читаемым дисплеем даже при ярком солнечном свете. Идеально подходит для использования в полевых условиях! 

Рисунок 10. Портативный анализатор спектра Rohde & Schwarz FPH «Spectrum Rider». Характеристики очень похожи на гораздо более дорогие анализаторы лабораторного качества, а базовая цена составляет всего 5280 долларов.

Основные элементы управления: частота, полоса пропускания, развертка, трассировка и измерение, а также маркер расположены над цифровой клавиатурой, а диапазон и амплитуда спускаются вниз по левой стороне. Выше находятся системные клавиши: предустановка, настройка, режим, линии, сохранение/вызов и захват экрана — которые мне, кстати, нравятся. Вы можете настроить текст имени файла в настройках, и тогда каждое нажатие кнопки захвата экрана автоматически увеличивает счетчик. Файлы сохраняются в формате JPEG или PNG.

Настройка пределов частоты проста. Вы можете установить центр/диапазон или верхний/нижний пределы. Управление смещением частоты позволяет сдвигать отображаемый спектр с шагом 1 Гц. Кнопка полосы пропускания позволяет управлять ручной или автоматической настройкой полосы пропускания. RBW можно установить от 3 Гц до 3 МГц в последовательности 1/3/10. Аналогичным образом время развертки можно установить вручную или установить на автоматический режим. Настройка может выполняться от 20 мс до 1000 секунд. Колесо прокрутки имеет центральную кнопку, которая служит в качестве элемента управления «ввод». Верхняя панель включает входной порт, внешний триггер/внешний опорный вход, разъем для наушников и несколько портов USB. Левая боковая панель включает разъем для зарядного устройства аккумулятора и слот безопасности. Правая боковая панель включает порт Ethernet и USB. Прибором можно управлять дистанционно с помощью портов Ethernet или USB через стандартное управление SCPI или VISA. Все порты имеют прорезиненные крышки для защиты от непогоды.

Управление маркером позволяет находить пиковый сигнал (новый маркер), который немедленно подключается к колесу прокрутки. Доступно шесть маркеров с соответствующими показаниями дельта-частоты и амплитуды на верхнем дисплее. Кроме того, установка маркера на определенный сигнал и последующее нажатие функции маркера открывает настройки демодуляции для AM и FM. Мне нравится, что метка маркера («M1») расположена вне трассы.

Настольные анализаторы 

Для более серьезного устранения неполадок ЭМС есть несколько доступных вариантов качественных настольных анализаторов. К ним относятся Rigol DSA815 и Siglent SSA3000X-серии. Все они перечислены достаточно точны для предварительного тестирования на соответствие, когда вы устанавливаете постоянный или временный 3-метровый испытательный диапазон внутри компании, чтобы напрямую сравнивать измерения с результатами сторонних испытательных лабораторий. 

Rigol DSA815TG – если и был один анализатор спектра, который наделал много шума, когда он был выпущен несколько лет назад, то это бюджетный анализатор спектра Rigol DSA815 ($1295), который настраивается от 9 кГц до 1,5 ГГц (см. Рисунок 11). Опция следящего генератора обойдется в дополнительные $200 (настоятельно рекомендуется), а опция EMI, которая обеспечивает квазипиковое обнаружение и три общие полосы разрешения EMI (все они необходимы для соответствия большинству современных стандартов EMC), стоит дополнительных $600. Есть и ряд других доступных опций. 

Рисунок 11. Rigol DSA815TG со следящим генератором (фото предоставлено Rigol Electronics).

Большой цветной экран (800×480 WVGA) четкий и легко читаемый (см. Рисунок 12). Элементы управления организованы в логические группы, в значительной степени дублирующие то, что можно найти на большинстве высококлассных анализаторов спектра. Помимо обычных кнопок частоты, диапазона и амплитуды, основные группы включают управление, маркер, измерение, утилиту и редактирование (цифровой и текстовый ввод). Вертикальный ряд программных клавиш выбирает вторичные функции. Внизу вдоль левой стороны вы найдете столбец значков состояния анализатора. Также есть клавиша «помощь», которая опишет вам каждый элемент управления. 

Рисунок 12. DSA815 может автоматически отображать десять верхних пиков излучения. Фото предоставлено Rigol Electronics.

Хотя рекламировалось «до -135 дБм отображаемого среднего уровня шума (DANL)», на практике он был скорее порядка от -60 до -90 дБм, в зависимости от диапазона частот и задействованных полос разрешения. Наиболее используемые элементы управления находятся на расстоянии одного или двух нажатий кнопок. Легко сохранять снимки экрана и сохранять/вызывать настройки инструментов. Метод именования файлов чем-то похож на ввод текста на обычных (не «умных») мобильных телефонах и довольно быстро. 

Одна из функций, которую я часто использую, — это линия отображения. Установив ее на базовом показании эмиссии, вы можете затем приступить к пробе различных исправлений, отслеживая свой прогресс. К сожалению, она несколько зарыта в структуре меню. 

Siglent Technologies SSA3000X-Series – Siglent Technologies , базирующаяся в Китае, выпустила свою серию недорогих анализаторов спектра SSA3000X несколько лет назад. Он использует тот же компактный форм-фактор, что и Rigol, но немного шире, чтобы вместить более широкий видеодисплей (см. Рисунок 13). Базовый блок настраивается от 9 кГц до 2,1 ГГц, а другая модель достигает 3,2 ГГц. С тех пор они выпустили много моделей с более высокой пропускной способностью, а также анализаторы в реальном времени.  

Есть аналогичная опция генератора ЭМИ и отслеживания. Схема управления похожа на Rigol и проста в использовании. Обе модели Siglent предлагают немного улучшенные характеристики по амплитудной точности и частотному разрешению. Они также отображают больше трасс и маркеров, а бесплатное программное обеспечение для Windows PC помогает определять предельные линии и выполнять автоматизированное предварительное тестирование на соответствие и документирование. 

Рисунок 13. Анализатор спектра серии Siglent SSA3000X настраивается от 9 кГц до 2,1 ГГц или 3,2 ГГц в зависимости от модели.

Обзор анализатора спектра Swept 

Хотя RF Explorer, AirSpy и TinySA симпатичны и могут помочь в устранении проблем с выбросами при ограниченном бюджете, любой другой более серьезный анализатор должен подойти вам лучше. Моим предпочтением для полевого использования остается AIM-TTi PSA2702T, потому что он быстр в использовании, хорошо помещается в транспортный кейс и не требует ношения второго элемента оборудования. Rohde and Schwarz Spectrum Rider гораздо более высокого качества и также будет хорошо работать в полевых условиях.  

Преимущество анализаторов Rigol или Siglent в том, что они точнее, чем AIM-TTi PSA2702T, и включают в себя предусилитель, следящий генератор, полосы пропускания ЭМИ и квазипиковый детектор. Однако по базовой цене они ограничены всего 1,5 или 2,2 ГГц соответственно.  

Генераторы слежения являются ценным инструментом для поиска неисправностей, позволяющим определять резонансы, потери в кабеле и отклики фильтров. Конечно, и Rigol, и Siglent, а также основные производители имеют модели, которые работают на более высоких частотах за дополнительную плату. 

Магазин Gtest® со своей стороны предлагает рассмотреть АНАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА МОДЕЛЬНОГО РЯДА XSA800 OWON.

• Частотный диапазон 9kHz -1.5GHz
• 160 dBm Отображаемый усреднённый уровень шума (DANL)
• Фазовый шум -80 dBc/Hz @1GHz при смещении в 10 kHz
• Точность по амплитуде не более -1.5 dB при точной настройке прибора (заводская настройка по умолчанию - 3dB)
• 1 Hz минимальная величина разрешения по полосе пропускания (RBW)
• EMI комплект для предварительного тестирования, дополнительное прикладное программное обеспечение для испытаний на ЭМС (электромагнитная совместимость)
• Дополнительный генератор слежения/трекинг генератор (стандартное прикладное ПО генератора слежения, может быть дистанционно адаптировано в соответствии с текущими прикладными задачами) 
• Функциональная графика режима «водопад», анализ качества сигнала модуляции, демодуляция акустических сигналов и т. д. целый ряд стандартных и расширенных функций тестирования
• Стандартная проверка «Годен/ Не годен» на месте и функция оповещения
• Адаптация к цифровым технологиям промежуточной частоты