Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2010 №7

Ликбез по массовым цифровым анализаторам спектра радиочастот

Дьяконов Владимир


Еще недавно анализаторы спектра были редкими и дорогими приборами, и они встречались лишь в отдельных элитных лабораториях. Но в наше время частотный анализ современных телекоммуникационных устройств, например, сотовой связи, контроль радиопередающих станций, оценка электромагнитной обстановки и т. д., стали настолько актуальными и массовыми задачами, что в ряде радиотехнических лабораторий анализаторов спектра стало даже больше, чем электронных осциллографов, исследующих сигналы во временной области. Однако большинство радиоинженеров все еще мало знакомы с новым классом измерительных приборов — цифровыми анализаторами спектра радиочастот и работой с ними. Статья восполняет этот пробел.

Окончание. Начало в № 6 2010

Маркерные измерения

В дальнейших экспериментах нам потребуется достаточно точный цифровой генератор сигналов, например Tektronix AFG 3000 [6]. Подключите выход генератора к входу анализатора. Будьте внимательны: генератор может развивать недопустимо большой сигнал! Установите генерацию треугольного сигнала с частотой 1 МГц и двойной амплитудой 1 В. Включите выход генератора кнопкой Chanel On и, нажав кнопку Autoset анализатора, получите спектр сигнала и установите основные параметры анализатора в соответствии с рис. 20. Будет отчетливо виден спектр с первой гармоникой и рядом быстро затухающих высших гармоник.

Пример построения спектра треугольного сигнала с установкой 4 маркеров на пики первых четырех гармоник

Рис. 20. Пример построения спектра треугольного сигнала с установкой 4 маркеров на пики первых четырех гармоник

Полноценные маркерные измерения у анализатора спектра сосредоточены в позиции меню Marker, которая выводится при нажатии кнопки Marker в одноименной группе из трех кнопок. Одновременно с меню появляется сам маркер в виде белого ромбика на пике спектральной линии (рис. 20). Маркер можно перемещать по кривой спектра вращением поворотной ручки. Значения уровня и частоты сигнала в месте расположения маркера выводятся на экран дисплея. Всего можно вывести 4 маркера или 4 пары дельта-маркеров.

Меню Marker имеет следующие позиции:

  • Select Marker — выбор и включение до четырех маркеров.
  • Normal — установка обычного маркера (с перемещением поворотной ручки и захватом максимума ближайшего пика).
  • Delta — установка дельта-маркера (маркера для измерения приращений относительно опорного маркера), перемещаемого относительно опорного маркера IR (рис. 21).

    Пример вывода пары дельта-маркеров

    Рис. 21. Пример вывода пары дельта-маркеров

  • Delta Pair — вывод пары дельта-маркеров с независимым управлением.
  • Span Pair — задание Span маркерами с независимым управлением.
  • Off— отключение изображения маркера.
  • More — вызов второй части меню.
  • Marker Trace — привязка маркера к кривой спектра.
  • Readout — вывод вида измерений (Frequency — частота, Period — период, Time — время).
  • Marker Тable — вывод таблицы с параметрами маркеров (рис. 22).

    Пример вывода таблицы с данными маркеров (спектр дан для треугольного сигнала)

    Рис. 22. Пример вывода таблицы с данными маркеров (спектр дан для треугольного сигнала)

  • Marker All Off— отключение изображения всех маркеров.

Маркеры обеспечивают гораздо более высокую точность измерений, чем масштабная сетка или курсор. Особенно это касается измерений положения и высоты пиков спектра. Дело в том, что маркер автоматически устанавливается на цифровой отсчет с максимальным уровнем и запускает измерение частоты и уровня отсчета цифровыми методами. Например, положение пика измеряется входящим в прибор цифровым частотомером, и при удачном выборе условий измерения погрешность может уменьшаться до значений порядка 10-6-10-5, сравнимых с погрешностью опорной частоты. Конкретные значения погрешности маркерных измерений указаны в техническом описании к прибору, и при ответственных измерениях их надо внимательно изучить.

Параметры (частота и уровень) последнего установленного маркера отображаются на экране. Уровень измеряется в различных единицах, которые задаются в позиции Y Axis Units меню установок уровня. Учтите, что уровень гармоник (высоты спектральных линий гармоник) и амплитуда синусоидальных сигналов — это разные понятия. Уровень гармоник задается в средних значениях сигнала или в децибелах мощности:

дБм = 10log(P/P0), (3)

где Р1 — это 1 Вт для дБВт, 1 мВт для дБмВт и т. д. Речь идет о мощности, выделяемой на входном сопротивлении анализатора спектра с номиналом 50 Ом. Иногда используются и децибелы напряжения:

дБн = 20log(U/U1), (4)

где U1 — единица измерения напряжения, например 1 В, 1 мВ, 1 мкВ и т. д.

Исследование сигналов со специальными спектрами

Импульсные сигналы имеют спектр с большим числом высших гармоник. Теоретическое описание спектров таких сигналов можно найти в учебниках по радиотехнике и в [3, 7]. Подавать такие сигналы на вход анализатора спектра надо с большой осторожностью. Так, сигналы с большой скважностью могут иметь недопустимо большую амплитуду. Сигналы в виде треугольных симметричных импульсов и меандра со скважностью 2 не имеют постоянной составляющей, и их можно спокойно подавать на вход анализатора прямо, ограничив амплитуду по мощности на допустимой величине. Они имеют только нечетные гармоники.

Часто применяемые несимметричные прямоугольные импульсы имеют постоянную составляющую, которую лучше исключить. Например, прямоугольные импульсы с коэффициентом заполнения 0,1 и двойной амплитудой 1 В надо просто задать с верхним уровнем 0,9 и нижним -0,1. Для импульсов с уровнями 0 и 1 В можно также использовать сдвиг уровня генератора OffSet = -0,1 В. Установки анализатора, показанные на рис. 23, обеспечивают построение спектра таких импульсов. Он очень напоминает классический спектр этих импульсов, часто приводимый в учебниках. Но есть отличия: вид огибающей спектра характерен для логарифмического масштаба по вертикали, а спад огибающей амплитуды гармоник происходит не до нуля, а до конечного малого уровня. Внизу видна шумовая дорожка. В спектре есть как четные, так и нечетные гармоники.

Спектр прямоугольного импульса с коэффициентом заполнения 0,1

Рис. 23. Спектр прямоугольного импульса с коэффициентом заполнения 0,1

Этот сигнал обладает широким и практически неограниченным (при идеальных перепадах) спектром. Теоретически огибающая спектра периодически обращается в нуль на частотах 1/tи, где tи — длительность импульса.

Важной задачей радиотехники является создание и применение сигналов с ограниченным спектром. Лишь анализатор спектра способен полноценно исследовать сигналы с подобным спектром. Интересными спектральными свойствами обладает сигнал вида sin(tи)/(tи) (рис. 24).

Осциллограмма импульса sin(t/τи)/(t/τи)

Рис. 24. Осциллограмма импульса sin(tи)/(tи)

Теоретически он имеет спектр, у которого амплитуда гармоник постоянна до частоты f = 1/τи, где τи — постоянная времени изменения амплитуды, а затем она становится нулевой. Гармоники имеют частоты, кратные частоте повторения импульсов (1 МГц в нашем примере).

Реальный спектр такого сигнала, полученный от генератора произвольных функций AFG 3000 фирмы Tektronix, показан на рис. 25. Обрыв амплитуды гармоник хотя происходит и не идеально, но достаточно резко. Спектральный пик первой гармоники отмечен маркером. По спектру легко определить параметр τи, который по осциллограмме определить трудно.

Спектр сигнала sin(t/τи)/(t/τи) при частоте повторения 1 МГц

Рис. 25. Спектр сигнала sin(tи)/(tи) при частоте повторения 1 МГц

Еще один интересный сигнал — импульс Гаусса. Осциллограмма таких импульсов показана на рис. 26. Она маловыразительна. Для уменьшения постоянной составляющей кривая сигнала смещена примерно на 200 мВ вниз. На ограниченность спектра указывает лишь плавный переход пиков сигнала к нулю.

Осциллограмма импульсов Гаусса

Рис. 26. Осциллограмма импульсов Гаусса

А вот спектр такого сигнала (рис. 27) показывает, что после довольно резкого спада амплитуд гармоник их уровень становится пренебрежительно малым. Модуляция таким сигналом ВЧ-сигналов позволяет эффективно решить проблему уменьшения паразитных частот за пределами полосы частот модулированного сигнала. Это важно для многоканальных систем связи.

Спектр импульсов Гаусса

Рис. 27. Спектр импульсов Гаусса

Оценка искажений спектра в низкочастотной области

Приведенные примеры наглядно показывают, что даже массовый анализатор спектра радиочастот позволяет эффективно строить спектры импульсных сигналов с достаточно высокими частотами повторения. Низкочастотная граница у этих анализаторов равна 9 кГц, так что можно ожидать, что в области десятков кГц спектры импульсов будут отображаться без заметных искажений. Но насколько хорошо?

Тут вновь полезен сигнал sin(tи)/(tи), имеющий, что уже отмечалось, практически постоянную амплитуду гармоник спектра в определенном диапазоне частот. Задав такой сигнал с частотой повторения 10 кГц, можно просмотреть спектр (рис. 28), дающий прекрасное представление об искажениях анализатора в области низких частот. Нетрудно заметить, что пики гармоник имеют практически постоянную высоту начиная с 70-80 кГц. На более низких частотах уровень гармоник начинает заметно снижаться. Первая гармоника с частотой 10 кГц едва фиксируется.

Спектр сигнала sin(t/τи)/(t/τи) при частоте повторения 10 кГц

Рис. 28. Спектр сигнала sin(tи)/(tи) при частоте повторения 10 кГц

Эти данные нужно учитывать при оценке возможностей описанных здесь анализаторов и при исследовании низкочастотных сигналов. Следует учитывать и то, что речь идет об анализаторах спектра радиочастот, которые начинаются со 100 кГц. Так что приборы вполне оправдывают свое назначение, а нижняя частота в 9 кГц, скорее, имеет рекламный «оттенок».

Спектральный анализ модулированных сигналов

В радиосвязи используются различные типы модуляции сигналов. Даже простейшая модуляция — амплитудная (АМ) — может вызвать проблемы при исследовании спектров сигналов. Теоретически спектр синусоидального сигнала с АМ другим, более низкочастотным сигналом имеет три спектральные линии: линию несущей частоты f и две расположенные по обе стороны от несущей линии боковых частот f0-fM и f0-fM. Например, в радиовещании на коротких волнах частота f0 лежит в пределах от 1,5 до 30 МГц, а fu куда ниже: от десятков Гц до десятка кГц. Таким образом, обычно f0 >> fH, и при RBW > fu спектральные линии могут сливаться из-за конечной ширины пиков.

Спектры реальных АМ сигналов легко строятся только дорогими анализаторами спектра с малыми RBW < 300 Гц. Более дешевые анализаторы, описанные в данной статье, способны строить спектры АМ-сигналов с частотами модуляции от 1 кГц и выше. Для построения спектров использовался цифровой генератор синусоидальных сигналов R&S SM300 с частотами сигналов до 3 ГГц и с любыми видами модуляции.

Пример построения спектра АМ-сигнала показан на рис. 29. Здесь синусоидальный сигнал с частотой 10 МГц модулируется сигналом с частотой при коэффициенте модуляции 100%. Все линии спектра четко выделяются и помечены маркерами. Видны даже линии от второй гармоники модулирующего сигнала, но их уровень мал, хотя и выше уровня шума. Спектр построен после 12 усреднений по мощности (из заданных 32) — это данные о PAvg с левой стороны экрана.

Пример построения спектра АМ-сигнала

Рис. 29. Пример построения спектра АМ-сигнала

Частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ) модуляции имеют существенно более широкий спектр. ЧМ широко применяется в радиовещании при несущих частотах порядка сотни МГц и девиации частоты до ±75 кГц. Ее спектр легко просматривается анализатором при RBW порядка 1 кГц (рис. 30). Для уменьшения шума используется режим усреднения по напряжению (показан результат после 31-го усреднения — это данные по VAvg в левой части экрана).

Спектр сигнала с ЧМ, несущей 100 МГц с полосой обзора 500 кГц и девиацией 75 кГц

Рис. 30. Спектр сигнала с ЧМ, несущей 100 МГц с полосой обзора 500 кГц и девиацией 75 кГц

Пример анализа очень слабого радиосигнала

Анализатор спектра является прекрасным прибором для выявления и анализа очень слабого радиосигнала, лишь незначительно превышающего уровень шумов. Уровень составляющих у него может составлять микровольты, нановольты и даже меньшие величины. При этом анализатор спектра полноценно заменяет сложные и дорогие избирательные микро- и нановольтметры, а также другие довольно редкие приборы.

Для демонстрации анализа очень малых сигналов зададим с помощью генератора AFG 3000 с внешними аттенюаторами на выходе -40 дБ АМ-сигнал с уровнем около 30 мкВ, частотой 97 МГц и модуляцией меандром с частотой 5 кГц и малой (1%) глубиной модуляции. При использовании автоустановки (кнопка AUTOSET) анализатор такой сигнал не обнаруживает. Для получения спектра сигнала установим центральную частоту на 97 МГц, SPAN = 100 кГц, RBW = 300 Гц, VBW = 100 Гц и Avg = 10. При таких условиях анализатор легко обнаруживает сигнал (рис. 31) и дает достаточно подробную оценку его спектра. Обратите внимание на то, что автоматически включился предварительный усилитель. Отсчет уровня по вертикальной оси задан в вольтах.

Спектр слабого радиосигнала

Рис. 31. Спектр слабого радиосигнала

Вид спектра (наличие симметричных боковых полос) указывает на наличие АМ, причем отчетливо видны линии 1-й, 3-й, 5-й и даже 7-й гармоник модулирующего сигнала. Наличие нечетных гармоник в модулирующем сигнале и характер их спада по уровню позволяет уверенно предположить, что модуляции происходят меандром, а не синусоидальным или треугольным сигналом. На рис. 31 маркеры установлены на пики несущей (маркер 1), два главных боковых пика (маркеры 2 и 3) и на пик явно паразитного сигнала (маркер 4) с уровнем около 100 нВ (1 нВ = 10-9 В). Маркеры позволяют оценить уровень составляющих спектра сигнала и вычислить коэффициент модуляции. Горизонтальная линия — курсор — оценивает уровень шума (он около 5 нВ).

Остается решить вопрос о принадлежности пика 4 и оценить минимально возможный обнаруживаемый сигнал. Для этого отключим генератор от анализатора и на вход последнего установим заглушку с сопротивлением 50 Ом. Дождавшись конца усреднений, увидим на экране только шумовую полосу (рис. 32). Все маркеры попадают внутрь нее, то есть на этих частотах сигнал не выделяется от шума. Это указывает на то, что все сигналы, видимые на рис. 31 (в том числе 4), принадлежат генератору, а не анализатору. Горизонтальная линия курсора в середине шумовой полоски показывает, что средний уровень шума в данном случае около 5 нВ, что говорит о высокой чувствительности анализатора. Для сравнения отметим, что профессиональные КВ-радиоприемники имеют чувствительность в доли — единицы мкВ, то есть в сотни раз хуже, чем у анализатора спектра.

Спектр сигнала самого анализатора

Рис. 32. Спектр сигнала самого анализатора

ЭМФ и спектры радиовещательных диапазонов волн

С подключенной к входу анализатора антенной (или даже с куском провода длиной в несколько см) можно просматривать спектры радиовещательных диапазонов и наблюдать за частотами и уровнем сигналов работающих радиостанций и источников электромагнитных колебаний. Опытный специалист, пользуясь этим, может легко бесконтактным образом исследовать аппаратуру и ее части, обнаружить на расстоянии скрытый в стенке «жучок» и т. д., и т. п.

У ряда анализаторов при этом можно использовать встроенные электромеханические фильтры (ЭМФ или EMI) с близкой к прямоугольной АЧХ. Они выпускаются со стандартными полосами 9 кГц для длинноволнового (ДВ), средневолнового (СВ) и коротковолнового (КВ) радиовещательных диапазонов и 120 кГц для диапазона УКВ. Фильтры включаются из меню BW/Avr (рис. 13, позиция EMI Res BW).

Для просмотра ДВ, СВ и КВ диапазонов введем значение Center Freq = 12 МГц и SPAN = 24 МГц. Пример спектра в этой области частот (по умолчанию без предварительного усилителя) показан на рис. 33.

Просмотр диапазонов ДВ, СВ и КВ при отключенном предварительном усилителе

Рис. 33. Просмотр диапазонов ДВ, СВ и КВ при отключенном предварительном усилителе

Разумеется он разный в каждом месте нахождения прибора. Поскольку уровень сигналов в антенне мал, аттенюатор отключен (установка Atten = 0 дБ).

Повысить чувствительность анализатора и получить более детальный спектр радиовещательных диапазонов можно, включив предварительный усилитель с коэффициентом усиления 10 (20 дБ) (рис. 34). Он имеется в ряде анализаторов как встроенная и внешняя опция.

Просмотр диапазонов ДВ, СВ и КВ при включенном предварительном усилителе

Рис. 34. Просмотр диапазонов ДВ, СВ и КВ при включенном предварительном усилителе

Пример просмотра спектра сигналов в УКВ-диапазоне с использованием ЭМФ с полосой 120 кГц дан на рис. 35. Здесь показано подменю выбора ЭМФ из позиции EMI Res BW меню. Спектр хорошо представляет работу УКВ-радиостанций в полосе частот 10 МГц и при центральной частоте 103,9 МГц.

Просмотр УКВ-диапазона частот при включенном ЭМФ с полосой ПЧ 120 кГц

Рис. 35. Просмотр УКВ-диапазона частот при включенном ЭМФ с полосой ПЧ 120 кГц

Просмотр спектров сотовой телефонии и полного диапазона частот

В наши дни диапазон частот до 3 ГГц интенсивно используется для мобильной сотовой и спутниковой телефонии, и в городах насыщен источниками электромагнитного излучения. Здесь можно наблюдать работу сотовых телефонов своих соседей (рис. 36). Включив предварительный усилитель, можно детально рассмотреть спектр в этом диапазоне частот.

Обзор спектра радиочастот в полной полосе частот от 0 до 3 ГГц

Рис. 36. Обзор спектра радиочастот в полной полосе частот от 0 до 3 ГГц

На рис. 37 этот спектр показан при включении рядом с анализатором сотового телефона, по которому осуществляется вызов абонента. В спектре есть ряд новых интенсивных составляющих, связанных с работой телефона. В частности, хорошо виден пик спектра в области частот около 1,85 ГГц, созданный сигналом вызова телефона. Некоторые сигналы настолько велики, что могут вызвать перегрузку анализатора.

Обзор спектра радиочастот в полной полосе частот от 0 до 3 ГГц при включенном вызове от близко расположенного сотового телефона

Рис. 37. Обзор спектра радиочастот в полной полосе частот от 0 до 3 ГГц при включенном вызове от близко расположенного сотового телефона

Выбор линий спектра и построение до трех линий

Возможно, вам надоели линии спектра желтого цвета? Тогда стоит обратиться к меню Trace («Линия спектра»), которое вводится нажатием кнопки Trace в группе клавиш контроля. Это меню содержит ряд позиций:

  • Trace — выбор одной из трех линий (1, 2 или 3).
  • Clear Write — стирание предыдущей линии спектра.
  • Max Hold — удержание максимального значения.
  • Min Hold — удержание минимального значения.
  • View — отображение линии спектра.
  • Blank — сохранение линии спектра в банке линий без ее представления на экране.

Оперируя кнопками этого меню, можно выводить линии спектра разного цвета: 1 — желтого, 2 — синего и 3 — малинового. Можно вывести и зеленую горизонтальную линию экрана. Все это показано на рис. 38, на котором представлены три линии спектров с разными установками опорного уровня и видеополос. Применение до трех линий спектра позволяет строить их все на одном экране и осуществлять сравнение спектров с разными установками. Для каждой линии можно задавать свои параметры построения спектра. К сожалению, указанные по периферии экрана параметры относятся только к одной (текущей) линии спектра.

Пример вывода трех линий спектра

Рис. 38. Пример вывода трех линий спектра

Проведение специальных измерений

Анализаторы спектра описываемого типа обладают огромными возможностями в проведении специальных измерений в различных профессиональных сферах. Некоторые, например измерения с масками, даже не упомянуты в поставляемых с приборами инструкциях.

Группа кнопок измерений Measure содержит 4 кнопки:

  • Measure — проведение заданных измерений.
  • Mess Control — контроль за процессом измерений.
  • Mess Setup — установки измерений.
  • Restart — перезапуск измерений.

В позиции меню измерений Measure, вводимого нажатием одноименной кнопки, можно найти средства для проведения различных специальных измерений. Они представлены следующими позициями меню:

  • Meas Off— отключение измерений.
  • Channel Pwr — измерение мощности в канале (рис. 39).

    Окно измерения мощности в канале и спектральной плотности мощности (ширина канала задается параметром SPAN и может меняться поворотной ручкой и кнопками над ней)

    Рис. 39. Окно измерения мощности в канале и спектральной плотности мощности (ширина канала задается параметром SPAN и может меняться поворотной ручкой и кнопками над ней)

  • Occupled BW — вычисление занимаемой полосы (рис. 40).

    Окно вычисления занимаемой полосы

    Рис. 40. Окно вычисления занимаемой полосы

  • ACP — вычисление мощности в соседнем канале (рис. 41).

    Окно вычисления мощности в соседних каналах

    Рис. 41. Окно вычисления мощности в соседних каналах

  • Trk Gen — калибровка трекинг-генератора.
  • CDMA SG — работа с генератором CDMA.
  • More — переход к другой группе позиций.
  • DTV(8VSB)FCC MASK — задание масок для цифровых телевизионных сигналов (рис. 42).

    Окно работы с маской для DTV

    Рис. 42. Окно работы с маской для DTV

  • Spurious Emission — ложная эмиссия.
  • Spectrum Emission Mask — задание маски эмиссии спектра.
  • AM FM Mask — задание маски для амплитудной и частотной модуляции (рис. 43).

    Окно вычисления параметров АМ с заданием маски

    Рис. 43. Окно вычисления параметров АМ с заданием маски

Приведенные примеры (рис. 39-43) показывают, что анализаторы спектра описываемого класса могут широко применяться для оперативного контроля радиовещательных и телевизионных станций и, естественно, для исследования современной аппаратуры связи. Некоторые функции приборов полноценно реализуются только при использовании дополнительных опций, например, генератора CDMA, набора аксессуаров для кабельного и спутникового телевидения, трекинг-генератора и др.

Трекинг-генератор и работа с ним

Некоторые анализаторы спектра описываемого класса имеют встроенный трекинг-генератор или допускают его встраивание в виде опции. Трекинг-генератор — это маломощный генератор почти синусоидального сигнала с частотой, равной частоте входного сигнала. Нельзя путать его сигнал с сигналом гетеродина анализатора, поскольку эти сигналы имеют разные частоты. При перестройке по частоте анализатора спектра (с временем Sweep) соответственно меняется частота трекинг-генератора, что позволяет использовать его сигнал для снятия АЧХ различных устройств. По существу, это превращает анализатор спектра с таким генератором в скалярный анализатор спектра.

В таблице 2 приведены данные трекинг-генераторов для ряда анализаторов спектра описываемой группы. Все генераторы имеют разъем N-типа, сопротивление нагрузки 50 Ом и коэффициент стоячей волны < 1,5.

Таблица 2. Данные трекинг-генераторов массовых анализаторов спектра

Параметр АкС-1301/ АкИП-4101 RIGOL DSA 1020/1030 R&S FS315
Диапазон частот 100 кГц...3 ГГц 10 МГц...2-3 ГГц 9 кГц.3 ГГц
Диапазон амплитуд, дБВт -50... 0 -20. 0 -50. 0
Разрешение по амплитуде, дБВт 1
Неравномерность АЧХ,дБВт ±(1,5-2) ±3 < 1

Пожалуй, лучшим является трекинг-гене-ратор анализатора R&S FS315. Он имеет наибольший диапазон частот без ограничения снизу и приличный диапазон амплитуд.

Генератор АКС-1301/АКИП-4101 имеет ограничение по нижней частоте диапазона частот (она составляет 100 кГц). Таким образом, эти анализаторы спектра охватывают весь диапазон частот ДВ, СВ, КВ и УКВ. А вот трекинг-генератор китайских анализаторов фирмы Rigol явно хуже по всем параметрам: нижняя граница частоты — 10 МГц, диапазон амплитуд невелик, а неравномерность АЧХ хуже, чем у других приборов.

У анализаторов спектра АКС-1301/АКИП-4101 для включения трекинг-генератора надо (рис. 44) установить в позиции Signal Track меню I/O Mode значение On (по умолчанию действует Off — трекинг-генератор отключен).

Включение трекинг-генератора

Рис. 44. Включение трекинг-генератора

Теперь нужно соединить коротким кабелем выход трекинг-генератора со входом анализатора и активизировать кнопку Measure в группе кнопок с таким же названием. В этом меню (рис. 41) надо активизировать позицию Trk Gen transmission («Режим передачи»). В меню Transmission следует активизировать позицию Calibrate («Калибровка»). Наблюдаемая на экране в общем-то произвольная линия спектра должна превратиться в горизонтальную линию (рис. 45). Калибровку нужно повторить, если выставленные по умолчанию параметры Center Frequency = 1,5 ГГц и Span = 3 ГГц будут изменены пользователем.

ид экрана после проведения калибровки трекинг-генератора

Рис. 45. Вид экрана после проведения калибровки трекинг-генератора

Далее, отключив кабель от выхода трекинг-генератора, нужно подключить этот выход к входу испытуемого устройства, и наоборот, вход анализатора — к выходу испытуемого устройства. После этого можно наблюдать АЧХ испытуемого устройства (рис. 46). Испытуемым устройством в принципе может быть любой 4-полюсник, например, фильтр, отрезок линии передачи, избирательный усилитель и т. д.

Пример построения АЧХ полоскового СВЧ-фильтра с применением дельта-маркера для измерения полосы

Рис. 46. Пример построения АЧХ полоскового СВЧ-фильтра с применением дельта-маркера для измерения полосы

Помимо измерения параметров в режиме Transmission, трекинг-генератор позволяет измерять параметры отраженных сигналов (режим Reflection) и определять обратные потери. Однако для этого нужна специальная опция — мост для измерения и набор кабелей для его подключения. Нужно также выполнить калибровку анализатора и трекинг-генератора для этих режимов измерения. Она осуществляется в меню Reflection. В нем есть и позиции для измерения обратных потерь (Return Loss) и измерения коэффициента отражения стоячей волны напряжения КСВН (VSWR).

Использование программного обеспечения

В отличие от осциллографов массовые анализаторы спектра лучше укомплектованы встроенными микропрограммами и во многих применениях могут полноценно использоваться без персонального компьютера. Тем более в связи с тем, что анализ спектра (особенно детальный и с высоким разрешением) происходит очень медленно. Этого недостатка лишены новейшие дорогие анализаторы спектра реального времени, но это приборы иного класса и иной ценовой категории и в этой статье не рассматриваются.

Тем не менее, работа с ПК у массовых анализаторов спектра предусмотрена. Так, графики спектров могут записываться в текстовом формате данных CSV, принятом для измерительных приборов. Многие программы, например, система компьютерной математики MATLAB, поддерживает такой формат и позволяет обрабатывать данные с анализатора спектра. При этом время загрузки файла гораздо меньше времени получения спектра самим анализатором.

Со многими анализаторами поставляется упрощенное программное обеспечение для получения спектров на экране ПК. Например, для анализаторов торговых марок АКТАКОМ и АКИП поставляются такие программы, рассчитанные на стыковку анализаторов с ПК через порты RS-232 и LAN. Программы обеспечивают управление анализатором от ПК.

Более совершенное программное обеспечение поставляется с анализаторами фирмы RIGOL. Оно не только позволяет просматривать спектры в обычном виде на экране дисплея ПК, но и применять новые формы представления спектров, например в виде спектрограмм (зависимостях амплитуды от частоты в различные моменты времени) и трехмерных спектров (рис. 47).

Построение спектрограммы и трехмерных спектров программным обеспечением анализатора RIGOL DSA 1020/1030

Рис. 47. Построение спектрограммы и трехмерных спектров программным обеспечением анализатора RIGOL DSA 1020/1030

Следует, однако, учесть, что, несмотря на внешнее сходство цветной спектрограммы (рис. 47) со спектрограммами анализаторов спектра реального времени корпорации Tektronix, между ними есть огромная принципиальная разница. Анализаторы Tektronix используют быстрое оконное преобразование Фурье с действительно короткими во времени сканирующими окнами [8-10], а программное обеспечение RIGOL — набор обычных спектров для построения куда более длительной спектрограммы. Использовать ее в реальном времени (достаточно малом) нельзя.

Литература

  1. Кузнецов В. А., Долгов В. А., Коневских В. Н. и др. Измерения в электронике / Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1987.
  2. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Цифровые анализаторы спектра, сигналов и логики. М.: СОЛОН-Пресс, 2009.
  3. Раушер К., Йанссен Ф., Минихольд Р. Основы спектрального анализа. М.: Горячая линия - Телеком, 2006.
  4. Дьяконов В. П., Образцов А. А., Смердов В. Б. Электронные средства связи. М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
  5. Дьяконов В. П. Генерация и генераторы сигналов. М.: ДМК-Пресс, 2009.
  6. Дьяконов В. П. Развитие серии генераторов произвольных функций AFG3000 компании Tektronix и их применение // Компоненты и технологии. 2009. № 11.
  7. Дьяконов В. П. Современные методы Фурье- и вейвлет-анализа и синтеза сигналов // Контрольно-измерительные приборы и системы. 2009. № 2.
  8. Основы анализа спектра в реальном масштабе времени. Tektronix — www.tektonix.com/rsa
  9. Анализаторы спектра реального времени. Tektronix — www.tektonix.com/rsa
  10. Дьяконов В. П. Компьютерная математика в измерительной технике // Контрольно-измерительные приборы и системы. 2009. № 5.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке