Аналізатори спектру реального часу - в допомогу оптимального вибору

1. Призначення аналізаторів спектра
2. Завдання аналізу спектру
3. аналізатори спектра
4. Класифікація та принцип роботи спектроаналізаторів
5. Мал. 1. Структурна схема трактів РЧ / ПЧ аналізатора спектра реального часу
6. Аналізатори спектру реального часу 2TEST
7. Таблиця 1. Порівняння аналізаторів спектра Tektronix серії RSA
8. Зовнішній вигляд
9. Області застосування
10. Джерело живлення
11. Діапазон робочих частот
12. Макс. смуга пропускання реального часу, МГц
13. Середній рівень власних шумів (DANL) на частоті 1 ГГц, передпідсилювач включений, дБм / Гц
14. стежить генератор
15. Аналіз модуляції і імпульсних сигналів відповідно до стандартів бездротової передачі даних
16. Точність опорної частоти, ppm
17. Макс. вхідна потужність, дБм
18. Похибка визначення амплітуди до 3 ГГц, дБ
19. Інтермодуляційні спотворення 3-го порядку (TOI) на частоті 2ГГц, дБм
20. Динамічний діапазон, вільний від паразитних складових, дбн
21. Мін. тривалість сигналу, мкс
22. EVM на QPSK при швидкості 1 Мсимв / с,%
23. EVM на 802.11n, дБ
24. маса, кг
25. Мал. 2. Аналізатор спектра Tektronix RSA5000B
26. Про компанію 2TEST

Робота з частотним діапазоном від десятків кілогерц до сотень гігагерц сьогодні є звичайною справою для більшості людей. Радіочастотні (РЧ) сигнали дозволяють передавати інформацію для будь-яких областей застосування: від соціальних мереж в мобільному телефоні до громадської безпеки та систем посадки літаків. Активне використання частотного ефіру і переповнення його різними сигналами провокують потребу в постійному контролі РЧ-спектра. Аналізатори радіочастотного спектру стають необхідними приладами.

У даній статті розглянуті аналізатори спектра, їх класифікація та опис принципу роботи, а також представлені рішення, які пропонують провідні світові виробники контрольно-вимірювального обладнання на сьогоднішній день.

Призначення аналізаторів спектра

Визначимося з базовими поняттями. Існує дві форми подання РЧ сигналів: тимчасова і частотна. Тимчасове подання (Time Domain) сигналу показує залежність його амплітуди від часу. У такому поданні все частотні складові підсумовуються разом і відображаються як єдиний сигнал. Тимчасова область є більш кращою для багатьох вимірів, а деякі з них можна провести тільки в тимчасовій області, наприклад, визначення тривалості фронту або зрізу імпульсу. Дослідити РЧ-сигнали в тимчасовій області дозволяють осцилографи або аналізатори з можливістю роботи в даній області за допомогою ШПФ.

Частотне подання (Frequency Domain) показує залежність амплітуди від частоти. У частотної області складні сигнали розділяються на частотні складові з певним рівнем на кожній частоті. Усталена частотне розділення сигналів засноване на їх спектральному поданні. Головний недолік цього подання - відсутність даних про тривалість процесів. Однак тестування в частотної області має кілька відмінних переваг і дозволяє легко визначити частоту, потужність, гармонійні складові, модуляцію і шумові параметри. Дослідження сигналів в частотній області дозволяють провести аналізатори спектра.

Завдання аналізу спектру

Пристрої, які використовують РЧ-сигнали для обміну інформацією, повинні бути протестовані ретельно з метою забезпечення коректної та безпечної роботи. Для функціонування пристроїв необхідно враховувати позасмугових перешкоди, паразитні випромінювання і вплив навколишнього середовища. Крім того, спектральний аналіз дозволяє проводити моніторинг радіочастот, виявляти електромагнітні перешкоди і визначати такі важливі параметри систем як коефіцієнт шуму і ставлення сигнал / шум. Все це показує, що здатність вимірювати РЧ-сигнали в частотній області є необхідним інструментом в розумінні того, як вони передаються і як найкраще забезпечити їхні прийом.

аналізатори спектра

Існує велика кількість контрольно-вимірювального обладнання, яке допомагає інженерам і розробникам у створенні і тестуванні нових пристроїв, і аналізатори спектру займають особливе місце серед них. Це одні з найпоширеніших, складних і багатофункціональних приладів з багатою історією розвитку і модернізації, які призначені для дослідження характеристик РЧ-сигналів в частотній області. У багатьох випадках спектральні аналізатори можуть використовуватися для отримання додаткової інформації про фазу сигналу, завдяки чому такі прилади зазвичай називають аналізаторами векторних або цифрових сигналів. Аналізатори сигналів можуть застосовуватися для аналізу якості модуляції або частотно-часових вимірів сигналів за допомогою їх захоплення і подальшої обробки.

Класифікація та принцип роботи спектроаналізаторів

Аналізатори спектра діляться на дві основні категорії: свіпірующіе і реального часу. Свіпірующій аналізатор спектру дозволив вперше провести вимірювання в частотної області. Аналізатор даного типу побудований на принципі роботи супергетеродинного приймача. Супергетеродинний аналізатор змішує входить РЧ-сигнал з частотою гетеродина, в результаті чого виходить сигнал з більш низькою проміжної частотою (ПЧ), який потім додатково проходить один або кілька каскадів. Виконані спочатку повністю на аналогових компонентах ці аналізатори стрімко розвивалися відповідно до вимог вимірювань. В сучасних свіпірующіх анализаторах спектра використовуються цифрові компоненти, такі як аналого-цифровий перетворювач (АЦП), цифрові сигнальні процесори і процесори. У аналізаторів такої категорії можна виділити явну перевагу: більш низька ПЧ легше управляється, що дозволяє проводити більш ефективну обробку. Однак принцип свіпірованія, як і раніше використовується в цих приладах, найкращим чином підходить для спостереження тільки за сигналами з передбачуваним поведінкою. При різких змінах сигналу можливий пропуск деяких з цих змін. Свіпірующіе аналізатори спектра не можуть надійно реєструвати подібні явища, тому при їх використанні для дослідження РЧ-сигналів більшості сучасних засобів зв'язку не можна розраховувати на високу продуктивність. Крім пропуску короткочасних сигналів є ймовірність неправильного уявлення спектра імпульсних сигналів, використовуваних в сучасних системах радіозв'язку. Свіпірующіе аналізатори дозволяють отримувати спектр імпульсного сигналу тільки при багаторазовому свіпірованія. При цьому особлива увага приділяється вибору швидкості свіпірованія і смуги дозволу.

Технологія аналізу спектру в реальному часі полягає в наступному: прилад спочатку збирає інформацію в тимчасовій області, а потім перетворює її в частотну область за допомогою швидкого перетворення Фур'є. Інтерес до аналізатора спектра реального часу істотно зріс в останні роки, коли необхідність відображення швидко змінюються і короткочасних подій стала все більш актуальною. Сучасний ринок стрімко охопили прилади, здатні ідентифікувати сигнали в межах заданої смуги пропускання, які з'являються протягом дуже коротких проміжків часу, наприклад, імпульсні радіолокаційні сигнали або сигнали з псевдовипадковою перебудовою робочої частоти (ППРЧ). Кінцевою метою аналізу спектру в реальному часі є захоплення сигналів зі стовідсотковою ймовірністю виявлення, чого не можуть запропонувати свіпірующіе аналізатори. На рис. 1 показана спрощена структурна схема РЧ / ПЧ тракту аналізатора спектра реального часу.

Мал. 1. Структурна схема трактів РЧ / ПЧ аналізатора спектра реального часу

Прийняті приладом РЧ-сигнали направляються за певними трактах і перетворюються у відповідності з вимогами аналізу. Далі передбачено регульоване ослаблення і посилення сигналів. Для настройки використовується багатокаскадного перетворення частоти і комбінація гетеродинов з перебудовується і фіксованою частотою. Аналогова фільтрація виконується на різних ПЧ. Кілька ПЧ використовуються, зокрема, для фільтрації дзеркального каналу. АЦП оцифровує сигнал останньої ПЧ. Вся подальша обробка виконується цифровим способом. Деякі моделі таких аналізаторів мають опціональні режими демодуляції, в яких вхідний сигнал оцифровується безпосередньо без перетворення частоти. Цифрова обробка модулюють сигналів аналогічна обробці РЧ-сигналів.

Аналізатори спектру реального часу 2TEST

Перейдемо до конкретних моделей аналізаторів спектра реального часу, які пропонує компанія 2TEST.

Ручні аналізатори спектра реального часу серії Spectran V5 від німецької компанії Aaronia є ідеальним рішенням для надійних і швидких вимірювань в будь-яких незначних: моніторинг спектра, РЧ вимірювання, виявлення перешкод, тестування на електромагнітну сумісність, вимір Wi-Fi і інших стандартів бездротових мереж.

У комплекті з приладом поставляється спеціальне програмне забезпечення (ВПЗ) для аналізу RTSA Suite, яке перетворює портативний аналізатор спектру Aaronia Spectran V5 в повноцінний функціональний лабораторний прилад. Компактний і легкий аналізатор спектру володіє пропускною здатністю реального часу до 175 МГц і дозволяє проводити випробування в діапазоні частот до 20 ГГц. До інших переваг даних приладів можна віднести гарантований захоплення подій тривалістю менше 1 мкс, високу швидкість сканування, запатентовану технологію багатофазних фільтрів і функцію потокової передачі даних на ПК за допомогою USB-інтерфейсу в режимі реального часу.

компанія Tektronix має широкий вибір потужних інструментальних засобів аналізу РЧ-сигналів для різних областей застосування, які реалізовані у вигляді компактних USB-аналізаторів спектра серії RSA. Супутнє ПО SignalVu надає безкоштовну функцію повнофункціонального спектрального аналізу. Крім того, у приладів даної серії доступні опції векторного аналізу сигналів, імпульсних вимірювань, комерційні стандарти бездротової передачі даних і ін. Порівняння USB-приладів серії RSA, що дозволяють виконати повнофункціональний аналіз спектра в реальному часі, наведено в таблиці 1.

Таблиця 1. Порівняння аналізаторів спектра Tektronix серії RSA

Технічні характеристики

Аналізатор спектра RSA306B

Аналізатор спектра RSA500

Аналізатор спектра RSA600

Зовнішній вигляд

Області застосування

Польові та лабораторні умови Аналіз в експлуатаційних умовах, пошук перешкод, управління мережами Лабораторні умови, включаючи тестування на наявність електромагнітних завад і бездротове підтвердження правильності конструкції

Джерело живлення

USB 3.0

Батарея або мережу

Мережа

Діапазон робочих частот

9 кГц - 6,2 ГГц

9 кГц - 7,5 ГГц

9 кГц - 7,5 ГГц

Макс. смуга пропускання реального часу, МГц

40

40

40

Середній рівень власних шумів (DANL) на частоті 1 ГГц, передпідсилювач включений, дБм / Гц

-163

-164

-164

стежить генератор

немає

опція

опція

Аналіз модуляції і імпульсних сигналів відповідно до стандартів бездротової передачі даних

опція

опція

опція

Точність опорної частоти, ppm

± 3

± 1

0,003 з прив'язкою GPS

± 1

0,003 з прив'язкою GPS

Макс. вхідна потужність, дБм

+23

+33

+33

Похибка визначення амплітуди до 3 ГГц, дБ

± 0,8

± 0,2

± 0,2

Інтермодуляційні спотворення 3-го порядку (TOI) на частоті 2ГГц, дБм

+14

+15

+15

Динамічний діапазон, вільний від паразитних складових, дбн

<-60 до 2,7 ГГц

<-50 від 2,7 до 6,2 ГГц

<-70

<-70 до 3 ГГц

Мін. тривалість сигналу, мкс

100

100

100

EVM на QPSK при швидкості 1 Мсимв / с,%

1,1

0,8

0,8

EVM на 802.11n, дБ

-35

-39

-39

маса, кг

0,73

3,17

2,88

Незважаючи на малі габарити, прилади серії RSA володіють великими можливостями і функціями, властивими лабораторним аналізатора спектра.

Аналізатор спектра реального часу RSA5000B від Tektronix - це кращий в класі, потужний прилад, що забезпечує візуалізацію і визначення з прецизійної точністю характеристик пристроїв і компонентів. RSA5000B - єдині аналізатори, які використовують запатентовану технологію Tektronix DPX для вимірювання частоти, амплітуди і фази. Зовнішній вигляд приладу наведено на рис. 2.

Мал. 2. Аналізатор спектра Tektronix RSA5000B

Відзначимо кілька переваг даних аналізаторів:

- Швидкість реєстрації 292 000 спектрів в секунду і смуга захоплення 85 МГц значно підвищують ймовірність захоплення аномалій сигналу в режимі реального часу;

- Кращі в класі РЧ-характеристики (типове значення вільного від паразитних складових динамічного діапазону -73 дбн; точка перетину з інтермодуляційними складовими 3-го порядку +17 дБм на частоті 2 ГГц; фазовий шум -109 дбн / Гц на частоті 1 ГГц при відбудові 10 кГц);

- Технологія DPX, що володіє широкосмуговим свіпірующім режимом, регульованою смугою дозволу і розширеними режимами запуску, що дозволяють реєструвати рідко відбуваються події, ідентифікуючи аномалії навіть в перевантаженому спектрі;

- Захоплення сигналів тривалістю від 5,8 мкс зі стовідсотковою ймовірністю і вбудована пам'ять об'ємом 4 Гб;

- Просте порівняння результатів вимірювань в тимчасовій, частотної, спектральної і модуляційної областях за допомогою декількох корельованих маркерів;

- Вимірювання часових параметрів спектрограм з високою роздільною здатністю за допомогою функції запису / відтворення.

Зазначені особливості дозволяють виконувати вимірювання сигналів перешкод з високою продуктивністю, чутливістю в більш стислі терміни, ніж інші прилади. Завдяки цьому підвищується швидкість, точність і ефективність вимірювань, пошуку та усунення неполадок.

Аналізатори спектру і сигналів стандарту PXI , Розроблені компанією National Instruments, дозволяють проводити високопродуктивні вимірювання з максимальною шириною смуги аналізу до 765 МГц. Аналізатори PXI мають широкий частотний діапазон (до 26.5 ГГц), можливість аналізу сигналів в реальному часі і дозволяють проводити розширену обробку сигналів. Аналізатори векторних сигналів PXI виконують вимірювання для широкого спектра стандартів бездротових технологій, наприклад, GSM, EDGE, WCDMA, LTE-A, Bluetooth і ін. В деяких моделях також передбачено ПО LabView і програмована ПЛІС, які можна налаштувати для розширених вимірювальних завдань. Аналізатори векторних сигналів PXI ідеально підходять для тестування сигналів бездротової мережі і програмно-визначених радіосистем (SDR), для спектрального радіомоніторингу, виявлення перешкод, інтелектуального аналізу сигналів і т.д.

Особливість аналізаторів сигналів National Instruments полягає в компактному розмірі, зручність управління за допомогою ПО LabView, а також можливості суміщення з іншими контрольно-вимірювальними приладами в єдину вимірювальну систему.

Про компанію 2TEST

Поставку вищеописаних рішень в області аналізу спектру в реальному часі на російський ринок здійснює компанія 2TEST. Наша компанія є офіційним дистриб'ютором спектральних аналізаторів від провідних виробників вимірювального обладнання як російських, так і зарубіжних компаній. Ми пропонуємо аналізатори спектру та сигналів, які дозволяють досліджувати сигнали в частотному діапазоні аж до 1 ТГц: від USB-аналізаторів до автоматичних систем випробування приймально-передавальних модулів портативного і модульного виконання. Різноманітна лінійка аналізаторів дозволяє підібрати відповідне рішення як на етапі НДДКР, так і в процесі виробництва. Прикладні програми, різні варіанти модернізації і розширення функціональних можливостей приладів дозволяють скоротити витрати і повністю задовольнити будь-які технічні вимоги розробників радіоелектронної апаратури та метрологів.

Крім поставок передового вимірювального обладнання компанія 2TEST надає комплекс супутніх послуг: проводить установку і налаштування обладнання, технічне навчання фахівців замовника. Також 2TEST забезпечує необхідну періодичну повірку вимірювальних приладів.

Свою надійність компанія з року в рік підтверджує безліччю успішно реалізованих проектів з поставки аналізаторів сигналів, які протягом багатьох років дають якісні результати своїм користувачам.

З'ясувати умови поставки, ціни і замовити найбільш підходящі прилади під Ваші задачі можна у технічних фахівців 2TEST: +7 495 215-57-17, [email protected] .