Анализаторы спектра - одно из важных средств тестирования, которое используется для измерения частоты и многие другие параметры. Интересно, что анализаторы спектра используются для измерения сигналов, которые мы знаем, и нахождения сигналов, которых мы не знаем. Благодаря своей точности анализатор спектра нашел множество применений в области электрических и электронных измерений. Он используется для тестирования многих цепей и систем. Эти схемы и системы работают на радиочастотных уровнях.
Благодаря различным конфигурациям моделей это устройство обладает собственной универсальностью в области измерительных приборов и измерений. Он поставляется с различными характеристиками, размерами и даже доступен в зависимости от конкретных приложений. Использование прибора в ровном высокочастотном диапазоне на уровне сверхвысоких частот в настоящее время исследуется. Его можно даже подключить к компьютерной системе, и измерения могут быть записаны на цифровой платформе.
Что такое анализатор спектра?
Анализатор спектра - это, по сути, инструмент для тестирования, который измеряет различные параметры в цепи или в системе в радиодиапазоне. Обычное испытательное оборудование будет измерять величину в зависимости от ее амплитуды по времени. Например, вольтметр измеряет амплитуду напряжения во временной области. Так мы получим синусоидальную кривую Напряжение переменного тока или прямая линия для Напряжение постоянного тока . Но анализатор спектра измерял бы количество в терминах амплитуды в зависимости от частоты.
Отклик в частотной области
Как показано на схеме, анализатор спектра измеряет амплитуду в частотной области. Высокие пиковые сигналы представляют величину, а между ними также есть шумовые сигналы. Мы можем использовать анализатор спектра для устранения шумовых сигналов и повышения эффективности системы. Коэффициенты подавления сигнал / шум (SNR) - одна из важных характеристик в настоящее время для электронных приложений. Например, наушники поставляются с функцией шумоподавления. Для тестирования такого оборудования используются анализаторы спектра.
Блок-схема анализатора
Блок-схема
Блок-схема анализатора спектра показана выше. Он состоит из входного аттенюатора, который ослабляет входной радиочастотный сигнал. Ослабленный сигнал подается на фильтр нижних частот для устранения пульсаций.
Отфильтрованный сигнал смешивается с настроенным по напряжению генератором и подается на усилитель. В усилитель мощности подается на электронно-лучевой осциллограф. С другой стороны, у нас также есть генератор развертки. Оба подаются в CRO для вертикальных и горизонтальных отклонений.
Принцип работы анализатора спектра
Анализатор спектра в основном измеряет спектральный состав сигнала, то есть подаваемого на анализатор. Например, если мы измеряем выходной сигнал фильтра, скажем, фильтра нижних частот, тогда анализатор спектра будет измерять содержание спектра выходного фильтра в частотной области. В этом процессе он также будет измерять содержание шума и отображать его в CRO,
Как показано на блок-схеме, работу анализатора спектра можно принципиально разделить на выполнение вертикальной и горизонтальной развертки электронно-лучевого осциллографа. Мы знаем, что горизонтальная развертка измеряемого сигнала будет относиться к частоте, а вертикальная развертка - к его амплитуде.
Работающий
Чтобы произвести горизонтальную развертку измеряемого сигнала, сигнал на уровне радиочастоты подается на входной аттенюатор, который ослабляет сигнал на уровне радиочастоты. Выход аттенюатора подается на фильтр нижних частот для устранения любых пульсаций в сигнале. Затем он подается на усилитель, который усиливает сигнал до определенного уровня.
В этом процессе он также смешивается с выходным сигналом генератора, настроенного на определенную частоту. Генератор помогает генерировать переменный характер подаваемой формы волны. После смешивания с генератором и усиления сигнал подается на детектор горизонтальной развертки, который преобразует сигнал в частотную область. Здесь, в анализаторе спектра, спектральная величина сигнала представлена в частотной области.
Для вертикальной развертки требуется амплитуда. Для получения амплитуды сигнал подается на настроенный по напряжению генератор. Генератор, настроенный по напряжению, настроен на уровень радиочастоты. Как правило, для создания цепей генератора используется комбинация резисторов и конденсаторов. Это известно как RC-генераторы. На уровне генератора сигнал сдвигается по фазе на 360 градусов. Для этого фазового сдвига используются разные уровни RC-цепей. Обычно у нас есть 3 уровня.
Иногда даже трансформаторы используются для фазовращения. В большинстве случаев частота генераторов также регулируется с помощью пилообразного генератора. Генератор пилообразного сигнала также иногда соединяется с широтно-импульсным модулятором для получения пилообразного изменения импульсов. Выходной сигнал генератора поступает в схему вертикальной развертки. Что дает амплитуду на электронно-лучевом осциллографе.
Типы анализаторов спектра
Анализаторы спектра можно разделить на две категории. Аналоговый и цифровой
Аналоговый анализатор спектра
Аналоговые анализаторы спектра используют принцип супергетеродина. Их также называют анализаторами развертки или развертки. Как показано на блок-схеме, анализатор будет иметь разные схемы горизонтальной и вертикальной развертки. Чтобы показать выходной сигнал в децибелах, перед схемой строчной развертки также используется логарифмический усилитель. Также предоставляется видеофильтр для фильтрации видеоконтента. Использование генератора пилообразного изменения обеспечивает каждой частоте уникальное место на дисплее, с помощью которого она может отображать частотную характеристику.
Цифровой анализатор спектра
Цифровой анализатор спектра состоит из блоков быстрого преобразования Фурье (БПФ) и блоков аналого-цифровых преобразователей (АЦП) для преобразования аналогового сигнала в цифровой. По представлению блок-схемы
Цифровой анализатор спектра
Как показано на блок-схеме, сигнал подается на аттенюатор, который ослабляет уровень сигнала, а затем подается на фильтр LPF для устранения содержания пульсаций. Затем сигнал подается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует сигнал в цифровую область. Цифровой сигнал подается на анализатор БПФ, который преобразует сигнал в частотную область. Это помогает измерить частотный спектр сигнала. Наконец, он отображается с помощью CRO.
Преимущества и недостатки анализатора
Он имеет множество преимуществ, поскольку измеряет спектральную величину сигнала в радиодиапазоне. Он также обеспечивает ряд измерений. Единственный минус - это стоимость, которая выше, чем у обычных обычных счетчиков.
Приложения анализатора
Анализатор спектра, который в основном используется для целей тестирования, может использоваться для измерения различных величин. Все эти измерения производятся на радиочастотном уровне. Часто измеряемые величины с помощью анализатора спектра:
- Уровни сигнала - Амплитуда сигнала в частотной области может быть измерена с помощью анализатора спектра.
- Фазовый шум - Поскольку измерения проводятся в частотной области и измеряется спектральный состав, можно легко измерить фазовый шум. На выходе электронно-лучевого осциллографа он выглядит как рябь.
- Гармонические искажения - Это главный фактор, который необходимо определить для качества сигнала. На основе гармонических искажений вычисляется полное гармоническое искажение (THD) для оценки качества мощности сигнала. Сигнал необходимо уберечь от провалов и вздутий. Снижение уровней гармонических искажений даже важно, чтобы избежать ненужных потерь.
- Интермодуляционные искажения - При модуляции сигнала на промежуточном уровне возникают амплитудные (амплитудная модуляция) или частотная (частотная модуляция) искажения. Чтобы получить обработанный сигнал, этого искажения необходимо избегать. Для этого используется анализатор спектра для измерения интермодуляционных искажений. Как только искажение уменьшено с помощью внешних цепей, сигнал можно обрабатывать.
- Ложные сигналы - Это нежелательные сигналы, которые необходимо обнаружить и устранить. Эти сигналы нельзя измерить напрямую. Это неизвестный сигнал, который необходимо измерить.
- Частота сигнала - Это тоже важный фактор, который нужно оценить. Поскольку мы использовали анализатор на уровне радиочастоты, полоса частот очень высока, и становится важным измерять частотный состав каждого сигнала. Для этого спектра специально используются анализаторы.
- Спектральные маски - Анализаторы спектра также полезны для анализа спектральных масок.
Таким образом, мы увидели принцип работы, дизайн, преимущества и применение спектр анализатор. Надо подумать, как сохранить данные, которые измеряются в анализаторе спектра? И как перенести его на другие носители, например, на компьютер, для дальнейшего измерения.
