Новые анализаторы спектра и сигналов R&S FPS с внешним дисплеем и виртуальным интерфейсом

№ 8’2015
PDF версия
Около года назад компания Rohde & Schwarz приступила к серийному выпуску новейших анализаторов спектра и сигналов R&S FPS с оптимизированной, компактной конструкцией и возможностью управления при помощи внешнего дисплея мыши и клавиатуры. Анализаторы имеют виртуальный графический интерфейс пользователя и обширные графические возможности при широчайшем диапазоне частот анализируемых сигналов (от 10 Гц до 40 ГГц). Ниже дан обзор новой серии анализаторов.

В отличие от осциллографов, работающих во временной области, анализаторы спектра и сигналов представляют исследуемые малые сигналы в частотной области [1–3]. Цифровые анализаторы используют различные аппаратные и программные решения, включая быстрое преобразование Фурье (БПФ), значительно расширяющие диапазон исследуемых сигналов, динамический диапазон амплитуд (магнитуд) сигналов, повышающие чувствительность этих приборов и скорость проведения спектрального анализа.

На тестирование был предоставлен анализатор спектра и сигналов компании Rohde & Schwarz (www.rohde-schwarz.com/www.rohde-schwarz.ru) новейшей серии FPS (рис. 1) с диапазоном частот от 10 Гц до 7 ГГц [4, 5]. Прибор работает с внешним дисплеем (возможно и с высокой разрешающей способностью), подключенным через дисплейный порт. Мышь и клавиатура подсоединяются через порты универсальной последовательной шины USB.

Анализатор спектра и сигналов R&S FPS с внешним дисплеем

Рис. 1. Анализатор спектра и сигналов R&S FPS с внешним дисплеем

Rohde & Schwarz — одна из ведущих компаний мира, разрабатывающих и серийно выпускающих обширную номенклатуру анализаторов спектра и сигналов. В таблице 1 показано сравнение анализаторов спектра и сигналов с описываемой моделью, приведенное на интернет-сайте компании Rohde & Schwarz.

Таблица 1. Сравнение анализаторов спектра, изготовленных компанией Rohde & Schwarz

Частотный диапазон

0 Гц

5 ГГц

10 ГГц

15 ГГц

20 ГГц

25 ГГц

30 ГГц

35 ГГц

40 ГГц

45 ГГц

50 ГГц

55 ГГц

60 ГГц

до 325 ГГц

R&S FSW от 2 Гц

R&S FSW67

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67

325 ГГц*

R&S FSW50

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSW43

 

 

 

 

 

 

 

43,5

 

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSW26

 

 

 

 

26,5

 

 

 

 

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSW13

 

13,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSW8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSMR от 20 Гц

R&S FSMR50

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

R&S FSMR43

 

 

 

 

 

 

 

43

 

 

 

 

 

R&S FSMR26

 

 

 

 

26,5

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSMR3           3,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSUP от 20 Гц

R&S FSUP50

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSUP26

 

 

 

 

26,5

 

 

 

 

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSUP8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FPS от 10 Гц

R&S FPS40

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

R&S FPS30

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FPS13

 

13,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FPS7

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FPS4                 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSVR от 10 Гц

R&S FSVR40

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSVR30

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSVR13

 

13,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSVR               7

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSV от 10 Гц

R&S FSV40

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSV30

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

325 ГГц*

R&S FSV13

 

13,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSV7

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSV4                 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSL от 9 кГц

R&S FSL18

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSL6

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSL3               3,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S ZVH от 100 кГц

R&S ZVH8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S ZVH4              3,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSH от 9 кГц

R&S FSH20

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSH13

 

13,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSH8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSH4              3,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSC от 9 кГц

R&S FSC6

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S FSC3                3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S HMS-X от 100 кГц

R&S HMS-X            1,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R&S HMS-3G           3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание. * — с внешними смесителями

R&S FPS (рис. 1) — это высокопроизводительный и компактный анализатор спектра и сигналов. Прибор предназначен для использования в системах, где важными критериями являются скорость измерений (массовый контроль или проведение разных типов измерений на одном образце) и экономия рабочего пространства. Размер прибора по высоте составляет 2 HU, что вдвое меньше по сравнению со стандартными размерами аналогичных решений. Отсутствие встроенного дисплея существенно упрощает конструкцию прибора. Одновременно применение внешнего дисплея позволяет управлять устройством и производить измерения так же, как на обычном анализаторе спектра, посредством графического интерфейса пользователя, логика построения которого соответствует самым распространенным принципам и очень сходна с другими моделями анализаторов спектра, выпускаемыми компанией, например R&S FSW.

К числу важнейших особенностей анализатора спектра R&S FPS следует отнести и заложенную разработчиками возможность простой и быстрой автоматизации измерительного процесса. В приборе используется уже хорошо известный принцип управления на основе SCPI-команд. При этом в стандартной комплектации анализатор имеет простой редактор сценариев R&S FPSrun. С его помощью можно легко задать интересующую последовательность действий и получить все необходимые результаты измерений как в разовом, так и в циклическом режиме.

Данный редактор имеет возможность управления не только анализатором спектра, но и некоторыми периферийными устройствами. Так, при подключении по быстрому протоколу PCIe компактного генератора серии R&S SGMA прибор превращается в измерительную систему с генератором сигналов. Посредством R&S FPSrun анализатор R&S FPS может напрямую обращаться к регистрам/памяти/процессору генератора R&S SGS100A для изменения настроек. При необходимости использования/написания внешнего программного обеспечения, SCPI-команды могут подаваться на анализатор спектра напрямую, минуя редактор R&S FPSrun.

R&S FPS предназначен для построения автоматизированных систем с удаленным управлением, однако при подключении внешнего монитора пользователь будет иметь хорошо знакомый интерфейс и органы управления, характерные для стандартного анализатора спектра и сигналов.

Передняя панель анализатора предельно упрощена. Кроме кнопки включения/выключения и входного коаксиального радиочастотного разъема, она содержит группу из нескольких системных кнопок, небольшого ЖК-экрана состояния и нескольких индикаторов. Основные аппаратные органы управления, разъемы и порты для подключения внешних устройств расположены на задней панели (рис. 2).

2. Задняя панель анализатора R&S FPS

Рис. 2. Задняя панель анализатора R&S FPS:
1 — радиочастотный 50 омный коаксиальный разъем;
2 — коаксиальный разъем контроля источника шума;
3, 4 — входной и выходной коаксиальные разъемы REF;
5 — интерфейс IEC 625 (GPIB) SCPI;
6 — PCIe-контроль управления;
7 — разъем TRG IN;
8 — разъем TRG AUX;
9 — разъем опции B17;
10 — IF/VIDEO выходной разъем;
11 — порт внешнего дисплея;
12 — DVI-разъем внешнего цифрового дисплея;
13 — порт локальной сети (LAN);
14 — порты USB (DEVICE);
15 — кнопка включения/выключения сети переменного тока

Для удобства пользователя радиочастотный разъем может быть размещен на задней панели прибора.

На данный момент выпускаются следующие модели анализатора с разным диапазоном частот входного сигнала (табл. 2).

Таблица 2. Модели анализатора с разным диапазоном частот входного сигнала

Модель анализатора

Диапазон частот

R&S FPS4

10 Гц – 4 ГГц

R&S FPS7

10 Гц – 7 ГГц

R&S FPS13

10 Гц – 13,6 ГГц

R&S FPS30

10 Гц – 30 ГГц

R&S FPS40

10 Гц – 40 ГГц

Нижняя граничная частота (10 Гц) позволяет использовать анализатор вплоть до низшей границы звукового диапазона частот. Прибор лидирует в своем классе по скорости проведения измерений и скорости свипирования (развертки) (рис. 3).

Сравнение анализаторов по уровню паразитного излучения и уровню шумов

Рис. 3. Сравнение анализаторов по уровню паразитного излучения и уровню шумов:
а) измерения паразитного излучения в полосе 1 ГГц;
б) зависимость среднеквадратического отклонения измерения мощности WCDMA сигнала от времени

Основные характеристики и параметры анализаторов:

  • Частотный диапазон: 10 Гц – 4/7/13,6/30/40 ГГц.
  • Полоса анализа сигналов: до 160 МГц.
  • Погрешность измерения уровня 0,4 дБ в диапазоне до 7 ГГц.
  • Уровень фазового шума: –110 дБн (1 Гц) при отстройке 10 кГц.
  • Точка пересечения интермодуляционных составляющих третьего порядка (TOI): +15 дБн.
  • Средний уровень собственных шумов (DANL) –155 дБм в полосе 1 Гц, на 1 ГГц.
  • Линейный и логарифмический масштабы спектра.
  • Анализ аналоговых модуляций.
  • Векторный анализ сигналов и специализированные измерительные приложения для стандартов GSM/EDGE (включая EDGE Evolution), WCDMA/HSPA+, LTE, WLAN.
  • Съемный жесткий диск для работы в условиях повышенной секретности.
  • Высокая производительность (один из самых быстрых анализаторов спектра).
  • Минимальное время переключения между приложениями.
  • Минимальное занимаемое пространство при монтаже в стойку.
  • Простое и быстрое создание пользовательских сценариев для автоматизации измерений и их последовательностей.

Построенный по принципу открытой архитектуры со встроенным высокопроизводительным персональным компьютером на базе операционной системы Windows 7, анализатор имеет повышенное быстродействие и высокий уровень совместимости с различными внешними устройствами — предусмотрен широкий выбор интерфейсов подключения для удаленного управления и построения измерительных систем (LAN, USB, GPIB, PCI-e). Полностью цифровая [7–9] обработка обеспечивает высокую точность и воспроизводимость результатов.

Типичный вид экрана внешнего дисплея показан на рис. 4. Экран может быть с черным или светлым фоном. Пиктограмма в правом верхнем углу окна позволяет быстро снимать копию экрана (возможно и при помощи клавиши Print Screen клавиатуры).

Экран анализатора R&S FPS с панелью управления

Рис. 4. Экран анализатора R&S FPS с панелью управления:
1 — инструментальная панель стандартных функций;
2 — таблица для каналов индивидуальных инструментов;
3 — панель основных установок анализатора;
4 — поле со значением выбранного параметра;
5 — клавиши бокового меню настроек;
6 — титульная строка;
7 — область результатов спектрального анализа;
8 — строка с основными параметрами спектра;
9 — меню установки выбранных параметров;
10 — основная инструментальная панель

«Виртуальная» панель установки основных параметров и режимов анализатора показана на рис. 5. Слово «виртуальная» тут взято в кавычки, поскольку с помощью мыши панель выполняет вполне реальные операции.

Панель установки основных параметров и режимов работы анализатора R&S FPS

Рис. 5. Панель установки основных параметров и режимов работы анализатора R&S FPS

Краткое назначение виртуальных клавиш панели установки параметров:

  • FREQ — установка частот спектрального анализа;
  • SPAN — установка полосы обзора;
  • AMPT — установка амплитудных параметров;
  • AUTO SET — автоматическая начальная настройка для текущего окна;
  • BW — установка полос частот разрешения;
  • SWEEP — установка времени развертки;
  • TRACE — конфигурация трассы;
  • TRIG — установка параметров и режимов запуска;
  • MKR — установка маркеров (абсолютных и относительных);
  • PEAK SEARCH — автоматическая маркировка пиков спектра;
  • MKR FUNC — установка дополнительных функций маркеров;
  • MEAS — включение окна выбора различных измерений;
  • MEAS CONFIG — доступ к настройкам конфигурации выбранного типа измерений;
  • LINES — конфигурация линий спектра и предельных линий;
  • INPUT/OUTPUT — меню настроек входа/выхода;
  • RUN SINGLE — одиночный запуск;
  • RUN CONT — непрерывный запуск;
  • UNDO и REDO — функции исполнения (повтор или отмена действия).

В руководстве по эксплуатации анализатора [5], насчитывающем более 1000 страниц, подробно описаны все функции и особенности прибора с указанием команд удаленного управления.

При активизации пиктограммы и изображения клавиатуры появляется виртуальная клавиатура, показанная на рис. 6. Ею можно пользоваться для управления анализатором R&S FPS, как и внешней стандартной USB-клавиатурой.

Виртуальная клавиатура анализатора R&S FPS

Рис. 6. Виртуальная клавиатура анализатора R&S FPS

 

Начало работы с анализатором R&S FPS

Перед началом работы к анализатору следует подключить сетевой кабель питания, внешний дисплей и (через порты USB) компьютерную мышь и клавиатуру. Затем надо включить блок питания прибора с помощью переключателя на задней панели. В дальнейшем им надо пользоваться только при больших перерывах в работе с анализатором. Оперативное включение/выключение осуществляется кнопкой на передней панели анализатора. Теоретические основы спектрального анализа подробно описаны в [1, 2, 7–10].

Подключение к анализатору спектра выполняется и через удаленный рабочий стол с внешнего ПК. При этом оператор может находиться сколь угодно удаленно и работать с прибором посредством LAN (Ethernet) соединения.

Для проведения спектрального анализа нужна установка ряда параметров анализатора: полоса обзора и разрешения, частота и уровень сигнала, опорный уровень анализатора, время сканирования спектра и др. В анализаторах, использующих быстрое преобразование Фурье, эти параметры взаимозависимы, их нельзя выбирать произвольно и они требуют от пользователя их вычисления и установки, что усложняет работу с анализатором.

В R&S FPS эта трудность преодолена благодаря функции AutoSet, автоматически настраивающей его параметры так, чтобы получить оптимальное изображение спектра на экране. На рис. 7б показан экран при подаче на вход анализатора синусоидального сигнала с частотой 3,5 ГГц и амплитудой около 90 мВ. Спектральный пик появляется в центре экрана и отчетливо виден.

Экран анализатора

Рис. 7. Экран анализатора:
а) в начале загрузки (видна шумовая дорожка);
б) после исполнения команды AutoSet

Ширина пика зависит от полосы частот, разрешения RBW и диапазона частот, которые задаются автоматически или вручную. Пик можно перемещать по горизонтали (функция), по вертикали (функция), менять его ширину (функция) и т. д. Для примера на рис. 8 показаны спектры заданного сигнала при изменении RBW. Выбор функции осуществляется из панели рис. 4 и 5, возможные параметры выбирают из бокового меню. Текущее значение параметра отображается в поле 4. Изменение параметра выполняется вращением колесика мыши с достаточно малым шагом, обеспечивающим плавное изменение спектра, наблюдаемое на экране.

Спектр при разных полосах частотного разрешения RBW

Рис. 8. Спектр при разных полосах частотного разрешения RBW

 

Работа с анализатором

В общем случае при спектральном анализе нужна и прямая установка параметров. Для этого используются различные панели установки видов спектрального анализа и их параметров (рис. 5). Например, на рис. 9 показана панель прямой установки параметров спектра.

Одна из панелей прямой установки частотных параметров спектра

Рис. 9. Одна из панелей прямой установки частотных параметров спектра

Получение спектра амплитудно-модулированных (АМ) синусоидальных сигналов — прекрасная задача для тестирования анализаторов спектра. Теоретически такой спектр представляет собой три частотные составляющие — несущей частоты и двух боковых частот, отстоящих от несущей на частоту модулирующего сигнала. При недостаточной разрешающей способности анализатора спектра три пика частотных составляющих сливаются и измерение их становится невозможным.

Опция измерительного демодулятора АМ/ЧМ/ФМ — R&S FPS-K7 превращает прибор R&S FPS в полноценный анализатор аналоговой модуляции — амплитудной (АМ), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ). Измеряются не только полезные параметры модуляции, но и такие факторы, как остаточная ЧМ- и синхронная модуляция.

Опция обеспечивает различные варианты отображения и анализа:

  • Осциллограмма модулирующего сигнала.
  • Спектр модулирующего сигнала (БПФ).
  • Зависимость мощности ВЧ-сигнала от времени.
  • Спектр ВЧ-сигнала.
  • Таблица с цифровыми идентификаторами для девиации или коэффициента модуляции, взвешенного СКЗ, +пик, –пик, пик/2.
  • Частота модуляции.
  • Смещение частоты несущей.
  • Мощность несущей.
  • Полный коэффициент гармонических искажений (THD) и SINAD.
  • Основные параметры опции:
    • полоса анализа: до 40 МГц (опционально);
    • время записи: от 25 мс до 13 107 с (в зависимости от полосы анализа);
    • фильтр верхних частот: 20, 50, 300 Гц;
    • фильтр нижних частот: 3, 15/23/150 кГц;
    • частота модуляции: 14, 20 МГц (опционально);
    • погрешность измерения модуляции: менее 0,5%.

Анализатор прекрасно справляется с задачей построения и измерения параметров спектра СВЧ-колебаний. Так, на рис. 10 показан спектр АМ-сигнала с несущей частотой 225 МГц при частоте модуляции 150 кГц. При этом выведены маркеры пиков спектра и под ними таблица автоматических измерений параметров пиков спектра. Все три пика отчетливо выделяются, а отличие по бокам от несущей других пиков говорит о том, что модулирующий сигнал чисто синусоидальный.

Спектр сигнала с амплитудной модуляцией, маркерами и таблицей автоматических измерений

Рис. 10. Спектр сигнала с амплитудной модуляцией, маркерами и таблицей автоматических измерений

Наряду с построением обычных спектров анализатор позволяет строить на плоскости трехмерные спектры — спектрограммы. При этом строится множество спектров в плоскости амплитуда-частота-время с кодированием амплитуды цветом (рис. 11).

Спектр и спектрограмма АМ-сигнала

Рис. 11. Спектр и спектрограмма АМ-сигнала:
1 — окно с обычным спектром;
2 — спектрограмма с цветной кодировкой амплитуды;
3 — индикатор текущего фрейма;
4 — индикатор номера фрейма;
5 — карта цветовой градации;
6 — маркер обычный;
7 — дельта-маркер;
8 — список параметров маркеров

Для более четкого выделения интересующих составляющих спектра и упрощенного раскодирования каждой цветной полосы спектрограммы можно применить настройки цветовой градации диаграммы, показанные на рис. 12.

Режим настройки цветовой градации спектрограммы

Рис. 12. Режим настройки цветовой градации спектрограммы

Применение функции спектрограммы особенно удобно при наблюдении сигналов с динамическим изменением частоты, как, например, сигналы с ППРЧ (псевдослучайная перестройка рабочей частоты) или ЛЧМ (линейная частотная модуляция).

Также при помощи данного инструмента можно регистрировать события, которые периодически появляются в интересующей пользователя полосе обзора, но при этом имеют временный характер и сложно поддаются анализу в обычном режиме. Возможность увидеть существенное количество разверток на экране позволяет определить момент появления события, а при одновременном включении режима частотного свипирования — оценить параметры такого события. Это еще одна из интересных особенностей прибора — мультиоконный интерфейс. Причем возможно как одновременное наблюдение разных типов отображения результата (огибающая спектра, спектрограмма, таблицы с маркерными измерениями и т. п.) на экране, так и запуск нескольких измерительных приложений в различных окнах с сохранением их уникальных настроек. Это необходимо при выполнении задач, где исследуемое устройство должно быть протестировано комплексно. И вместо того, чтобы раз за разом настраивать тот или иной режим измерения или вызывать преднастройки, сохраненные ранее, можно просто внести нужные изменения в каждом из окон, а затем переключаться между ними. Все характерные для каждого режима настройки переключаются автоматически. Наличие данного функционала также способствует увеличению производительности даже в ручном режиме измерений. Более подробно применение мультиоконного интерфейса описано в соответствующем разделе.

В различных режимах работы прибора можно использовать несколько маркеров для отметки пиков сложных спектров. Пример такого построения спектра показан на рис. 13. Можно задать уровень сигнала, ниже которого автоматические маркеры не строятся.

На рис. 13 показана также возможность построения обзорного спектра и выделения его участка функцией Zoom.

Спектр с маркировкой пиков и таблицей их частот и амплитуд

Рис. 13. Спектр с маркировкой пиков и таблицей их частот и амплитуд

 

Спектр многочастотных сигналов

Часто при исследовании наложения близких по частоте сигналов или при оценке интермодуляционных искажений возникает потребность исследования двух и более независимых сигналов. Для подключения к анализатору двух генераторов сигналов можно использовать сумматор, широко применяемый в СВЧ-технике. Пара сумматоров позволяет подсоединить три независимых генератора и т. д. (при этом надо учитывать вносимое ослабление сигнала).

Следует также отметить, что в настоящий момент создание многочастотных сигналов доступно с помощью и одного источника сигнала — векторного генератора. При этом пользователю необходимо задать количество несущих и расстояние между ними (спейсинг), и генератор сформирует на ВЧ-выходе соответствующий сигнал, где максимальная полоса, занимаемая таким сигналом, будет определяться максимальной полосой модуляции генератора. На рис. 14 представлен сигнал в полосе 160 МГц, сформированный на векторном генераторе сигналов SMW200A. Количество несущих задано по зависимости от спейсинга — 5 МГц (33 несущие).

Спектр многочастотного сигнала

Рис. 14. Спектр многочастотного сигнала

Анализаторы спектра часто используются для построения АЧХ широкополосных устройств и систем, например усилителей, фильтров и т. д. В качестве входных тестовых сигналов для этого предназначены генераторы шума и импульсов с равномерным спектром (например, с формой sin(x)/x) и генераторы качающейся частоты. Применение анализаторов спектра позволяет избежать больших погрешностей детектирования малых сигналов и получить четкие АЧХ.

Кроме того, АЧХ фильтра можно оценить при помощи сигналов с множеством несущих. Пример построения такой характеристики приведен на рис. 15.

Построение АЧХ полосового фильтра

Рис. 15. Построение АЧХ полосового фильтра

 

Интерфейс со многими окнами (мультиоконный интерфейс)

По мере усложнения измерительных задач возникает необходимость отображения различной информации (спектров, таблиц и т. д.) в нескольких окнах одного экрана дисплея. Создание и компоновка нескольких окон особенно актуально для анализатора с внешним дисплеем, как правило, с большим размером экрана и высоким разрешением. Такая проблема успешно решена в анализаторах серии FPS. При перемещении одного окна появляется панель компоновки (рис. 16), показывающая варианты его размещения на экране.

Панели композиции нескольких окон

Рис. 16. Панели композиции нескольких окон

В освободившемся месте можно выполнить построение нового окна с новыми функциями. Таким образом создается экран с несколькими окнами, как показано на рис. 17.

Экран с несколькими окнами, включая окно со спектрограммой

Рис. 17. Экран с несколькими окнами, включая окно со спектрограммой

Для расширения функциональных возможностей анализатора в нем могут использоваться различные аппаратные и программные опции, например:

  • опция R&S FPS-K10 — инструментарий для систем GSM;
  • опция R&S FPS-K7 — измерительный демодулятор АМ/ЧМ/ФМ;
  • опция R&S FPS-K70 — приложение для векторного анализа сигналов.

Существует и множество других измерительных приложений, о которых подробно рассказано в соответствующих разделах руководства и специализированных описаниях.

Они создают свой, обычно многооконный интерфейс, показанный на рис. 18 на примере опции анализа сигналов беспроводной мобильной связи.

Окно опции R&S FPS-K10 GSM Measurement

Рис. 18. Окно опции R&S FPS-K10 GSM Measurement:
1 — панель установки инструмента;
2 — титульная строка с информацией о диаграмме;
3 — область представления диаграммы;
4 — таблицы с результатами измерений;
5 — статусная строка, индикатор вычислений, даты и времени

В большинстве мобильных систем беспроводной связи предусмотрен принцип частотного разделения каналов связи. Анализатор спектра и сигналов имеет мощные средства для анализа многоканальных сигналов и измерения утечек сигнала из текущего канала в соседний канал (ACLR). На рис. 19 показан экран в режиме измерения этого параметра на примере анализа стандарта LTE.

Измерения коэффициента утечки сигнала в соседний канал (ACLR)

Рис. 19. Измерения коэффициента утечки сигнала в соседний канал (ACLR)

Помимо приложений, которые формируют многооконный режим, прибор имеет возможность установки и одновременного отображения на одном экране любых измерительных приложений и соответствующих окон, доступных в приборе. При этом каждое из окон находится либо в активном режиме (выбрано касанием), либо в режиме ожидания (отображает последний результат, полученный в активном режиме). Когда же возникает необходимость наблюдать результат измерений всех отображаемых окон, на помощь приходит такой функциональный инструмент, как режим задания последовательности (sequencer). При его активации каждое из приложений делает несколько разверток (количество задается пользователем), а затем прибор автоматически переключается на следующее окно. Работая в замкнутом цикле, прибор поочередно переключается между всеми заданными окнами. Данная функциональная особенность может быть очень полезна при комплексном анализе исследуемого устройства, позволяя заранее выбрать весь набор нужных режимов измерений, единожды задать все необходимые настройки для каждого и наблюдать, например, динамику изменения интересующих параметров при настройке исследуемого устройства.

 

Векторный анализ сигналов

В настоящее время широкое распространение получила векторная форма представления сигналов. Синусоидальный сигнал представляется вращающимся радиус-вектором на комплексной плоскости, что позволяет учитывать мгновенную фазу сигнала. Мгновенное значение сигнала и положение радиус-вектора характеризуется проекциями Q и I конца радиус-вектора на действительную и мнимую оси.

Применение векторного представления сигналов позволяет использовать разнообразные методы амплитудно-фазовой манипуляции и модуляции с очень эффективным применением частотного спектра сигнала.

Для создания I/Q‑сигналов существуют векторные генераторы сигналов. Компания R&S выпускает не только такие генераторы, но и отдельно модулирующие генераторы I/Q‑сигналов R&S AFQ100A/B (рис. 20).

Генератор сигналов I/Q модуляции R&S AFQ100A/B

Рис. 20. Генератор сигналов I/Q модуляции R&S AFQ100A/B

Основные характеристики генератора R&S AFQ100B:

  • частота дискретизации в широкополосном режиме: до 600 МГц;
  • полоса ВЧ: до 528 МГц (широкополосный режим);
  • задание импульсных последовательностей;
  • режим задания множества несущих;
  • BER (bit error rate) тестинг;
  • генератор AWGN (аддитивный белый гауссовский шум).

На рис. 21 показан характерный спектр I/Q‑сигнала.

Спектр I/Q сигнала

Рис. 21. Спектр I/Q сигнала

Опция R&S FPS-K70 позволяет пользователю гибко настроить анализ отдельных несущих с цифровой модуляцией вплоть до битового уровня. Четко структурированный подход к работе с прибором упрощает измерения, несмотря на широкий диапазон средств для анализа:

  • гибкий анализ модуляции различного вида: от MSK до 1024QAM;
  • форматы модуляции: 2FSK, 4FSK, MSK, GMSK, DMSK, BPSK, QPSK, смещение QPSK, DQPSK, 8PSK, D8PSK, p/4‑DQPSK, 3p/8-8PSK, p/8‑D8PSK, 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM, 512QAM, 1024QAM, 16APSK (DVB-S2), 32APSK (DVB-S2), p/4-16QAM (EDGE), –p/4-16QAM (EDGE);
  • символьная скорость: до 32 МГц;
  • длина анализа: до 50 000 символов;
  • полоса частот анализа сигналов: 28, 40 и 160 МГц опционально;
  • многочисленные предустановки для различных стандартов: GSM, GSM/EDGE, 3GPP, WCDMA, CDMA2000, TETRA, APCO25, Bluetooth, ZigBee, DECT, LTE;
  • простота работы за счет применения графики;
  • визуализация отображения измерительного тракта в виде блок-схемы.

На основе описания анализируемого сигнала (например, формат модуляции, непрерывный или импульсный сигнал, символьная скорость, фильтрация при передаче) опция R&S FPS-K70 позволяет автоматически определять полезные настройки, в том числе она предусматривает:

  • гибкий инструментарий для подробного анализа сигналов, который значительно облегчает устранение неисправностей;
  • варианты отображения для амплитуды, фазы, I/Q, глазковой диаграммы; ошибки амплитуды, фазы или частоты; диаграмма сигнального созвездия или векторная диаграмма;
  • статистическая обработка;
  • спектральный анализ измеренного сигнала и сигнала ошибки значительно облегчает пользователю поиск ошибок сигналов, таких как некорректная фильтрация или паразитное излучение;
  • гибкий поиск импульсов для анализа сложных комбинаций сигналов, коротких импульсов или смеси сигналов.

На рис. 22 показан экран анализатора при работе с опцией векторного анализа на примере применения 16‑разрядной квадратурной модуляции 16QAM. В одном из окон построена диаграмма созвездия, отражающая положение точек конца радиус-вектора на комплексной плоскости во всех фазах модуляции.

Экран с результатами анализа модуляции 16QAM

Рис. 22. Экран с результатами анализа модуляции 16QAM

Разумеется, и другие виды модуляции и их специфические параметры могут детально анализироваться. Например, на рис. 23 показан результат анализа 64-разрядной модуляции 64QAM.

Экран с результатами анализа модуляции 64QAM

Рис. 23. Экран с результатами анализа модуляции 64QAM

 

Замеченные особенности

Анализаторы спектра и сигналов R&S FPS — это новейшие приборы, и работа над их совершенствованием непрерывно продолжается. В том числе над постоянно обновляемым фирменным программным обеспечением (firmware), которое в каждой новой версии может включать принципиально новые функциональные возможности, необходимые пользователям. Учитывая, что анализатор оптимизирован для монтажа в измерительную стойку, его размеры на плоскости соответствуют размеру стандартного настольного прибора. При этом компактный размер по высоте помогает улучшить компоновку рабочего места, в частности путем установки на прибор внешнего дисплея.

Графический интерфейс прибора довольно прост и интуитивно понятен для пользователя. Наличие так называемой софт-панели установок (программные клавиши настроек и управления — рис. 5) упрощает навигацию по программному меню.

Присутствие кнопки возврата к заводским настройкам Preset как в программном меню, так и на передней панели, помогает быстро вернуться к первичной конфигурации прибора. Примечательно наличие функции повтора/отмены предыдущего действия. Функция, обладая многоуровневой структурой буфера, позволяет отменить или повторить любое действие или настройку, что может быть незаменимо на начальных этапах использования прибора, а также при неоднозначности полученных данных после изменения настроек. При этом нет необходимости в точности запоминать все предыдущие настройки, чтобы вернуться к ним. Однако существует нюанс, о котором следует помнить: сохранение действий происходит в циклическом режиме лишь до нажатия кнопки Preset.

 

Заключение

Новая серия анализаторов спектра и сигналов R&S FPS сочетает передовые решения в конструкции приборов и обширные возможности графического интерфейса пользователя с применением внешнего дисплея, графического манипулятора — мыши и стандартной клавиатуры. Анализаторы этой серии отличаются большими функциональными возможностями, улучшенной графикой и широким частотным диапазоном исследуемых сигналов.

Литература
  1. Раушер К., Йанссен Ф., Минихольд Р. Основы спектрального анализа. М.: Горячая линия – Телеком, 2006.
  2. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Цифровые анализаторы спектра, сигналов и логики. М.: СОЛОН-Пресс, 2009.
  3. Дьяконов В. Ликбез по массовым цифровым анализаторам спектра радиочастот // Компоненты и технологии. 2010. № 6, 7.
  4. Компактное и высокопроизводительное решение для автоматизированных систем. Rohde & Schwarz, 2015. rohde-schwarz.сom
  5.  R&S FPS Signal and Spectrum Analyzer User Manual. Rohde & Schwarz, 2014. rohde-schwarz.сom
  6.  R&S FPS-K10 GSM Measurement User Manual. Rohde & Schwarz, 2015. rohde-schwarz.сom
  7. Дьяконов В. Современные методы Фурье- и вейвлет-анализа и синтеза сигналов // Контрольно-измерительные приборы и системы. 2009. № 2.
  8. Дьяконов В. Компьютерная математика в измерительной технике // Контрольно-измерительные приборы и системы. 2009. № 5.
  9. Дьяконов В. П., Хотова Ф. А. Компьютерная математика в измерениях. Смоленск: ВА ВПВО ВС РФ, 2011.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *