Анализ классификация сигнала какая часть анализатора

Анализ классификация сигнала какая часть анализатора

Введение

Цель данной статьи — сформировать базовые знания о супергетеродинных анализаторах спектра и рассказать о недавних достижениях в развитии их возможностей.
В самых общих чертах анализатор спектра можно описать как частотно-избирательный вольтметр, реагирующий на амплитуду и настроенный так, чтобы отображать среднеквадратичное значение синусоидальной волны. Важно осознавать, что анализатор спектра не является измерителем мощности, несмотря на то, что он способен напрямую отображать значение мощности. Если нам известен какой-нибудь параметр синусоидальной волны (например, пиковое или среднее значение) и известно сопротивление, через которое мы измеряем это значение, мы можем настроить наш вольтметр на отображение мощности. С преимуществами цифровой технологии, современные анализаторы спектра обладают куда более широкими возможностями. В данной книге будут рассмотрены простейшие анализаторы спектра, а также множество дополнительных возможностей, предоставленных развитием цифровой технологии и цифровой обработки сигналов.

Частотная область против временной области
Прежде чем начать подробно рассматривать анализатор спектра, зададимся вопросом: «А что же такое вообще спектр, и зачем нам его измерять и анализировать?» Обычной и естественной системой отсчета для нас является время. Мы замечаем, когда происходит то или иное событие. Это включает и события электрического характера. Можно использовать осциллограф и наблюдать мгновенное значение величины какого-то электрического явления (или любого другого явления, переведенного в вольты посредством надлежащего преобразователя) в зависимости от времени. Иными словами, мы используем осциллограмму для наблюдения формы сигнала во временной области.
Теория Фурье 1 гласит, что любое электрическое явление во временной области состоит из одной или нескольких синусоидальных волн с соответствующими частотами, амплитудами и фазами. То есть можно преобразовать сигнал во временной области в его эквивалент в частотной области. Измерения в частотной области способны показать, сколько энергии имеется на каждой конкретной частоте. При надлежащей фильтрации такой сигнал, как на Рис. 1-1, может быть разложен на отдельные синусоидальные волны, или спектральные составляющие, которые затем можно оценить независимо друг от друга. Каждая такая волна описывается амплитудой и фазой. Если сигнал, который мы хотим исследовать, — периодический (как в нашем случае), то по теории Фурье составляющие его синусоидальные волны будут разнесены в частотной области на 1/Т, где Т – это период сигнала 2 .

Рисунок 1-1. Сложный сигнал во временной области

Некоторые измерения требуют получения полной информации о сигнале – частоты, амплитуды и фазы. Такого рода анализ называется векторным анализом сигнала и рассматривается в документе Agilent Application Note 150-15, Vector Signal Analysis Basics. Современные анализаторы спектра способны проводить различного рода векторные измерения сигнала. Однако, другая обширная группа измерений не включает определения фазовых соотношений между синусоидальными составляющими. Такой тип анализа сигнала называется спектральным анализом. Поскольку спектральный анализ более прост для понимания и одновременно необычайно полезен на практике, мы сперва рассмотрим то, как анализаторы спектра осуществляют измерения для спектрального анализа, начиная с Главы 2.
Теоретически, чтобы осуществить преобразование из временной области в частотную область, сигнал должен быть оценен на всем промежутке времени, то есть до ± бесконечности. Однако, на практике мы всегда ограничиваемся каким-то конечным периодом, когда проводим измерение. Преобразование Фурье также может быть осуществлено и из частотной области во временную. В этом случае, опять же, теоретически нам надо знать все спектральные составляющие в диапазоне частот до ± бесконечности. На самом же деле, производя измерения только в той области частот, в которой содержится наибольшая часть энергии сигнала, можно получить вполне приемлемые результаты. При преобразовании Фурье из частотной области очень важно знать фазу индивидуальных составляющих. Например, прямоугольный периодический сигнал, переведенный в частотную область и обратно, может превратиться в пилообразный, если не были зафиксированы фазы.

Что такое спектр?
Так чем же является спектр в контексте нашего обсуждения? Спектр – это набор синусоидальных волн, которые, будучи надлежащим образом скомбинированы, дают изучаемый нами сигнал во временной области. На Рис. 1-1 показана волновая форма сложного сигнала. Давайте предположим, что мы ожидали увидеть чисто синусоидальный сигнал. И хотя форма явно демонстрирует нам, что сигнал не является чистой синусоидой, она не дает определенного ответа на вопрос о причинах данного явления. На Рис. 1-2 показан наш сложный сигнал во временной и в частотной области. В частотной области показана амплитуда для каждой синусоидальной волны в спектре в зависимости от частоты. Как видно, в данном случае спектр состоит лишь из двух волн. Теперь мы знаем, отчего наш сигнал не является чистой синусоидой: в нем содержится еще одна волна, вторая гармоника в нашем случае. Означает ли это, что измерения во временной области можно вообще не проводить? Отнюдь. Временная область является предпочтительной для многих измерений, а для некоторых является единственно возможной. К примеру, только во временной области можно измерить длительность фронта и спада импульса, выбросы и биения.

Рисунок 1-2. Связь между временной и частотной областью

Для чего измерять спектр?
У частотной области есть свои плюсы в плане измерений. Мы уже видели на Рис. 1-1 и 1-2, что частотная область гораздо удобнее для определения гармонического состава сигнала. Те, кто занимаются беспроводной связью, очень заинтересованы в определении внеполосного и паразитного излучения. Например, сотовые радиосистемы должны проверяться на наличие гармоник несущего сигнала, которые могут вносить помехи в работу других систем, оперирующих на той же частоте, что и гармоники. Инженеры и техники также часто обеспокоены искажением сообщений, транслирующихся с модуляцией несущего сигнала. Интермодуляция третьего порядка (то есть две составляющие сложного сигнала, модулирующие друг друга) может причинить много хлопот, поскольку компоненты искажения могут попасть в интересуемую полосу частот и не будут надлежащим образом отфильтрованы.
Наблюдение за спектром – еще одна важная сторона измерений в частотной области. Государственные регулирующие структуры распределяют различные частоты для различных радио-служб: телевизионное и радиовещание, сотовая связь, связь правоохранительных органов и спасательных служб, а также множество иных организаций и приложений. Крайне важно, чтобы каждая служба работала только на предназначенной для нее частоте и оставалась в пределах выделенной полосы канала. Передатчики и другие излучатели зачастую могут работать на очень близко расположенных соседних частотах. Для усилителей мощности и других компонентов таких систем ключевым параметром для измерения является количество энергии сигнала, просачивающейся в соседние каналы и порождающей интерференцию.
Электромагнитная интерференция (EMI) – это термин, применяемый к нежелательному излучению от преднамеренных и случайных излучателей. Поводом для беспокойства тут служит тот факт, что это нежелательное излучение, будучи передано в эфир или по проводам, может затруднить работу других систем. При разработке и производстве практически любой электрической или электронной продукции необходимо исследовать уровни излучения в зависимости от частоты, и приводить их в соответствие с нормами, устанавливаемыми правительственными органами или индустриальными стандартами. На Рис. с 1-3 по 1-6 показаны некоторые из такого рода измерений.

Рисунок 1-3. Тест передатчика на гармонические искажения

Рисунок 1-4. Радиосигнал GSM и спектральная маска, показывающая границу нежелательных выбросов

Рисунок 1-5. Двухтоновый тест радиочастотного усилителя мощности

Рисунок 1-6. Выбросы излучения и их ограничения по стандарту CISPR11 как часть теста на электромагнитную совместимость

Типы измерений
Чаще всего анализаторами спектра измеряют частоту, мощность, модуляцию, искажения и шум. Знание спектрального состава сигнала очень важно, особенно в системах с полосой частот ограниченной ширины. Переданная мощность также является важным измеряемым параметром. Слишком малая мощность означает, что сигнал не сможет достичь точки назначения. Слишком большая мощность может быстро истощить заряд батарей, создать искажения и чрезмерно повысить рабочую температуру системы.
Измерение качества модуляции может быть важным для того, чтобы обеспечить нормальную работу системы и быть уверенным в том, что информация передается корректно. Измерения коэффициента модуляции, уровня полосы боковых частот, качества модуляции и заполнения полосы частот – это примеры самых распространенных тестов при аналоговой модуляции. В случае цифровой модуляции измеряются модуль вектора погрешности, дисбаланс IQ, зависимость погрешности фазы от времени и ряд других параметров. Более подробно об этих видах измерений рассказано в документе Agilent Application Note 150-15, Vector Signal Analysis Basics.
В сфере коммуникаций и связи измерение искажений очень важно как для приемников, так и для передатчиков. Излишние гармонические искажения на выходе передатчика могут создавать помехи на других коммуникационных частотах. В блоках предусилителей приемника не должно быть интермодуляции, чтобы избежать перекрестного наложения сигнала. Хороший пример – интермодуляция несущих сигналов кабельного телевидения, которые при распространении по распределительной системе вносят искажения в другие каналы этого же кабеля. Распространенными измерениями искажений являются измерения интермодуляции, гармоник и паразитного излучения.
Часто бывает нужно измерить и шум как сигнал. Любая активная цепь или устройство будет генерировать шум. Измерения коэффициента шума и отношения сигнал/шум (С/Ш) являются важными для описания показателей устройства и его вклада в общие показатели системы.

Виды анализаторов сигнала
Хотя в этом руководстве мы концентрируемся на перестраиваемом супергетеродинном анализаторе спектра, существуют и другие архитектуры. Важный не супергетеродинный тип анализатора – тот, что оцифровывает сигнал во временной области, использует методы цифровой обработки сигнала, выполняет быстрое преобразование Фурье (БПФ) и показывает сигнал в частотной области. Одно преимущество подхода с БПФ в том, что появляется возможность характеризовать одновспышечные явления. Другое – в том, что кроме амплитуды можно измерить и фазу. Однако, БПФ-машины имеют некоторые ограничения в сравнении с супергетеродинными анализаторами спектра, в частности — по частотному диапазону, чувствительности и динамическому диапазону.
Векторные анализаторы сигнала тоже оцифровывают сигнал во временной области, как и БПФ-машины, но их возможности при этом распространяются и на область СВЧ при помощи понижающих преобразователей, включенных перед АЦП. Такие анализаторы позволяют провести быстрые измерения спектра с хорошим разрешением, демодуляцию и расширенный анализ во временной области. Они особенно полезны для описания сложных сигналов – всплесков, переходного или модулированного сигнала в системах связи, телевещания, радиовещания, в сонарах, а также в приложениях ультразвукового зондирования.

1 Жан Батист Фурье, 1768 – 1830, французский математик и физик, открывший, что периодические функции могут быть представлены последовательностью синусов и косинусов.
2 Если же сигнал появляется лишь раз, то его спектральным представлением будет непрерывное множество синусоидальных волн.

Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Copyright © 2001-2023 Unitest.com

Изучение анализатора спектра: основы и практическое применение

Анализатор спектра является одним из наиболее универсальных инструментов в области анализа сигналов и частот. Он используется в различных областях, включая радио и телевизионную технику, технику связи, радиолокацию, медицинскую диагностику и многое другое. В этой статье мы рассмотрим основы анализа спектра и практическое применение анализатора спектра.

Что такое анализатор спектра?

Анализатор спектра — это устройство, которое позволяет анализировать частотные характеристики электрического сигнала. Он основан на использовании преобразования Фурье, которое позволяет разложить сигнал на составляющие частоты. Анализатор спектра работает следующим образом: сигнал подается на вход устройства, затем происходит его преобразование Фурье, и на выходе получается спектр сигнала, т.е. график зависимости амплитуды от частоты.

Устройство анализатора спектра

Он состоит из входного устройства, которое принимает сигнал усилителя, который усиливает его до определенного уровня, и фильтра, который фильтрует сигнал, чтобы получить только нужную частоту.

Затем сигнал поступает на анализатор спектра, который разбивает его на различные частотные компоненты и отображает их на экране. Анализатор спектра может иметь разные конфигурации, но обычно он состоит из главного блока, который содержит процессор для обработки данных и графический дисплей для отображения результата.

Что показывает анализатор спектра?

Анализатор спектра показывает спектральный состав сигнала, то есть разложение его на различные частотные компоненты и их амплитуды. Как правило, анализатор спектра отображает эту информацию в виде графика, где по оси X откладываются частоты, а по оси Y — амплитуды каждой частоты.

Таким образом, анализатор спектра может показать, какие частоты присутствуют в сигнале, какая амплитуда у каждой частоты и какие частоты являются наиболее сильными или доминирующими в сигнале. Эта информация может быть полезна для анализа качества сигнала, определения наличия помех или других аномалий, а также для исследования свойств сигнала в различных научных и технических областях.

Кроме того, анализатор спектра может использоваться для выполнения спектральных измерений, таких как измерение ширины спектральной линии, частотной модуляции и т.д. В целом, анализатор спектра является полезным инструментом для работы с различными сигналами и для изучения их свойств в различных приложениях.

Зачем нужен и что делает анализатор спектра?

Анализатор спектра широко используется в различных областях. Рассмотрим некоторые примеры его применения:

В радиотехнике анализатор спектра используется для анализа радиосигналов, получаемых от различных источников, например, от радиостанций, телевизионных передатчиков, сотовых вышек и т.д. Он позволяет анализировать качество сигнала, его частотный диапазон, уровень шума и т.д.

В технике связи анализатор спектра используется для анализа сигналов в оптических и волоконно-оптических линиях связи. Он позволяет определить частотный диапазон сигнала, его уровень искажения, шум и т.д.

Для чего для чего нужны анализаторы спектра в медицине? В основном они используется для диагностики заболеваний, связанных с изменениями электрической активности органов и тканей человека. Например, он может использоваться для измерения

Важно отметить, что для проведения анализа спектра необходимы специальные устройства и программное обеспечение. Одним из наиболее распространенных устройств является спектроанализатор, который позволяет измерять частоты и мощность сигналов в различных диапазонах. Также существует множество программных пакетов для анализа спектра, которые могут быть установлены на персональные компьютеры или мобильные устройства.

В процессе анализа спектра используются различные методы и техники, включая преобразование Фурье, спектральный анализ, фазовый анализ и т.д. Каждый из этих методов позволяет получить различную информацию о спектре сигнала и его характеристиках.

Важным преимуществом анализа спектра является возможность получения качественной и точной информации о сигнале или материале. Это может быть полезно при разработке новых продуктов или технологий, а также при решении различных проблем в науке и технике.

Кроме того, анализ спектра может быть использован для решения ряда практических задач, связанных с настройкой звуковых систем, определением качества радиосвязи, контролем качества продукции и т.д.

В заключение можно сказать, что анализ спектра является мощным инструментом, который может быть использован в различных областях для решения различных задач. Он позволяет получать точную и качественную информацию о сигналах и материалах, что может быть полезно при разработке новых продуктов и технологий, а также при решении различных научных и практических задач.

Как использовать анализатор спектра?

Для использования и настройки анализатора спектра необходимо правильно подготовить сигнал. Например, для анализа радиосигнала необходимо использовать антенну, чтобы получить сигнал из воздуха. Затем сигнал подается на вход анализатора спектра, где он проходит преобразование Фурье, и на выходе получается спектр сигнала. С помощью анализатора спектра можно определить частотный диапазон сигнала, его уровень искажения, шум и т.д.

Как проводить анализ спектра сигнала?

Для проведения анализа спектра сигнала необходимо выполнить следующие действия:

1. Подключить анализатор спектра к источнику сигнала;
2. Установить необходимые параметры измерения;
3. Запустить анализатор спектра;

Проанализировать полученные данные и выявить аномалии, если они есть

Как выбрать анализатор спектра?

При выборе необходимо учитывать следующие характеристики анализатора спектра:

• Диапазон частот — определить диапазон частот, необходимый для работы в выбранной области;
• Разрешение — выбрать разрешение, которое необходимо для проведения анализа;
• Вид измерения — выбрать нужный тип измерения;
• Частотная точность — определить необходимую точность измерения частот;
• Чувствительность — определить уровень чувствительности анализатора спектра;
• Размеры и вес — убедиться, что анализатор спектра соответствует размерам и весу, которые нужны для его использования.

Какие еще существуют типы анализаторов спектра?

Существуют различные виды анализаторов спектра, такие как пространственные анализаторы спектра, временные анализаторы спектра и т.д. Они отличаются по принципу работы и предназначены для решения различных задач.

• Анализатор спектра в реальном времени — позволяет проводить анализ спектра сигнала в реальном времени;
• Анализатор спектра в паузе — позволяет записывать сигнал и анализировать его спектр в паузе;
• Анализатор спектра на основе преобразования Фурье — использует преобразование Фурье для анализа спектра сигнала.

Заключение

Анализатор спектра является важным инструментом в области анализа сигналов и частот. Он широко используется в различных отраслях, таких как радиосвязь, звукозапись, медицина и т.д. Для выбора анализатора спектра необходимо учитывать ряд факторов, таких как диапазон частот, разрешение, скорость анализа, уровень шума и т.д.

Кроме того, анализатор спектра может быть использован для диагностики проблем с оборудованием, для контроля качества производства, а также для исследований в научных целях. Например, он может использоваться для анализа спектра звезд или для исследования акустических свойств материалов.

Современные анализаторы спектра обычно имеют компактный дизайн и высокую точность анализа. Они могут быть как стационарными, так и портативными. Существуют также программные анализаторы спектра, которые могут быть установлены на персональный компьютер или мобильное устройство.

Выводы

Анализатор спектра является важным инструментом в современном мире. Он используется в различных отраслях и предназначен для анализа частотных характеристик сигналов. Для выбора анализатора спектра необходимо учитывать ряд факторов, таких как диапазон частот, разрешение, скорость анализа, уровень шума и т.д. Современные анализаторы спектра обладают высокой точностью анализа и компактным дизайном. Все это делает их незаменимым инструментом для решения различных задач в науке, технике и промышленности.

Методы анализа спектра используются во многих отраслях науки и техники, включая радиосвязь, звукозапись, медицину, физику, математику и т.д. Одним из основных преимуществ использования анализатора спектра является возможность получения информации о частотном составе сигнала, что позволяет более точно производить его анализ и обработку.

Кроме того, анализатор спектра может использоваться для исследования различных физических явлений, таких как световые волны, звуковые волны, электромагнитные поля и т.д. Например, он может быть использован для анализа спектра света, который излучается различными источниками, а также для исследования спектра радиочастотных сигналов.

Анализаторы спектра сигналов и радиочастот

Анализаторы спектра являются высокочувствительными измерительными приборами, использующимися для проведения анализа и измерения характеристик различного типа сигналов.

Анализаторы спектра является основным инструментом, использующимся при радиоконтроле. Наблюдение и измерение колебаний энергии в частотной полосе проводят для того, чтобы радиоприборы работали исключительно в своей полосе, не создавая друг для друга помех. Собранные данные в дальнейшем могут использоваться для настройки техники.

Основные задачи измерений:

• Абсолютное и относительное измерение частоты.
• Обнаружение редких непериодических событий малой длительности.
• Измерение шума.
• Выделение слабых сигналов, маскируемых более сильными сигналами.
• Исследование сигналов, маскируемых шумом.
• Поиск и анализ переходных процессов и динамических сигналов.
• Захват передаваемых пакетов, глитчей, коммутационных помех.
• Определение времени захвата ФАПЧ, ухода частоты и помех, связанных с микрофонным эффектом.
• Захват сигналов с распределенным спектром и сигналов со скачкообразной перестройкой частоты.
• Измерение параметров АМ, ЧМ, импульсно-модулированных ВЧ сигналов и сигналов с цифровой модуляцией.
• Мониторинг использования спектра, обнаружение незарегистрированных радиопередатчиков.
• Измерение по принципу стимул-отклик (скалярные измерения).
• Измерение и диагностика влияния электромагнитных помех от переходных процессов.
• Измерение электромагнитной совместимости (ЭМС).
• Измерение зависящих от времени параметров модуляции.
• Локализация программных и аппаратных неисправностей.

Принцип работы

Алгоритм работы цифровых анализаторов спектра включает в себя два основных шага: сначала анализатор собирает выборку во временной области, а затем при помощи алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ, в англ. FFT — Fast Fourier Transform) переводит ее в частотную область.

В последнее время, в связи со значительным увеличением производительности элементной базы и совершенствованием алгоритмов обработки, наблюдается бурный рост анализаторов спектра, позволяющих обрабатывать выборки в режиме реального времени, без пауз на обработку.

Это дает возможность не пропускать редкие события при анализе сигналов. Кроме того, временное разделение сигналов позволяет выделить слабые сигналы на фоне мощных. Наиболее производительные анализаторы спектра реального времени позволяют обрабатывать в реальном времени полосу частот до 4 ГГц, что дает возможность оператору видеть не только широкополосные сигналы современных распространенных стандартов связи с полосой до 160 МГц, но и некоторые сверхширокополосные сигналы, анализ которых до последнего времени был невозможен. Также современные анализаторы обладают очень низкими собственными шумами, что позволяет обнаруживать очень слабые сигналы

Типы анализаторов спектра

Выделяют несколько разновидностей измеряющего спектрального оборудования. Классификация приборов проводится по следующим характеристикам:

• По принципу действия: последовательные (сканирующие) и параллельные (многоканальные).
• По методу обработки информации: аналоговые и цифровые.
• По виду анализа: скалярные и векторные
• По диапазону частот: низкочастотные, широкополосные, работающие в оптическом диапазоне.

Как выбрать анализатор спектра?

Главные критерии выбора анализаторов:

Определение класса прибора. Нужно учитывать, что дорогие анализаторы спектра обрабатывают большие типы частот.

Оценка допустимой погрешности измерений. Для некоторых видов работ нужны высокоточные и сверхчувствительные приборы, которые не могут быть бюджетными.

Наличие / отсутствие возможности подключения дополнительных плат. Это позволит в дальнейшем повысить точность анализа при помощи подключения новых устройств к прибору.

ПРИБОРЫ И АВТОМАТИКА

• Измерение и регулирование температуры
  • Термометры стеклянные
  • Термометры биметаллические
  • Термометры манометрические
  • Термометры цифровые
  • Термометры инфракрасные
  • Тепловизоры
  • Преобразователи температуры
  • Термопреобразователи сопротивления
  • Терморегуляторы
  • Регистраторы температуры / Логгеры
  • Регуляторы температуры прямого действия
  • Погодные компенсаторы
  • Калибраторы температуры. Метрологическое оборудование
  • Пирометры промышленные
  • Программируемые терморегуляторы
  • Температурные контроллеры
  • Манометры
    • Вспомогательная арматура для подключения манометров
    • Манометры, вакуумметры, мановакуумметры показывающие
    • Манометры грузопоршневые
    • Манометры дифференциальные
    • Манометры точных измерений
    • Манометры цифровые
    • Манометры электроконтактные
    • Дифференциальные датчики давления
    • Датчики давления газа
    • Датчики давления WIKA
    • Датчики давления воды
    • Ротаметры
    • Счетчики воды
    • Расходомеры жидкости
    • Счетчики стоков, пара
    • Счетчики ГСМ и вязких жидкостей
    • Теплосчетчики
    • Регуляторы расхода
    • Счетчики импульсов
    • Счетчики метража
    • Тахометры. Счетчики оборотов.
    • Вибрационные уровнемеры
    • Емкостные уровнемеры
    • Кондуктометрические уровнемеры
    • Поплавковые уровнемеры
    • Радиоволновые уровнемеры
    • Сигнализаторы-регуляторы уровня
    • Стекла смотровые иллюминаторные.Трубки уровнемерные
    • Ультразвуковые уровнемеры
    • Гидростатические уровнемеры
    • Ротационные (роторные) уровнемеры
    • Уровнемеры и сигнализаторы уровня Dinel
    • Уровнемеры и сигнализаторы уровня Nivelco
    • Вольтамперфазометры (ВАФ)
    • Измерители параметров УЗО
    • Измерители параметров электрических сетей и электроустановок
    • Измерители сопротивления заземления
    • Измерители тока короткого замыкания
    • Токовые клещи
    • Мегаомметры
    • Мосты, магазины, меры измерительные
    • Мультиметры цифровые
    • Омметры, микроомметры, миллиомметры
    • Преобразователи тока, напряжения, частоты измерительные
    • Тестеры — комбинированные электроизмерительные приборы
    • Указатели, индикаторы напряжения
    • Фазоуказатели, указатели последовательности чередования фаз
    • Щитовые электроизмерительные приборы
    • Амперметры щитовые
    • Ваттметры, варметры щитовые
    • Вольтметры щитовые
    • Частотомеры щитовые
    • Калибраторы и поверочное оборудование
    • Анализатор качества электроэнергии/мощности/ПКЭ
    • Анализаторы спектра
    • Вольтметры и мультиметры лабораторные
    • Генераторы сигналов НЧ, ВЧ, шума
    • Измерители RLC
    • Источники питания лабораторные
    • Осциллографы цифровые
    • Частотомеры лабораторные
    • Аксессуары и дополнительные опции к приборам
    • Аспираторы и зонды
    • Вискозиметры
    • Водородомеры
    • Газоанализаторы
    • Иономеры
    • Кондуктометры
    • Оксиметры
    • Плотномеры
    • Приборы по охране труда и анализу атмосферы
    • рН-метры
    • Гигрометры — измерители влажности воздуха и газов
      • Гигрометры от Рэлсиб
      • Анемометры
      • Барометры
      • Гигрометры
      • Термогигрометры
      • Трубки Пито
      • Дозиметры
      • Измерители запыленности
      • Измерители параметров электромагнитного поля
      • Люксметры
      • Шумомеры
      • Дальномеры
        • 100
        • с нониусом
        • Виброметры
        • Дефектоскопы
        • Магнитометры
        • Приборы для испытаний строительных материалов
        • Склерометры
        • Твердомеры
        • Толщиномеры

        Оборудование

        • Средства автоматизации технологических процессов
          • Датчики
            • Лидар сканеры
            • Блоки питания WEHO
            • Вентиляторы для продувки колодцев
            • Заземления переносные
            • Указатели высокого напряжения УВН
            • Штанги оперативные
            • Трансформаторы тока
            • Стабилизаторы, источники бесперебойного питания
            • Затворы поворотные дисковые
            • Клапаны запорные
            • Клапаны обратные
              • Подъемные
              • Фланцевые
              • Шаровой
              • Газовый
              • Блоки управления
              • Запально-защитные устройства и комплектующие
              • Запальные горелки
              • Источники высокого напряжения ИВН
              • Комплекты средств управления
              • Механизмы исполнительные
              • Приборы контроля пламени и управления розжигом
              • Регуляторы температуры, давления, расхода, уровня
              • Электромагнитные клапаны
              • Кнопки управления, кнопочные посты/выключатели
              • Концевые выключатели
              • Реле времени
              • Реле напряжения
              • Реле промежуточные
              • Реле тока
              • Реле указательные
              • Устройства защитного отключения
              • Твердотельные реле
              • Паяльники
              • Паяльные станции
                • Паяльные станции ATTEN
                • Блоки подготовки воздуха
                • Соединительные элементы
                • Пневмораспределители. Управляющие элементы.
                • Пневмоцилиндры
                • Кабелеискатели
                • Определители скрытой проводки
                • Течеискатели
                • Трассоискатели (кабельных линий, трубопроводов)
                • Рефлектометры оптические
                • Готовые комплекты рабочих мест
                • Столы
                • Стулья и кресла
                • Шкафы, стеллажи, стойки, полки
                • Лампы-лупы
                • Микроскопы
                • Светильники бестеневые
                • Оптические приспособления
                • Колонны сигнальные
                • Лампы сигнальные щитовые
                • Маяки светосигнальные
                • Сирены, зуммеры

                

                

                Тел. / факс: (495) 710-70-37

                Agilent. Основы анализа спектра — страница 2

                

                Хотя мы определили анализ спектра и векторный анализ сигнала как отдельные виды измерений, цифровые технологии и цифровая обработка сигналов делают это различие весьма размытым. Здесь критичным является то, на каком этапе сигнал был оцифрован. Раньше, когда цифровые преобразователи были ограничены десятками килогерц, оцифровывался только видео-сигнал анализаторов спектра. Поскольку видео-сигнал не нес никакой информации о фазе, на дисплей выводились только данные об амплитуде. Но даже такое ограниченное использование цифровой технологии давало значительные преимущества: немерцающий дисплей медленных разверток, экранные маркеры, различные виды усреднений, а также вывод данных на компьютеры и принтеры.
                Поскольку сигналы, которые требуется измерять, со временем становятся все более и более сложными, последние поколения анализаторов спектра обладают многими возможностями векторного анализа, которые ранее были присущи только БПФ-машинам и векторным анализаторам сигнала. Анализатор спектра может оцифровать сигнал практически непосредственно на входе, либо после некоторого усиления, либо после одной или нескольких ступеней понижающих преобразований. В любом из этих случаев сохраняются относительная фаза и амплитуда. Вдобавок к вышеперечисленным преимуществам, можно провести и истинные векторные измерения. Так что возможности инструмента определяются возможностями цифровой обработки сигнала, присущей непосредственно прибору или дополнительному программному обеспечению, работающему в составе прибора или на компьютере, подсоединенном к анализатору извне. На Рис. 1-7 показан пример такой способности. Обратите внимание, что символы квадратурной фазовой манипуляции отображаются как кластеры, а не как точки, что показывает погрешности в модуляции измеряемого сигнала.

                

                Рисунок 1-7. Модуляционный анализ сигнала QPSK при помощи анализатора спектра

                Мы надеемся, что данная книга даст вам все необходимые знания для использования вашей конкретной модели анализатора спектра, и позволит вам полностью раскрыть все возможности этого многостороннего инструмента.

                Глава 2

                Основные принципы работы анализатора спектра

                В этой главе мы сфокусируемся на теоретических основаниях работы анализатора спектра. И хотя современные технологии позволяют заменить множество аналоговых цепей современными цифровыми их воплощениями, весьма полезно будет изучить архитектуру классического анализатора спектра и использовать ее как отправную точку дальнейших обсуждений. Позже мы еще рассмотрим возможности и плюсы спектрального анализа при наличии цифровых компонент. В Главе 3 будут рассмотрены цифровые архитектуры современных анализаторов спектра.

                

                Рисунок 2-1. Блок-схема классического супергетеродинного анализатора спектра

                Рис. 2-1 представляет собою упрощенную блок-схему супергетеродинного анализатора спектра. «Гетеродинировать» — означает смешивать, то есть переносить частоту, а «супер» относится к супераудио-частотам или частотам выше звукового диапазона*. Исходя из блок-схемы на Рис. 2-1, видно, что входной сигнал проходит через аттенюатор, а затем через фильтр нижних частот (позже мы поймем, зачем здесь фильтр) на смеситель, где он смешивается с сигналом от гетеродина (локального осциллятора, LO). Поскольку смеситель – нелинейный элемент, на его выходе будут не только два первоначальных сигнала, но и их гармоники, а также суммы и разности первоначальных частот и их гармоник. Если какой-то из продуктов смешения попадает в полосу фильтра промежуточной частоты (ПЧ), то далее он обрабатывается (усиливается и, возможно, сжимается по логарифмической шкале). Он существенно сглаживается детектором огибающей, оцифровывается и выводится на дисплей. Генератор пилообразного напряжения создает горизонтальное движение по дисплею слева направо, а также перестраивает гетеродин таким образом, что его частота изменяется пропорционально напряжению «пилы».
                Если вы знакомы с супергетеродинными АМ-приемниками — теми, что принимают обычные сигналы радиовещания, — вы заметите сильное сходство между ними и блок-схемой на Рис. 2-1. Разница только в том, что сигнал с выхода спектроанализатора подается на дисплей, а не на динамик, и что гетеродин перестраивается электронно, а не вручную.
                Раз выходной сигнал анализатора спектра – это кривая в X-Y-плоскости дисплея, давайте посмотрим, какую информацию мы можем из нее получить. Дисплей разграфлен масштабной сеткой на 10 главных горизонтальных полос и, обычно, на 10 главных вертикальных полос. Горизонтальная ось калибруется по частоте, которая увеличивается линейно слева направо. Установка частоты обычно двухэтапный процесс. Сначала мы подгоняем частоту центральной линии масштабной сетки с помощью блока управления центральной частоты. Затем мы подгоняем обзор, приходящийся на все 10 горизонтальных полос, с помощью блока управления полосой обзора. Эти блоки управления независимы, так что если мы меняем центральную частоту, полоса обзора не меняется. Как вариант, мы можем устанавливать начальную и конечную частоты вместо установки центральной частоты и полосы обзора. В любом случае, мы можем определять абсолютную частоту любого сигнала, отображенного на дисплее, и частотную разность двух любых сигналов.
                Вертикальная ось калибруется по амплитуде. Обычно предлагается выбор между линейной шкалой, калиброванной в вольтах, и логарифмической шкалой, калиброванной в децибелах. Логарифмическая шкала используется намного чаще, чем линейная, так как позволяет отображать намного больший динамический диапазон. Логарифмическая шкала позволяет одновременно отображать сигналы с перепадом в 70 – 100 дБ (отношения напряжений 3100 – 100000, отношения мощностей 10 7 – 10 10 ). С другой стороны, линейную шкалу можно использовать для сигналов, отличающихся не более чем на 20 – 30 дБ (отношение напряжений 10 – 32). В любом случае, мы задаем верхнюю линию калибровочной сетки, уровень отсчета, опорный уровень, абсолютную величину с точностью до калибровки 1 и используем цену деления горизонтальной полосы, чтобы найти величину другого значения по вертикали. Так мы можем измерить как абсолютную величину сигнала, так и разность амплитуд двух сигналов.
                Калибровка шкал по частоте и амплитуде показывается в виде аннотационной надписи на дисплее. На Рис. 2-2 показан дисплей типичного анализатора спектра. А теперь снова обратим внимание на Рис. 2-1.

                

                Рисунок 2-2. Типичный вид дисплея анализатора с отображением установок

                Радиочастотный аттенюатор
                Первым элементом нашего анализатора является входной радиочастотный аттенюатор. Его назначение – обеспечить подачу на смеситель сигнала приемлемого уровня, дабы избежать перегрузки, компрессии усиления и искажений. Поскольку ослабление – это защитная цепь анализатора, обычно оно устанавливается автоматически, в зависимости от опорного уровня. Однако ручная установка ослабления также доступна – с шагом 10, 5, 2 и даже 1 дБ. На изображенной ниже схеме показан пример цепи аттенюатора с максимальным ослаблением 70 дБ и шагом 2 дБ. Блокирующий конденсатор используется для предотвращения повреждения анализатора сигналом постоянного тока или смещением постоянной составляющей сигнала. К сожалению, он заодно ослабляет и низкочастотные сигналы, чем повышает минимальную начальную частоту анализатора до 100 Гц в случае одних анализаторов и до 9 кГц в случае иных.
                В некоторых анализаторах сигнал опорной амплитуды может быть подведен так, как показано на Рис. 2-3, обеспечивая сигнал с точной амплитудой и частотой, которым анализатор пользуется для автокалибровки.

                

                Рисунок 2-3. Схема цепи входного радиочастотного аттенюатора

                Низкочастотный фильтр или преселектор
                Низкочастотный фильтр блокирует доступ высокочастотных сигналов в смеситель. Это предотвращает смешение внеполосных сигналов с сигналом гетеродина и дальнейшее появление нежелательных откликов на промежуточной частоте. В микроволновых анализаторах спектра низкочастотный фильтр заменяется преселектором, который является настраиваемым фильтром и отсеивает все частоты кроме тех, которые нам в данный момент нужны. В Главе 7 мы подробнее рассмотрим работу и назначение фильтрации на входе.

                Настройка анализатора
                Нам нужно знать, как настроить наш анализатор спектра на нужный нам частотный диапазон. Настройка есть функция центральной частоты фильтра ПЧ, частотного диапазона гетеродина, и диапазона частот, которые разрешено подавать на смеситель из внешнего мира (тех, которым разрешено проходить через фильтр нижних частот). Из всех продуктов, поступающих со смесителя, два имеют наибольшую амплитуду и поэтому наиболее желательны: это продукт на частоте разности частот гетеродина и сигнала и продукт на частоте суммы этих частот. Если мы сможем сделать так, чтобы интересующий нас сигнал лежал выше или ниже частоты гетеродина на величину ПЧ, то один из нужных нам продуктов смешения попадет в полосу пропускания фильтра ПЧ, будет продетектирован и создаст амплитудный отклик на дисплее.
                Как нам выбрать частоту гетеродина и ПЧ, чтобы создать анализатор с желаемым частотным диапазоном? Предположим, что мы хотим настроить диапазон 0 – 3 ГГц. Какую ПЧ нужно выбрать? Давайте попробуем выбрать 1 ГГц. Поскольку эта частота находится внутри частотного диапазона настройки, мы можем иметь входной сигнал на частоте 1 ГГц. И поскольку выход смесителя также включает исходные входные сигналы, входной сигнал на частоте 1 ГГц должен давать нам постоянный выход смесителя на ПЧ. Таким образом, сигнал 1 ГГц будет проходить сквозь систему, и давать постоянный амплитудный отклик на дисплее, независимо от настройки гетеродина. В результате будет «дыра» в частотном диапазоне, в которой мы не сможем правильно изучать сигналы, поскольку амплитудный отклик будет независим от гетеродина. Поэтому ПЧ 1 ГГц нам не подходит.
                Значит, мы должны выбрать вместо такой ПЧ более высокую частоту, к которой мы должны настраиваться. В анализаторах спектра фирмы Agilent, настраиваемых до частоты 3 ГГц, ПЧ выбирается около 3.9 ГГц. Теперь если мы желаем настраиваться от 0 Гц (в действительности от некоторой малой частоты, поскольку мы не можем наблюдать сигнал нулевой частоты из-за архитектуры прибора) до 3 ГГц, в каком диапазоне должен перестраиваться гетеродин? Если он стартует с ПЧ (f_LO — f_F=0) и перестраивается до частоты, большей, чем ПЧ на 3 ГГц, мы можем покрыть диапазон частотой f_LO — f_F. Используя эти рассуждения, можем записать уравнение настройки:

                где f_SIG – частота сигнала;
                f_LO – частота гетеродина;
                f_F – ПЧ.

                Если мы желаем определить частоту гетеродина, необходимую для настройки анализатора на низкую, среднюю и высокую частоты сигнала (скажем, 1 кГц, 1.5 ГГц, 3 ГГц), мы должны сначала переписать уравнение настройки в терминах f_LO:

                Затем мы должны вставить значения частот сигнала и ПЧ:
                f_LO =1 кГц+3.9 ГГц=3.900001 ГГц,
                f_LO =1.5 ГГц+3.9 ГГц=5.4 ГГц,
                f_LO =3 ГГц+3.9 ГГц=6.9 ГГц.

                * прим. ред. Исторически приставка «супер» появилась как указание на такую схему гетеродинирования, когда гетеродин перестраивается, а промежуточная частота остается постоянной, то есть приемник в целом перестраивается по входной частоте.
                1 см. Главу 4 Амплитудная и частотная точность

                Похожие публикации:

                1. Dc ok на блоке питания что это
                2. Modul б 747 как настроить станок
                3. Повредили кабель при земляных работах что делать
                4. Что является нормируемым показателем для электрической сети