Новейшие анализаторы спектра реального времени корпорации Tektronix

Уже в начале развития радиосвязи ее основой стало спектральное разделение сигналов по частоте, позволившее в единой среде передавать и принимать сигналы множества радиостанций и выделять отдельные из них. Были созданы измерительные приборы для частотного анализа спектров сигналов. Они использовали супергетеродинный принцип выделения частот с фильтрацией с помощью узкополосного фильтра и были приборами с большим временем построения спектров, особенно при высокой разрешающей способности.

Появившаяся в годы Второй мировой войны радиолокация была основана на использовании пачек радиоимпульсов (рис. 1) и измерении времени между посылкой пачки и ее отражением от объекта. Сейчас радиолокация используется для определения самых различных параметров объектов, таких как дальность, тип объектов, их геометрические характеристики (форма, размеры и т. д.) и даже динамические параметры объектов, например скорость объекта, вращения винта или истечения струи газа. Это потребовало анализа многих временных закономерностей спектров, рассмотрения различных видов модуляции сигналов (по амплитуде, частоте, фазе в динамике). Появились системы с временным и комбинированным распределением каналов и сверхширокой полосой спектра. Некоторые СВЧ-системы, в частности мобильной и сотовой связи, получили массовое распространение.

Рис. 1. Некоторые виды применения радиолокаторов

Все это потребовало разработки анализаторов спектра реального времени, позволяющих оценивать спектры, которые быстро меняются во времени, и строить спектрограммы в системе координат «амплитуда-частота-время» [1, 2]. Огромный вклад в создание и серийный выпуск таких анализаторов внесла всемирно известная корпорация Tektronix (www.tektronix.com), многие годы лидирующая в проектировании и массовом производстве осциллографов.

Это не могло не сказаться и на разрабатываемых корпорацией анализаторах спектра, с самого начала ориентированных на исследование спектров импульсных сигналов, у которых очень важны временные характеристики. Ее анализаторы спектра серии RSA6000 пришли на смену традиционным анализаторам сигналов, обеспечивая функциональные возможности и достоверность измерений, необходимые при решении большинства повседневных задач. Приборы обеспечивают широкий (но не рекордный) частотный и динамический диапазоны, необходимые для проведения сложных исследований и тестирования современных компонентов, устройств и систем. Во всех режимах анализа используется предварительная селекция и подавление зеркальных составляющих. В анализаторах спектра Tektronix предусмотрены широкополосные фильтры предварительной селекции, через которые проходят все сигналы. Особенности анализаторов спектра реального времени описаны в [2].

Анализатор спектра реального времени RSA6000A

Обновленная серия анализаторов RSA6000A внешне почти не изменилась и имеет многие параметры такие же, как у предшествующих моделей RSA6000 (рис. 2). Подробные данные о приборах приведены в их русскоязычном описании [3], обновленном летом 2014 года. Возможности анализаторов могут быть значительно расширены установкой в них дополнительных аппаратных и программных опций.

Рис. 2. Анализатор спектра реального времени RSA6000A корпорации Tektronix

Основные технические характеристики RSA6000A:

• Частотный диапазон:
  • RSA6106A — от 9 кГц до 6,2 ГГц;
  • RSA6114A — от 9 кГц до 14 ГГц;
  • RSA6120A — от 9 кГц до 20 ГГц.
• Точка пересечения по интермодуляционным составляющим третьего порядка равна +20 дБм (типовая) на частоте 2 ГГц.
• Средний уровень собственных шумов –151 дБм/Гц на частоте 2 ГГц (–167 дБм/Гц при включенном предварительном усилителе) позволяет выполнять поиск сигналов низкого уровня.
• Регистрация события с минимальной длительностью 3,7 мкс (при поставке в США).
• Запуск по частотному скачку или изменению уровня мощности с минимальной длительностью 3 мкс в частотной области и 9,1 нс во временной области.
• Продолжительность захвата до 7,15 с в полосе 110 МГц с сохранением данных в формате, совместимом с MATLAB.
• Предварительная селекция и подавление зеркального канала обеспечивают широкий динамический диапазон в любой полосе захвата.
• Высокоскоростное свипирование с высоким разрешением: <1 с при полосе свипирования 1 ГГц с разрешением 10 кГц.
• Встроенный предварительный усилитель с диапазоном частот до 20 ГГц.
• Технология отображения спектра DPX, которая позволяет получить интуитивно понятное реальное отображение изменяющихся во времени РЧ-сигналов с цветовой градацией, обозначающей частоту появления событий.
• Технология свипирующего DPX предоставляет уникальные возможности обнаружения сигнала во всем диапазоне частот.
• Функция запуска DPX density позволяет работать непосредственно в окне DPX.
• Запуск по временным параметрам и рантам позволяет захватывать трудноуловимые переходные процессы.
• При запуске по частотной маске можно отслеживать любые изменения сигнала в частотной области.
• Непрерывная запись спектрограмм DPX в течение до 4444 дней для анализа информации о спектре и воспроизведения результатов измерений.
• Возможность подключения пробников TekConnect для РЧ-измерений.
• Коррелированное по времени отображение сигналов в нескольких областях для ускорения поиска и устранения неисправностей.
• Измерения мощности, спектра и статистические исследования сигналов помогают определить характеристики компонентов и систем: мощность канала, коэффициент утечки мощности в соседний канал (ACLR), зависимость мощности от времени, комплементарная интегральная функция распределения (CCDF), отношение занимаемой полосы частот к полосе частот излучения (OBW/EBW) и поиск выбросов.
• Измерение параметров аудиосигналов и AM/ЧM/ФM-сигналов (опция 10).
• Измерение фазового шума и джиттера (опция 11).
• Измерение времени установки частоты и фазы (опция 12).
• Измерение импульсных сигналов (опция 20) — свыше 20 векторных и скалярных величин, включая время нарастания, длительность импульса и разность фаз импульсов, используемых для подробного анализа последовательности импульсов.
• Общий анализ цифровой модуляции (опция 21) обеспечивает функциональность векторного анализатора сигналов с поддержкой более 20 видов модуляции.

Анализ сигналов WLAN стандартов 802.11 a/b/g/j (опция 23), 802.11n (опция 24), 802.11ac (опция 25).

Встроенный жесткий диск, порты USB для внешних накопителей, привод DVD±RW (опция 59), съемный жесткий диск (опция 56).

Анализаторы спектра часто используются для обнаружения и исследования слабых сигналов, например от приемников линий радиосвязи или отражений от цели радаров. В этом случае важен малый уровень собственных фазовых шумов и джиттера. Он измеряется с помощью опции 11, которая во многих случаях заменяет стандартные приборы для проведения такого рода измерений (рис. 3). Типовое значение остаточного фазового шума составляет –130 дБн/Гц на частоте 18 ГГц при отстройке 1 МГц, чего вполне достаточно для большинства приложений.

Рис. 3. Окно с частотными зависимостями уровня фазовых шумов RSA6000А (опция 11)

Основные области применения анализатора спектра:

• Управление спектром — поиск помех и неизвестных сигналов.
• РЛС/РЭБ — определение всех параметров систем, использующих импульсные сигналы и сигналы со скачкообразной перестройкой частоты.
• Радиочастотная отладка на уровне компонентов, модулей и систем.
• Наземная и спутниковая радиосвязь — анализ времязависимых характеристик когнитивных и программных радиосистем.
• Диагностика электромагнитных помех — повышение вероятности успешного тестирования проектируемой системы на соответствие стандартам.

Уникальная технология отображения спектра DPX позволяет точно регистрировать переходные процессы, помогая обнаружить нестабильность сигналов, глитчи и помехи. На рис. 4 детально показан редко происходящий переходной процесс. Частота появления сигналов отображается с помощью цветовой градации, которая показывает редко происходящий процесс синим цветом, а шумовой фон — красным цветом. Включена функция запуска DPX Density, что видно в окне измерения в центре экрана, и выбрана опция Trigger No This. Запуск происходит при любых значениях плотности сигналов, превышающих заданный уровень.

Рис. 4. Спектр с цветной персистенцией, использующей технологию DPX

Функция запуска DPX Density отслеживает изменения в частотной области и заносит в память любые отклонения. Спектрограмма (в левой панели рис. 5) показывает изменение частоты и амплитуды во времени на плоскости «частота-время», причем амплитуда выделена цветом. При выборе на спектрограмме момента времени, соответствующего срабатыванию запуска DPX Density, представление в частотной области (правая панель) автоматически обновляется и показывает подробный спектр, соответствующий именно этому моменту.

Рис. 5. Спектрограмма и два спектра на одном экране

Выполнение до 292 968 преобразований частоты в секунду позволяет отображать в частотной области переходные процессы длительностью от 3,7 мкс. Это на несколько порядков быстрее, чем при обычном свипировании (изменении частоты по линейному или логарифмическому закону). В зависимости от частоты появления события маркируются разным цветом и выводятся на растровый дисплей, что дает обширные возможности анализа переходных процессов.

В приложениях, которые требуют только спектральной информации, анализаторы серии RSA6000A обеспечивают запись спектра практически без разрывов, выполняя воспроизведение и анализ до 60 000 спектральных трасс. Разрешение при записи спектра изменяется от 110 до 6400 мкс на линию, что позволяет записывать информацию в течение нескольких дней. Запуск может осуществляться по временным параметрам, ранту, спектральной плотности и частотной маске.

Представление сигналов в нескольких областях обеспечивает новый уровень решения проблем проектирования устройств и систем, который невозможно достичь с помощью обычных анализаторов спектра. Измерение качества модуляции и констелляционная диаграмма (опция 21) в сочетании с непрерывным мониторингом спектра DPX показаны на рис. 6.

Рис. 6. Спектр и констелляционная диаграмма

Работа системы запуска DPX Density основана на измерении частоты появления (или плотности) определенных событий на экране DPX. Уникальная функция Trigger On This (запуск по данному событию) позволяет указать интересующий сигнал на экране DPX, после чего уровень запуска автоматически устанавливается на величину, немного меньшую измеренной плотности. В результате можно легко захватывать низкоуровневые сигналы в присутствии сигналов высокого уровня. Запуск по частотной маске (FMT) предназначен для отслеживания всех изменений в занимаемой полосе частот в пределах полосы захвата (рис. 7).

Рис. 7. Пример запуска по частотной маске

Расширенный анализ сигналов (опция 20) позволяет автоматически вычислять более 20 параметров каждого импульса. Измерения пиковой мощности, длительности импульса, времени нарастания, коэффициента пульсаций, положительных и отрицательных выбросов и разности фаз между импульсами значительно упрощают проверку схем. А такие измерения, как «импульсная характеристика» и «ошибка фазы», помогают точнее оценить качество ЛЧМ-импульсов. На рис. 8 показана последовательность импульсов (слева вверху), для которой автоматически рассчитана длительность импульсов и импульсная характеристика (справа внизу). Слева внизу дано подробное представление импульсной характеристики, а справа вверху — дисплей DPX, используемый для мониторинга спектра.

Рис. 8. Пример анализа последовательности импульсов

В отличие от обычных анализаторов спектра с узкополосными ЖИГ-фильтрами, анализаторы спектра реального времени Tektronix используют широкополосный сигнальный тракт, предотвращающий появление паразитных сигналов или помех по зеркальному каналу при наличии сигналов на частотах, лежащих вне полосы, на которую настроен прибор. Подавление зеркального канала обеспечивается входными фильтрами, настроенными так, что подавляются все зеркальные составляющие. Полосы пропускания входных фильтров перекрываются более чем на максимальную ширину полосы захвата, чтобы гарантировать захваты во всей полосе частот. Фильтры выполняют функции преселектора, как и в других анализаторах спектра обеспечивающего подавление зеркальных составляющих при любых значениях настройки полосы пропускания прибора и на всех частотах.

В анализаторы серии RSA6000A встроены мощные средства современной компьютерной математики. Они выполняют эффективную цифровую обработку информации, автоматические измерения огромного числа параметров исследуемых сигналов, а также детального математического анализа исследуемых процессов.

Основные измерительные функции RSA6000A:

• Измерение мощности в основном и соседних каналах, коэффициента утечки мощности в соседний канал для сигналов с несколькими несущими, измерение занимаемой полосы частот, полосы по заданному уровню (в дБ), установка маркера дБм/Гц, маркера дБн/Гц, установка масок спектра.
• Измерения во временной области и статистические функции зависимостей IQ от времени, мощности от времени, частоты и фазы от времени, комплементарной интегральной функции распределения, отношение пикового значения к среднему.
• До 20 диапазонов, выбираемые пользователем детекторы (пиковый, усредняющий, квазипиковый), фильтры (RBW, CISPR, MIL и VBW в каждом диапазоне). Линейная или логарифмическая шкала частот. Отклонение мощности в абсолютных единицах или относительно уровня несущей. До 999 отклонений в табличной форме для экспорта в формат .CSV.
• Измерения параметров аналоговой модуляции. Амплитудная модуляция (+пик, –пик, ср.кв. значение, глубина модуляции), частотная модуляция (±пик, от +пик до –пик, ср.кв., пик-пик/2, ошибка частоты), фазовая модуляция (±пик, ср.кв., от +пик до –пик).
• Измерение параметров аудиосигналов и AM/ЧM/ФM-сигналов (опция 10), мощности несущей, ошибки частоты, частоты модуляции, параметров модуляции (±пик, пик-пик/2, ср.кв.), SINAD, модуляционных искажений, отношения сигнал/шум, гармонических и негармонических искажений.
• Измерение фазового шума и джиттера (опция 11), зависимость фазового шума от частоты отстройки от несущей частоты (рис. 9).

Рис. 9. Зависимость фазового шума от частоты отстройки от несущей частоты

• Диапазон частоты отстройки от 10 Гц до 1 ГГц, измерение мощности несущей, ошибки частоты, ср.кв. фазового шума, интегрального джиттера, остаточной ЧМ.
• Измерение времени установки частоты и фазы (опция 12), времени установки от последней установленной частоты, времени установки от последней установленной фазы и времени установки от запуска. Автоматический или ручной выбор опорной частоты. Настраиваемые пользователем полоса измерения, усреднение и сглаживание. Разбраковка по шаблону «годен/негоден» с тремя зонами, определяемыми пользователем.
• Расширенный анализ импульсных сигналов (опция 20). Измерение средней и пиковой мощности импульса, средней передаваемой мощности, длительности импульса, времени нарастания и спада, периода повторения, частоты повторения, коэффициента заполнения (%), скважности, пульсаций (дБ и %), выброса (дБ), выброса (%), спада (дБ и %), разности частот импульсов, разности фаз импульсов, ср.кв. значения ошибки частоты, макс. ошибки частоты, ср.кв. значение фазовой ошибки, макс. фазовой ошибки, отклонения частоты, разности частот, отклонения фазы, импульсной характеристики, установка меток времени.
• Общий анализ цифровой модуляции (опция 21) и измерение амплитуды вектора ошибки (EVM) (ср.кв., пиковая, зависимость от времени), коэффициент ошибок модуляции (MER), ошибки амплитуды (ср.кв., пиковая, зависимость от времени), ошибки фазы (ср.кв., пиковая, зависимость от времени), смещения исходной точки, ошибка частоты, дисбаланса коэффициента усиления, квадратурная ошибка, Rho, констелляционная диаграмма, вывод таблицы символов.
• Измерение плотности DPX, плотности спектра в % в любой точке на экране спектра DPX и запуск по заданной плотности спектра сигнала.
• ПО анализа RSAVu W‑CDMA, HSUPA, HSDPA, GSM/EDGE, CDMA2000 1x, CDMA2000 1xEV-DO, RFID, фазовый шум, джиттер, IEEE 802.11 a/b/g/n WLAN, IEEE 802.15.4 OQPSK (Zigbee), анализ аудиосигналов.
• Гибкий анализ OFDM (опция 22). Анализ OFDM для WLAN 802.11a/j/g и WiMAX 802.16-2004.
• Измерение сигналов беспроводных линий связи WLAN 802.11a/b/g/j/p (опция 23). Все измерения РЧ-передатчика, указанные в стандарте IEEE, а также широкий диапазон дополнительных измерений, включая ошибку частоты несущей, ошибку символьной синхронизации, отношение средней мощности пакета к пиковой, смещение символов IQ, ср.кв. и пиковую амплитуду вектора ошибки. Представление на экране результатов анализа: зависимость EVM и ошибки фазы/амплитуды от времени/частоты или от символов/поднесущих, декодирование информации заголовка пакета и таблицы символов.
• Измерение сигналов линий беспроводной связи WLAN 802.11n (опция 24) и WLAN 802.11 ас (опция 25).

Технология DPX позволяет захватывать сотни тысяч спектров в секунду в полосе анализа до 110 МГц. Благодаря этому имеется возможность свипирования DPX во всем рабочем диапазоне частот анализатора серии RSA6000А вплоть до 20 ГГц. За то время, в течение которого стандартные анализаторы спектра могут захватить один спектр, анализаторы серии RSA6000А захватывают тысячи спектров. Такие высокие рабочие характеристики позволяют уменьшить риск пропуска перемежающихся и неустановившихся сигналов при выполнении поиска в широкой полосе частот.

Анализаторы спектра RSA6000A — это дорогие флагманские модели корпорации Tektronix. Российская фирма «Эликс» (www.eliks.ru), к примеру, поставляет на наш рынок анализаторы по цене около 10 млн руб. Приборы имеют габариты 473×282×531 мм и вес со всеми опциями 26,4 кг. Питание от сети переменного тока с напряжением от 90 до 240 В, частота от 50 до 60 Гц, или от 90 до 132 В с частотой 400 Гц. Потребляемая мощность около 450 Вт (max).

Настольные анализаторы спектра реального времени RSA5000 и SPECMON

Последние годы корпорация Tektronix уделяла большое внимание разработке более «демократичных» моделей с меньшей стоимостью и немного меньшими функциональными возможностями. Были созданы и запущены в производство две серии настольных приборов — RSA5000 и SPECMON [4, 5]. Их классификационные параметры приведены в таблице 1.

Приборы имеют конструкцию и внешний вид, аналогичные анализаторам серии RSA6000A, но незначительно отличаются по таким параметрам, как вес и потребляемая от сети мощность. Например, анализаторы SPECMON имеют габариты 473×282×20,9 мм, вес со всеми опциями 24,6 кг и максимальную потребляемую мощность 400 Вт. Таким образом, это довольно громоздкие и тяжелые стационарные приборы.

Нижняя граница полосы частот новых анализаторов снижена с 9 кГц до 1 Гц, что резко уменьшает искажения спектра в низкочастотной области и позволяет применять данные приборы на низких частотах, включая весь звуковой диапазон. Это довольно значительное преимущество, поскольку в последнее время возросло число разработок в области электроакустики (где важен детальный анализ спектра) и в области анализа вибраций.

На рис. 10 представлен типичный спектр плотности частотных составляющих прямоугольного радиоимпульса, построенный с применением персистенции. Огибающая спектра показана желтой линией. Этот пример хорошо иллюстрирует классический спектральный анализ импульсов и эффективное применение персистенции (имитации аналогового послесвечения).

Рис. 10. Спектр прямоугольного радиоимпульса

Анализаторы имеют набор средств построения спектров, спектрограмм и диаграмм, свойственных и анализаторам RSA6000А. Так что ранее представленные графические окна характерны и для новых анализаторов, и наоборот. На рис. 11 показаны различные диаграммы и таблица данных с экрана анализатора SPECMON.

Рис. 11. Различные диаграммы и таблица данных

Спектрограмма и спектр с цветной персистенцией для сложного многочастотного сигнала изображены на рис. 12 при средней частоте CF = 868,5 МГц и полосе частот Span = 110 МГц. Они дают прекрасное представление о загрузке выбранного участка источниками излучения.

Рис. 12. Спектрограмма и спектр сложного многочастотного сигнала

Наряду со спектрами сигналов может строиться соответствующая им временная зависимость сигнала (рис. 11 и 13). Она дает наглядное представление о влиянии искажений спектра и шумов на вид сигнала во временной области, что часто нельзя получить от обычных осциллографов ввиду их ограничений по частотному диапазону и чувствительности.

Рис. 13. Спектрограмма, временная зависимость сигнала и мгновенный спектр

Измерения времени установки (опция 12) выполняются автоматически. Пользователь может выбирать полосу измерения, интервалы допусков, опорную частоту (автоматически или вручную) и устанавливать до трех интервалов допусков в зависимости от времени для разбраковки по шаблону «годен/негоден». Время установки может быть измерено относительно момента внешнего или внутреннего запуска и относительно последней установленной частоты или фазы. На рис. 14 показано измерение времени установки частоты для генератора со скачкообразной перестройкой частоты относительно момента внешнего запуска.

Рис. 14. Временная зависимость среза генератора со скачкообразной перестройкой частоты

Анализаторы спектра корпорации Tektronix позволяют строить огромное число самых разнообразных таблиц данных, диаграмм и спектральных характеристик (рис. 15). Это значительно облегчает анализ сложных сигналов и выявление их особенностей и аномалий. По этому критерию анализаторы спектра реального времени значительно превосходят обычные анализаторы спектра.

Рис. 15. Таблица данных и различные спектральные характеристики сигнала

Конечно, ввиду громоздкости, большого веса и большой потребляемой мощности стационарные анализаторы спектра не очень удобны для работы в полевых условиях и на местности. Однако они имеют встроенный приемник системы глобального позиционирования GPS и позволяют строить карты местности (рис. 16).

Рис. 16. Карта местности с указанием спектров в местах расположения объектов

Ручные анализаторы спектра реального времени

Для исследования сигналов от антенных полей и базовых станций систем сотовой связи часто приходится проводить измерения в полевых условиях и постоянно переносить измерительные приборы с места на место. Для подобных целей стационарные анализаторы спектра неудобны, хотя и обладают всеми необходимыми функциями. Учитывая это, Tektronix создала пару моделей ручных анализаторов спектра реального времени Н500 и SA2500 (новая модель) [6, 7]. Их внешний вид показан на рис. 17.

Рис. 17. Ручные анализаторы спектра корпорации Tektronix

Ручные анализаторы имеют автономное питание и дисплей уменьшенных габаритов (10,4″ по диагонали) с достаточно большим разрешением (640×480 пикселей). Размеры приборов составляют 255×300×125 мм, вес 5,56 кг. Классификационные параметры ручных анализаторов спектра приведены в таблице 2.

Портативный анализатор спектра реального времени SA2500 использует технологию DPX и обеспечивает захват и анализ нестационарных спектров с количеством до 2,5 тыс. спектрограмм (10 тыс. — опция EP1) в секунду и регистрацию спектров событий с длительностью до 500 мкс (до 125 мкс — опция EP1), а также построение спектрограмм и измерение мощности в канале. Содержит встроенный классификатор WLAN-, GSM-, W‑CDMA-, CDMA-, ATSC-сигналов (опция EP2). Полоса обзора: 5 кГц – 20 МГц. Средний уровень собственного шума (DANL): –153 дБм (с предварительным усилителем), фазовый шум –110 дБн/Гц при отстройке по частоте 1 МГц и разрешении RBW 1 Гц. Уровень запуска от –160 до +20 дБм. Прибор имеет демодулятор AM/FM и интерфейс локальной сети LAN.

Размеры дисплея у ручных анализаторов спектра меньше, чем у стационарных настольных моделей (рис. 18). Тем не менее, на нем хотя и с несколько меньшей четкостью, отображаются все виды спектров, спектрограмм и диаграмм, присущих стационарным моделям.

Рис. 18. Экран ручного анализатора спектра

Ручные анализаторы спектра имеют широкие возможности для решения различных задач классификации и пеленгации. В их числе:

• Встроенная функция классификации сигналов WLAN, GSM, W‑CDMA, CDMA, ATSC позволяет быстро и просто идентифицировать полезные сигналы.
• Гибкие возможности редактирования, обновления и обмена базами данных сигналов и базами данных классифицированных сигналов с помощью файлов в формате CSV.
• Возможность экспорта I/Q данных в формате CSV, MATLAB и IQT для дополнительного последующего анализа.
• Быстрое определение местоположения источника сигнала с помощью проверенных средств поиска, картографирования и документирования.
• Поиск сигналов за пределами помещения с помощью встроенного GPS-приемника путем сопоставления результатов измерений с привязанными к GPS картами, такими как Pitney Bowes Mapinfo, Google Earth, Microsoft MapPoint, Bitmap, и многими другими.
• Улучшенный мониторинг спектра с прецизионной синхронизацией измерений и метками времени.
• Поиск сигналов в помещениях с помощью однокнопочного интерфейса типа Tap-and-Walk-and-Tap.
• Дисплей с задней подсветкой, хорошо читаемый при солнечном освещении, и длительная автономная работа за счет применения двух аккумуляторов, допускающих горячую замену.
• Прочная конструкция, отвечающая требованиям стандарта MIL-PRF‑28800F.
• Базу данных классифицированных сигналов с цветовым кодированием можно сохранять, импортировать, экспортировать и передавать другим пользователям для отслеживания спектральной активности в разных регионах (рис. 19).

Рис. 19. Экран с данными спектральной активности

• Встроенный GPS с привязкой к местности и синхронизацией по времени (опция EP2) обеспечивает построение на экране дисплея карты местности с указанием спектра в точках, где обнаружены источники излучения (рис. 20).

Рис. 20. Карта местности на экране ручного анализатора спектра

USB-анализатор спектра реального времени RSA306

Среди тех, кто пользуется измерительными приборами, бытует представление об ущербности USB-приставок к ПК, их даже именуют «мыльницами». Компания Tektronix немало потрудилась над тем, чтобы развеять это заблуждение применительно к таким сложным приборам, как анализаторы спектра. За счет исключения имеющихся в компьютере устройств (блока питания, процессора с обрамлением, дисплея, видеокарты и др.) USB-анализатор спектра RSA306 корпорации Tektronix [8] представляет собой небольшой и легкий блок (рис. 21). Особенно удивляет, что огромные возможности анализатора спектра реального времени с широкой полосой удалось реализовать в миниатюрном приборе с питанием от USB. Устройство обеспечивает полнофункциональный анализ спектра на частотах от 9 кГц до 6,2 ГГц, и это при цене, составляющей половину стоимости стандартного анализатора! К примеру, фирма «Эликс» предлагает USB-анализаторы Tektronix по цене около 320 тыс. руб.

Рис. 21. USB-анализатор спектра реального времени RSA306, подключенный к ноутбуку

Управление прибором предельно упрощено. На его передней панели расположено только три коаксиальных разъема (входа, выхода опорной частоты и выхода запускающего сигнала), а также гнездо USB (рис. 22). Задняя стенка вообще свободна. Все управление осуществляется через внешний компьютер, чаще всего ноутбук.

Рис. 22. USB-анализатор спектра RSA306 (вид спереди)

Этот компактный прибор весом всего 590 г занимает мало места на рабочем столе и легко помещается в руке, сумке, кармане или крепится на специальный пояс. Даже с внешним компьютером он занимает меньше места и меньше весит, чем стационарный анализатор спектра. Прибор подключается к настольному компьютеру или ноутбуку через интерфейс USB 3.0 и работает с полнофункциональным программным обеспечением для анализа сигналов SignalVu-PC, теперь бесплатно доступным на сайте Tektronix. Прибор обеспечивает регистрацию спектров событий до 100 мкс и построение цветных спектрограмм (рис. 23).

Рис. 23. Цветная спектрограмма и спектр с персистенцией анализатора RSA306

Полоса пропускания в реальном времени 1 кГц – 40 МГц, при сканировании до частоты 6,2 ГГц, с разрешением от 1 кГц до 10 МГц (рис. 24). Средний уровень собственного шума (DANL): –163 дБм/Гц. Фазовый шум –118 дБн/Гц при смещении частоты на 10 кГц. Максимальный входной сигнал +23 дБм (опорный уровень > –10 дБм). Динамический диапазон SFDR 50 дБн. ПО SignalVu-PC обеспечивает проведение 27 видов измерений.

Рис. 24. Спектрограмма синусоидального сигнала и спектр двухчастотного сигнала

Программное обеспечение анализатора позволяет одновременно проводить спектральный и временной анализ исследуемого сигнала. Конечно, полноценной заменой осциллографа при временном анализе анализатор спектра не является, но часто вполне может его заменить и даже предложить новые возможности — например, построить временную зависимость несущей частоты сигнала (рис. 25).

Рис. 25. Спектр модулированного сигнала и временная зависимость его несущей с измерительными маркерами

Анализатор выполняет полный и очень эффективный анализ сигналов с различными видами модуляции, в том числе кодоимпульсной, с построением различных диаграмм (рис. 26). Его можно использовать для измерения характеристик и параметров многоканальных сотовых сетей беспроводной связи.

Рис. 26. Спектр мощности в канале и «звездная» диаграмма с кореллограммой его квадратурной модуляции

Еще один пример представления различной информации в одном окне дан на рис. 27. Важно отметить, что разрешение и размеры окна определяются дисплеем внешнего компьютера и могут быть большими.

Рис. 27. Спектрограмма, спектр, «звездная» диаграмма и таблица данных сигнала с кодоимпульсной модуляцией

Возможности прибора существенно расширяются с помощью опций:

• Векторный анализ сложных сигналов.
• Анализ сигналов с модуляцией 25 видов.
• Привязка к карте местности (рис. 28).

Рис. 28. Окно с картой местности с указанием спектров обнаруженных объектов

Полноценное программное обеспечение прибора поддерживает создание дополнительных пользовательских настроек на компьютере (при этом можно не беспокоиться, что стандартные настройки будут потеряны) и возможность использования программного интерфейса для собственных приложений. USB-анализатор удобен при работе в любых условиях — стационарных, полевых, а также в лабораториях учебных заведений.

Программное обеспечение векторного анализа сигналов (VSA)

Программное обеспечение Tektronix VSA для векторного анализа позволяет выполнять глубокое исследование сложных сигналов [9]. Оно сочетает функции традиционного анализатора спектра и векторных анализаторов сигнала в одной измерительной платформе. Это программное обеспечение работает с разными анализаторами, в том числе с новейшим USB-анализатором спектра RSA306. Для всех приборов программа векторного анализа предлагает тот же набор возможностей, что и другие платформы для анализа РЧ: анализаторы RSA5000, RSA6000, осциллографы на базе Windows и мультидоменные осциллографы MDO4000B (при управлении от отдельных ПК).

В программе VSA обеспечена полная поддержка спектрального анализа и коммерческих беспроводных стандартов, таких как Wi-Fi и P25, что позволяет измерять и отображать амплитуду и фазу полученного сигнала для выполнения измерений в канале, например констелляционных диаграмм и амплитуды вектора ошибки (EVM). Также можно отобразить графики зависимости параметров во временной области и измерения спектра, такие как фазовый шум и мощность. Кроме того, маркеры на временном, частотном, фазовом и векторном графиках скоррелированы между собой для ускорения анализа истинных причин проблем.

Заключение

Tektronix — первая в мире крупная компания, которая стала разрабатывать и крупносерийно производить анализаторы спектра только реального времени c расширенными функциональными возможностями. По частотному диапазону ее анализаторы спектра сейчас уступают новейшим разработкам компании Keysight Technologies (Agilent) и не претендуют на рекордные значения данного параметра. Анализаторы входят в Государственный реестр измерительных приборов и широко применяются при разработке ответственной аппаратуры гражданского и оборонного назначения.