Что такое анализатор спектра? Обзор анализаторов спектра.

Анализатор спектра – это устройство, позволяющее измерить и визуализировать спектр сигнала. Сам спектр сигнала представляет собой набор синусоидальных волн в определенный момент времени и отображает распределение энергии сигнала по частотам. Анализатор спектра выдает частотно-амплитудную характеристику сигнала.

1.jpg

Назначение
Анализатор спектра подает сигнал в частотной форме. Таким образом, становится возможным проанализировать сигнал с точки зрения его частоты, амплитуды и уровней.
Этот прибор является важным инструментом при разработке, обслуживании и эксплуатации радиоаппаратуры, мобильного и телекоммуникационного оборудования, а также самых разных систем связи. Кроме того, анализаторы спектра применяются для редактирования и реставрирования звука.
В некоторых случаях возникает необходимость наблюдения за спектром сигнала. Например, на государственном уровне каждая радио-служба работает на своей частоте. Важно, чтобы этот принцип не нарушался, и смешение каналов было исключено. 

Основные принципы работы
Сигнал поступает непосредственно на вход анализатора спектра. Он также может поступать через специальный кабель или улавливаться приемной антенной. Далее этот сигнал обрабатывается, и информация о нем выводится на дисплей в виде частотного спектра. 
2.jpg

Обычно используется дисплей с калиброванной сеткой. Вертикальная шкала показывает амплитуду каждого компонента, горизонтальная – полосу частот. Современные устройства позволяют сохранять спектрограмму сигнала во встроенной памяти.

По принципу работы анализаторы спектра разделяют на: 

⇒ Анализаторы спектра последовательного типа
Данные анализаторы спектра работают на базе автоматически перестраиваемых супергетеродинов. Это такой тип радиоприемников, которые преобразуют поступающий сигнал в сигнал фиксированной промежуточной частоты, в дальнейшем усиливая ее. Анализатор спектра осуществляет сканирование частотной полосы с последующей оцифровкой данных. При этом компоненты спектра выделяются и анализируются поочередно (последовательно). Такие анализаторы являются более простыми в аппаратном отношении, однако, менее эффективными. Они подходят только для анализа периодических сигналов. К их преимуществам можно отнести более широкое измерение частотного диапазона.

⇒ Анализаторы спектра параллельного типа
Данные устройства выполняют анализ, генерируя эквивалент сигнала и вычисляя спектр на основе алгоритмов быстрого преобразования Фурье. Такие анализаторы имеют набор резонаторов, настроенных на определенную частоту. Анализаторы спектра параллельного типа отличаются оперативной и эффективной работой и способны анализировать импульсные и однократные сигналы. Их недостатком является сложность с точки зрения аппаратного обеспечения.

Классификация
Анализаторы спектра различаются по частотным диапазонам:
• широкополосные радиочастотные;
• оптического диапазона;
• низкочастотные.

Также существует классификация по характеру анализа. Она представлена скалярными анализаторами, которые дают информацию только об амплитудах гармонических компонентов спектра, и векторными анализаторами, которые дают информацию о фазовых соотношениях.

Основные характеристики
Анализаторы спектра имеют следующие характеристики:
– Частотный диапазон. Эта характеристика задает диапазон, в границах которого выполняется анализ спектра сигнала. Диапазон частот может иметь поддиапазоны.
 Уровень собственных шумов. Задается порог, ниже которого прибор не воспринимает шумы и сигналы.
 Разрешающая способность. Эта характеристика представляет собой минимальный интервал частот, при котором соседние компоненты спектра могут быть выделены и измерены.
 Время анализа. Указывает на время, за которое можно произвести анализ сигнала в определенном частотном диапазоне.
 Погрешность по частоте. Указывает на точность, с которой может быть определен интервал частот между компонентами спектра.
 Погрешность по амплитуде. Указывает на точность, с которой определяется амплитуда в зависимости от инструментария анализатора.

На сегодняшний день на рынке представлены самые разные цифровые анализаторы спектра. 
5.jpg

Большинство производителей измерительных приборов выпускают данные устройства, а именно, Tektronix, Anritsu, GW Instek, Agilent, Yokogawa, Keysight Technologies, Rigol Technologies и др. Как правило, анализаторы спектра разделены на две основные группы: портативные и стационарные. Ценовой диапазон достаточно широк: от бюджетных моделей в районе 40 тысяч рублей до сложных многофункциональных устройств ценой в 10 млн. рублей. Цена прибора зависит от его функциональных возможностей и основных характеристик. 

Следует более подробно остановиться на модели, которая в 2012 году произвела фурор на рынке измерительной техники. Речь идет об анализаторе спектра компании RIGOL DSA815. Впервые пользователям был предложен прибор с таким функционалом в пределах 1500$. Следом за ним было выпущено устройство RIGOL DSA815-TG со встроенным трекинг-генератором. Эта опция превращает анализатор спектра в анализатор скалярного типа и позволяет производить анализ амплитудно-частотных характеристик различных фильтров, контуров, переходников, разъемов и многого другого путем подачи тестового сигнала с разъема трекинг-генератора. 

Рассмотрим более подробно характеристики и принцип работы спектрального анализатора на примере модели RIGOL DSA815, так как на сегодняшний день этот анализатор считается одним из лучших с оптимальным сочетанием цены и качества. 

6.jpg
Описание
Анализатор спектра RIGOL DSA815 представляет собой легкий портативный анализатор, подходящий как для начинающих, так и для профессионалов. Устройство обладает удобной клавиатурой и жидкокристаллическим дисплеем. 
Данный прибор функционирует по принципу прямого преобразования частоты. Диапазон частот: 9 КГц – 1,5 ГГц. Анализатор RIGOL DSA815 обладает высокой чувствительностью, которая достигается благодаря встроенному предусилителю. Таким образом, возможна обработка даже низкочастотных сигналов. Минимальная полоса обзора составляет 100 Гц. Максимальная полоса обзора – 1,5 ГГц. За счет точной настройки и узкой полосы обзора можно отсекать плотно размещенные сигналы, распознавать помехи в диапазонах частот с высокой плотностью. Полная погрешность по амплитуде составляет менее 1,5 дБ. Прибор обладает интуитивно понятным интерфейсом. 

Зная, что такое полоса обзора, центральная частота, уровень входного сигнала, можно без какой-либо дополнительной информации легко настроиться на сигнал и произвести его анализ. В этом могут также помочь маркерные измерения и автоматические измерения, а именно такие, как регистрация минимальных, средних и максимальных значений и многого другого. Анализатор имеет большой информативный экран с диагональю в 20 см, который отображает подробную информацию о сигналах. 
Прибор обладает большим набором интерфейсов: USB Host, USB Device, LAN, JPIB, с помощью которых можно осуществлять удаленное управление спектральным анализатором. Также имеется вход для наушников. 

Дополнительные опции
Возможности устройства можно существенно расширить за счет определенных опций и аксессуаров. Прежде всего, речь идет о трекинг-генераторе. С ним данная модель приобретает название RIGOL DSA815-TG

Особого внимания заслуживает программное обеспечение Ultra Spectrum, которое подходит для любых анализаторов фирмы RIGOL. Данное программное обеспечение значительно расширяет возможности прибора по обработке и анализу данных. Работа с данными может производиться как в реальном масштабе времени, так и в отложенном режиме. 
Кроме стандартных измерений есть возможность производить расширенные измерения, а именно, измерять мощность в канале, спектральную плотность мощности, мощность основного или предыдущего канала, мощность следующего канала и прочее. 

Пользовательский интерфейс
Пользовательский интерфейс сочетает в себе классическое меню с удобным оповещением в виде пиктограмм. Меню расположено справа на дисплее, пиктограммы – слева. 

9.jpg

Текущие установки для частотного диапазона: центральная частота, полоса обзора и т. д. находятся в нижней части дисплея. В верхней части дисплея используется двухстрочная структура. Амплитудные характеристики и результаты измерений отображаются в одной строке. Подключенные устройства, часы и некоторые статусы – в другой. Таким образом, пользователь в любой момент может контролировать параметры настроек, результаты измерений и статусы. 

Управление прибором
Справа от дисплея находятся кнопки управления меню, кнопки выбора функций, цифровая клавиатура и поворотный регулятор. 
7.jpg

Слева от дисплея расположены три кнопки, обеспечивающий быстрый доступ: кнопка встроенной системы помощи (Help), кнопка возврата к предустановкам (Preset) и кнопка вывода данных на печать. 

8.jpg

Основные функции
 Установка маркеров;
 Автоматическое масштабирование;
 Автоматический выбор диапазонов;
 Функции коррекции АЧХ;
 Семь типов детектирования (положительный пиковый детектор, отрицательный пиковый детектор, детектор выборок, нормальное детектирование, среднеквадратический детектор, детектор с усреднением и квазипиковый детектор);
 Ручная и автоматическая настройка времени сканирования;
 Разовый или непрерывный режим сканирования;
 Три типа запуска (свободный, видео или внешний) сканирования с настройкой параметров запуска (фронта и уровня);
 Сохранение данных во встроенной памяти или на внешний USB-носитель;
 Быстрое включение сохраненных установок путем нажатия кнопки «User Key»;
 Тест «годен» / «не годен» со звуковым оповещением.

Данный прибор может одновременно отображать до 4-х кривых спектра. При этом каждая кривая отображается своим цветом. 

color.jpg
При настройке кривых спектра можно выбрать следующие установки: очистка, удержание минимального и максимального значений, отображение среднего значения, средняя мощность, отображение и отключение. Можно производить и математические операции: вычитание одной кривой из другой, сложение с константой или вычитание константы. 

Анализатор спектра RIGOL DSA815 фактически не имеет аналогов на рынке. Все иные модели уступают по характеристикам и проигрывают по цене. Это видно, если изучить следующую таблицу: 

сравнение.jpg

Однако бывают случаи, когда требуется бюджетный анализатор. Тогда можно рассмотреть модель SM-5005. Конечно, его качество и функционал отличается от линейки анализаторов фирмы RIGOL. Зато и стоимость такого анализатора всего около 40 тыс. рублей. 
last.jpg
С развитием технологий и систем связи спектральный анализатор становится все более нужным и востребованным устройством. Без него трудно представить себе мобильную связь, радиовещание, работу и настройку самого разного оборудования. Сегодня на рынке можно найти различные модели. Но так как прибор этот не из разряда дешевого оборудования, то важно понимать, какой функционал и за какую цену можно приобрести. Как и везде в этой области есть свои «бестселлеры», с одним из которых мы и попытались Вас познакомить в данной статье.

Количество показов: 4662
17.11.2016

Возврат к списку