Spektrianalysaattori

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 16. lokakuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 5 muokkausta .

Spektrianalysaattori - laite, jolla tarkkaillaan ja mitataan sähköisten (sähkömagneettisten) värähtelyjen energian suhteellinen jakautuminen taajuuskaistalla .

Spektrianalysaattorit. Yleistä tietoa

Spektrianalysaattoreiden luokitus

Taajuusalueen mukaan - matala taajuus, radioalue (laajakaista) ja optinen alue.
Toimintaperiaatteen mukaan - rinnakkaistyyppi (monikanava) ja sarjatyyppi (skannaus).
Mittaustietojen käsittelytavan ja tulosten esittämisen mukaan - analoginen ja digitaalinen.
Analyysin luonteen mukaan - skalaari, joka antaa tietoa vain spektrin harmonisten komponenttien amplitudeista ja vektori, joka antaa myös tietoa vaihesuhteista.

Analyysin perusominaisuudet

Spektrianalysaattorin avulla voit määrittää analysoitavan prosessin muodostavien spektrikomponenttien amplitudin ja taajuuden. Sen tärkein ominaisuus on resoluutio: pienin taajuusväli kahden spektrianalysaattorin vielä erottaman spektriviivan välillä. Spektrianalysaattori voi antaa todellisen spektrin vain, kun analysoitava värähtely on jaksollista tai esiintyy vain intervallin sisällä . Prosessien kestoa analysoitaessa spektrianalysaattori ei anna todellista spektriä $\Delta f$ $x(t)$ $T$

S(\omega )=\int \limits _{-\infty }^{\infty }x(t)e^{-i\omega t}dt

ja hänen arvionsa:

S_{T}(t_{1},\omega )=\int \limits _{t_{1}}^{t_{1}+T}x(t)e^{-i\omega t} dt

riippuen käynnistysajasta ja analyysiajasta . Koska vaihteluspektri voi yleensä muuttua ajan myötä, estimaatti antaa ns. nykyinen spektri. ${\näyttötyyli t_{1))$ $T$ $S_{T}(t_{1},\omega )$

Matalataajuiset ja RF-spektrianalysaattorit

Matalataajuiset analysaattorit

LF-analysaattorit ovat rinnakkais- ja sarjatyyppisiä (useammin rinnakkaisia) ja ne on suunniteltu toimimaan taajuusalueella muutamasta hertsistä kymmeniin tai satoihin kilohertseihin. Niitä käytetään akustiikassa , esimerkiksi meluominaisuuksien tutkimuksessa, audiolaitteiden kehittämisessä ja kunnossapidossa sekä muihin tarkoituksiin. Virtalähteen laadun valvontaan käytettäviä analysaattoreita kutsutaan muuten harmonisiksi analysaattoreiksi .

ESIMERKKEJÄ: UPV, UPP, Ф4327, С4-34, СК4-83, ZET017, FLUKE_41B (harmoninen analysaattori), ZET 017.

RF-analysaattorit

Useimmat radiotaajuusanalysaattorit ovat laajakaistaisia, joten voit työskennellä kaistalla muutamasta kilohertsistä muutamaan - satoja gigahertsejä, yleensä nämä ovat sarjatyyppisiä analysaattoreita. Niitä käytetään radiosignaalien ominaisuuksien analysointiin, radiolaitteiden ominaisuuksien tutkimiseen.

Yksityiskohtaisimmat tiedot nykyaikaisten RF-analysaattoreiden rakentamisen periaatteista ja niiden metrologisista ominaisuuksista ovat esitteissä "Application Note 150 Spectrum Analysis Fundamentals" (Application Note 150 Spectrum Analysis Fundamentals), jonka on valmistanut Agilent Technologies ja "Spectral Analysis Fundamentals Rauscher", kirjoittanut Rohde & Schwarz .

ESIMERKKEJÄ: FSL, FSV, FSU, CK4-84, C4-82, GSP-810

Sarjatyyppiset jäsentimet

Sarjatyyppiset analysaattorit ovat yleisin radiosignaalien tutkimiseen tarkoitettu analysaattorityyppi, jonka toimintaperiaate on skannata taajuusalue viritettävällä paikallisoskillaattorilla . Spektrin komponentit siirretään peräkkäin välitaajuudelle . Paikallisoskillaattorin taajuuden viritys vastaa tutkittavan signaalin spektrin siirtämistä. Selektiivinen IF valitsee peräkkäin spektrin komponentit, ja oskilloskoopin ilmaisimen synkronisen pyyhkäisyn ansiosta kunkin spektrikomponentin vasteet toistetaan peräkkäin sen näytöllä.

Rinnakkaiset jäsentimet

Rinnakkaistyyppiset analysaattorit sisältävät joukon identtisiä kapeakaistasuotimia ( high-Q resonators ), joista jokainen on viritetty tietylle taajuudelle (matalataajuisten mittausten alalla suodattimilla ei välttämättä ole samaa absoluuttista kaistanleveyttä, mutta suhteellinen taajuusväli , esimerkiksi "kolmannen oktaavin suodattimet"). Kun tutkittava signaali toimii samanaikaisesti kaikilla suodattimilla, kukin niistä valitsee sen viritystä vastaavan spektrin komponentin. Rinnakkaisspektrianalysaattorilla on etu sarjaanalysaattoriin verrattuna analyysinopeuden suhteen, mutta se on yksinkertaisuudessaan sitä huonompi.

Digitaaliset analysaattorit

Digitaalisia analysaattoreita voidaan rakentaa kahdella tavalla. Ensimmäisessä tapauksessa kyseessä on perinteinen sarjatyyppinen analysaattori, jossa paikallisoskillaattorilla taajuuskaistaa skannaamalla saatu mittaustieto digitoidaan ADC :llä ja edelleen käsitellään digitaalisesti. Toisessa tapauksessa rinnakkaistyyppinen digitaalinen vastine toteutetaan DFT-analysaattorin muodossa, joka laskee spektrin käyttämällä diskreettejä Fourier-muunnosalgoritmeja (DFT) . Verrattuna sarjamuotoisiin digitaalisiin rinnakkais-DFT-analysaattoreihin on tiettyjä etuja: suurempi tarkkuus ja nopeus, kyky analysoida pulssi- ja yksittäissignaaleja. He pystyvät laskemaan amplitudin lisäksi myös vaihespektrit sekä samanaikaisesti edustamaan signaaleja aika- ja taajuusalueissa. Valitettavasti rinnakkaiset DFT-analysaattorit toimivat vain suhteellisen matalilla taajuuksilla analogia-digitaalimuuntimien (ADC) rajallisten ominaisuuksien vuoksi.

Tektronix Corporation on luonut reaaliaikaisia digitaalisia spektrianalysaattoreita. Ne mahdollistavat tietyntyyppisissä nykyaikaisissa viestintäjärjestelmissä käytettävien spektrin nopeiden muutosten reaaliaikaisen seurannan. Samalla instrumentit mahdollistavat tavanomaisten spektrien ohella spektrogrammien rakentamisen, jotka ovat joukko spektrejä, jotka esitetään eri ajankohtina. Lisäksi instrumenteissa käytetään "digital phosphor" -tekniikkaa, joka mahdollistaa spektrien muistamisen tietyn ajan ja niiden muutosten visuaalisen seuraamisen ajan myötä.

Rohde-Schwarz valmistaa myös reaaliaikaisia spektrianalysaattoreita, joissa on lisäksi taajuusmaskin liipaisin (selektiivinen liipaisin). Tässä tilassa spektrianalysaattori käynnistyy ja tekee mittauksia, jos analysoitavan signaalin spektri rinnakkais-ADC-pohjaisen FFT-analysaattorin analyysikaistanleveydellä täyttää määritetyt ehdot, esimerkiksi jokin spektrikomponenteista tietyllä taajuudella ylittää asetettu taso. Tämä tila on hyödyllinen havainnoitaessa signaalien spektrejä langattomassa viestinnässä, kun on mahdollista eristää tutkimiseen tarvittavat kantoaalto- tai pilottisignaalit.

Normalisoidut perusominaisuudet

Taajuusalue
Span
Kaistanleveydet
Taajuusmittausvirhe
Amplitudin mittausvirhe
Herkkyys ja dynaaminen alue
Suhteellinen omamelutaso
Taajuusvasteen epätasaisuus

Optiset spektrianalysaattorit

Kuinka se toimii

Optiset spektrianalysaattorit on rakennettu diffraktiohilan , Michelson-interferometrien , Fabry-Perotin ja muiden häiriökaavioiden pohjalta. Tällä hetkellä diffraktiohilaa käyttäviä analysaattoreita käytetään laajalti korkeasta valmistettavuudesta johtuen, ja vain kun niiden resoluutio on riittämätön, käytetään kalliimpia interferometrisiä menetelmiä spektrin mittaamiseen.

Sovellus

Optisen spektrin analysoinnista tietoliikennetekniikan kehityksen yhteydessä on tulossa yksi tärkeimmistä mittaustyypeistä nykyaikaisissa kuituoptisissa viestintäjärjestelmissä. Tämäntyyppisen mittauksen tarve liittyy ensisijaisesti optisten säteilylähteiden spektrin seurantaan sekä spektrikomponenttien vaikutusasteen määrittämiseen kuituoptisten komponenttien parametreihin ja tiedonsiirtoon kuituoptisten tietoliikennelinjojen kautta. Samaan aikaan yhdeksi merkittävistä nopeiden tietoliikennelinjojen kaistanleveyttä rajoittavista tekijöistä on tällä hetkellä tulossa optisen kuidun kromaattinen dispersio, joka määräytyy säteilylähteen spektrin leveyden mukaan ja joka ilmenee säteilyn lisääntymisenä. lähetetyn pulssin kesto sen eteneessä optisen kuidun läpi, mikä edellyttää myös optisen spektrin analyysiä. Lisäksi valokuituvahvistimien käyttöönotto tietoliikennelinjoissa , erityisesti EDFA ( erbiumvahvistimet ) ja WDM -teknologian (aallonpituusmultipleksaus) kehitys tietoliikenteessä, määrittävät optisen spektrin analyysin kuituoptisten siirtolinjojen asennuksen ja käytön aikana. (FOTL) on uusin mittaustyyppi.

ESIMERKKEJÄ: ANDO AQ6331, PROLITE-60, EXFO FTB-5240S, ZET 017 U2

Normalisoidut perusominaisuudet

Aallonpituusalue _
Aallonpituuden resoluutio
Aallonpituuden mittausvirhe
Amplitudin näyttöalue
Amplitudin mittausvirhe
Dynaaminen alue

Kirjallisuus ja ohjedokumentaatio

Kirjallisuus

Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Digitaalinen spektri-, signaali- ja logiikka-analysaattorit. Ed. prof. V. P. Dyakonova. M.: SOLON-Press, 2009
Dyakonov VP Nykyaikaiset Fourier- ja wavelet-analyysimenetelmät ja signaalisynteesi. "Ohjaus- ja mittauslaitteet ja -järjestelmät", nro 2, 2009
Signaalit, häiriöt, virheet ... Fink L. M. M: Radio and Communications, 1984
Radiomittauslaitteiden käsikirja: 3 nidettä; Ed. V. S. Nasonova - M .: Sov. radio, 1979
Radioelektroniikkalaitteiden käsikirja: 2 nidettä; Ed. D. P. Linde - M .: Energia, 1978

Normatiivis-tekninen dokumentaatio

IEC 60714(1981) Spektrianalysaattorit. Ominainen ilmaisu
IEC/PAS 62129(2004) Optisten spektrianalysaattoreiden kalibrointi
GOST 11859-66 Harmoniset analysaattorit. Todentamismenetelmät ja -keinot
GOST 17168-82 Elektroniset oktaavin ja kolmanneksen oktaavin suodattimet. Yleiset tekniset vaatimukset ja testausmenetelmät

Katso myös

Linkit

Sähköiset mittauslaitteet
Ampeerimittari Ampeerimittarin volttimittari Spektrianalysaattori Wattimittari Vectorscope Volttimittari Galvanoskooppi Galvanometri Q-mittari kapasitanssimittari Immittanssimittari Äänitasomittari Mittausmuuntaja Suhdemittari Resistenssin kauppa Megaohmimittari yleismittari Vastusmittari Oskilloskooppi Sähköenergian mittari Vaihemittari Taajuusmittari