Οι αναλυτές φάσματος είναι ένας από τους σημαντικούς ελέγχους που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση συχνότητες και πολλές άλλες παραμέτρους. Είναι ενδιαφέρον ότι οι αναλυτές φάσματος χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση σημάτων που γνωρίζουμε και βρίσκουμε σήματα που δεν γνωρίζουμε. Λόγω της ακρίβειας του, ο αναλυτής φάσματος έχει αποκτήσει πολλές εφαρμογές στον τομέα των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών μετρήσεων. Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο πολλών κυκλωμάτων και συστημάτων. Αυτά τα κυκλώματα και τα συστήματα λειτουργούν σε επίπεδα ραδιοσυχνοτήτων.
Με τις διαφορετικές διαμορφώσεις μοντέλου, αυτή η συσκευή έχει τη δική της ευελιξία στο πεδίο οργάνων και μετρήσεων. Έρχεται με διαφορετικές προδιαγραφές, μεγέθη, ακόμη και διαθέσιμα με βάση συγκεκριμένες εφαρμογές. Η χρήση της συσκευής σε ένα ακόμη υψηλό εύρος συχνοτήτων στο επίπεδο της υπερσυχνότητας βρίσκεται επί του παρόντος στην έρευνα. Μπορεί να συνδεθεί ακόμη και σε σύστημα υπολογιστή και οι μετρήσεις μπορούν να καταγραφούν στην ψηφιακή πλατφόρμα.
Τι είναι το Spectrum Analyzer;
Το Spectrum Analyzer είναι βασικά ένα όργανο δοκιμών που μετρά διάφορες παραμέτρους σε ένα κύκλωμα ή σε ένα σύστημα στο εύρος ραδιοσυχνοτήτων. Ένα κομμάτι κανονικού εξοπλισμού δοκιμών θα μετρήσει την ποσότητα με βάση το πλάτος του σε σχέση με το χρόνο. Για παράδειγμα, ένα βολτόμετρο θα μετρήσει το πλάτος της τάσης με βάση το χρονικό πεδίο. Έτσι θα έχουμε μια ημιτονοειδή καμπύλη Τάση AC ή μια ευθεία γραμμή για Τάση DC . Αλλά ένας αναλυτής φάσματος θα μετρήσει την ποσότητα σε όρους πλάτους έναντι συχνότητας.
Απόκριση τομέα συχνότητας
Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, ο αναλυτής φάσματος μετρά το πλάτος στο πεδίο συχνοτήτων. Τα σήματα υψηλής αιχμής αντιπροσωπεύουν το μέγεθος και στο μεταξύ έχουμε σήματα θορύβου επίσης. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον αναλυτή φάσματος για να εξαλείψουμε τα σήματα θορύβου και να κάνουμε το σύστημα πιο αποτελεσματικό. Οι παράγοντες ακύρωσης σήματος προς θόρυβο (SNR) είναι ένα από τα σημαντικά χαρακτηριστικά σήμερα για ηλεκτρονικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, τα ακουστικά διαθέτουν πτυχή ακύρωσης θορύβου. Για τη δοκιμή αυτού του εξοπλισμού, χρησιμοποιούνται αναλυτές φάσματος.
Διάγραμμα μπλοκ αναλυτή
Διάγραμμα μπλοκ
Το μπλοκ διάγραμμα του αναλυτή φάσματος φαίνεται παραπάνω. Αποτελείται από έναν εξασθενητή εισόδου, ο οποίος εξασθενεί το σήμα ραδιοσυχνοτήτων εισόδου. Το εξασθενημένο σήμα τροφοδοτείται σε φίλτρο χαμηλής διέλευσης για να εξαλειφθεί το περιεχόμενο κυματισμού.
Το φιλτραρισμένο σήμα αναμιγνύεται με έναν ταλαντωτή συντονισμένο με τάση και τροφοδοτείται σε έναν ενισχυτή. ο ενισχυτής τροφοδοτείται στον παλμογράφο καθοδικών ακτίνων. Από την άλλη πλευρά, έχουμε επίσης μια γεννήτρια σάρωσης. Και οι δύο τροφοδοτούνται στο CRO για κάθετες και οριζόντιες εκτροπές.
Αρχή εργασίας αναλυτή φάσματος
Ο αναλυτής φάσματος μετρά βασικά το περιεχόμενο φάσματος του σήματος, δηλαδή τροφοδοτείται στον αναλυτή. Για παράδειγμα, εάν μετράμε την έξοδο ενός φίλτρου, ας πούμε φίλτρο χαμηλής διέλευσης, τότε ο αναλυτής φάσματος θα μετρήσει το περιεχόμενο φάσματος του φίλτρου εξόδου στον τομέα συχνότητας. Σε αυτήν τη διαδικασία, θα μετρήσει επίσης το περιεχόμενο θορύβου και θα το εμφανίζει στο CRO,
Όπως φαίνεται στο διάγραμμα μπλοκ, η λειτουργία του αναλυτή φάσματος μπορεί να κατηγοριοποιηθεί ουσιαστικά ως παραγωγή κάθετου και οριζόντιου σάρωσης στον παλμογράφο καθόδου ακτίνας. Γνωρίζουμε ότι η οριζόντια σάρωση του μετρούμενου σήματος θα ήταν σε σχέση με τη συχνότητα και η κάθετη σάρωση σε σχέση με το πλάτος του.
Εργαζόμενος
Για την παραγωγή της οριζόντιας σάρωσης του μετρημένου σήματος, το σήμα στο επίπεδο ραδιοσυχνοτήτων τροφοδοτείται στον εξασθενητή εισόδου, ο οποίος εξασθενεί το σήμα στο επίπεδο ραδιοσυχνοτήτων. Η έξοδος του εξασθενητή τροφοδοτείται στο φίλτρο χαμηλής διέλευσης για να εξαλειφθεί τυχόν περιεχόμενο κυματισμού στο σήμα. Στη συνέχεια τροφοδοτείται σε έναν ενισχυτή, ο οποίος ενισχύει το μέγεθος του σήματος σε ένα ορισμένο επίπεδο.
Σε αυτήν τη διαδικασία, αναμιγνύεται επίσης με την έξοδο του ταλαντωτή που συντονίζεται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Ο ταλαντωτής βοηθά στη δημιουργία εναλλασσόμενης φύσης της τροφοδοτούμενης κυματομορφής. Αφού αναμιχθεί με τον ταλαντωτή και ενισχυθεί, το σήμα τροφοδοτείται στον οριζόντιο ανιχνευτή, ο οποίος μετατρέπει το σήμα σε περιοχή συχνότητας. Εδώ στον αναλυτή φάσματος, η φασματική ποσότητα του σήματος αντιπροσωπεύεται στο πεδίο συχνότητας.
Για την κάθετη σάρωση, απαιτείται το πλάτος. Για να πάρει το πλάτος, το σήμα τροφοδοτείται στον ταλαντωτή συντονισμένης τάσης. Ο ταλαντωτής συντονισμένης τάσης συντονίζεται στο επίπεδο ραδιοσυχνοτήτων. Γενικά, ο συνδυασμός αντιστάσεων και πυκνωτών χρησιμοποιείται για να ληφθούν τα κυκλώματα ταλαντωτών. Αυτό είναι γνωστό ως ταλαντωτές RC. Σε επίπεδο ταλαντωτή, το σήμα μετατοπίζεται φάση κατά 360 μοίρες. Για αυτήν την αλλαγή φάσης, χρησιμοποιούνται διαφορετικά επίπεδα κυκλωμάτων RC. Συνήθως, έχουμε 3 επίπεδα.
Μερικές φορές ακόμη και μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται επίσης για σκοπούς αλλαγής φάσεων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η συχνότητα των ταλαντωτών ελέγχεται επίσης χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια ράμπας. Η γεννήτρια ράμπας συνδέεται επίσης μερικές φορές με έναν διαμορφωτή πλάτους παλμού για να αποκτήσει ράμπα παλμών. Η έξοδος του ταλαντωτή τροφοδοτείται στο κύκλωμα κάθετης σάρωσης. Που παρέχει πλάτος στον παλμογράφο καθοδικών ακτίνων.
Τύποι αναλυτή φάσματος
Οι αναλυτές φάσματος μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο κατηγορίες. Αναλογικό και ψηφιακό
Αναλογικός αναλυτής φάσματος
Οι αναλογικοί αναλυτές φάσματος χρησιμοποιούν την αρχή της υπερετεροδίνης. Ονομάζονται επίσης αναλυτές σάρωσης ή σάρωσης. Όπως φαίνεται στο διάγραμμα μπλοκ, ο αναλυτής θα έχει διαφορετικά κυκλώματα οριζόντιας και κάθετης σάρωσης. Για να δείξει την έξοδο σε ντεσιμπέλ, ένας λογαριθμικός ενισχυτής χρησιμοποιείται επίσης πριν από το κύκλωμα οριζόντιας σάρωσης. Παρέχεται επίσης ένα φίλτρο βίντεο για το φιλτράρισμα του περιεχομένου του βίντεο. Η χρήση μιας γεννήτριας ράμπας παρέχει σε κάθε συχνότητα μια μοναδική θέση στην οθόνη, με την οποία μπορεί να εμφανίσει την απόκριση συχνότητας.
Ψηφιακός αναλυτής φάσματος
Ο ψηφιακός αναλυτής φάσματος αποτελείται από μπλοκ γρήγορου μετασχηματισμού Fourier (FFT) και μπλοκ αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα (ADC) για τη μετατροπή του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό σήμα. Με την αναπαράσταση διαγράμματος μπλοκ
Ψηφιακός αναλυτής φάσματος
Όπως φαίνεται από την αναπαράσταση του διαγράμματος μπλοκ, το σήμα τροφοδοτείται στον εξασθενητή, ο οποίος εξασθενεί το επίπεδο του σήματος και στη συνέχεια τροφοδοτείται στο LPF για εξάλειψη του περιεχομένου κυματισμού. Στη συνέχεια, το σήμα τροφοδοτείται σε έναν αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα (ADC) που μετατρέπει το σήμα σε ψηφιακό τομέα. Το ψηφιακό σήμα τροφοδοτείται στον αναλυτή FFT που μετατρέπει το σήμα σε περιοχή συχνοτήτων. Βοηθά στη μέτρηση του φάσματος συχνότητας του σήματος. Τέλος, εμφανίζεται χρησιμοποιώντας το CRO.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του Αναλυτή
Έχει πολλά πλεονεκτήματα, καθώς μετρά τη φασματική ποσότητα στο σήμα στο εύρος ραδιοσυχνοτήτων. Παρέχει επίσης έναν αριθμό μετρήσεων. Το μόνο μειονέκτημα είναι το κόστος του, το οποίο είναι υψηλότερο σε σύγκριση με τους συνηθισμένους συμβατικούς μετρητές.
Εφαρμογές του Αναλυτή
Ένας αναλυτής φάσματος που χρησιμοποιείται ουσιαστικά για τον σκοπό της δοκιμής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση ποικίλων ποσοτήτων. Όλες αυτές οι μετρήσεις γίνονται σε επίπεδο ραδιοσυχνοτήτων. Συχνά μετρούμενες ποσότητες χρησιμοποιώντας αναλυτή φάσματος είναι-
- Επίπεδα σήματος - Το πλάτος του σήματος βάσει του πεδίου συχνότητας μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας τον αναλυτή φάσματος
- Φάση θορύβου - Καθώς οι μετρήσεις γίνονται στον τομέα συχνότητας και μετράται το φασματικό περιεχόμενο, ο θόρυβος φάσης μπορεί να μετρηθεί εύκολα. Εμφανίζεται ως κυματισμοί στην έξοδο του παλμογράφου της καθόδου.
- Αρμονική παραμόρφωση - Αυτός είναι ένας σημαντικός παράγοντας που πρέπει να καθοριστεί για την ποιότητα του σήματος. Με βάση την αρμονική παραμόρφωση, η συνολική αρμονική παραμόρφωση (THD) υπολογίζεται για την αξιολόγηση της ποιότητας ισχύος του σήματος. Το σήμα πρέπει να σωθεί από χαλάρωση και πρήξιμο. Η μείωση των επιπέδων αρμονικής παραμόρφωσης είναι ακόμη σημαντική για την αποφυγή περιττών απωλειών.
- Παραμόρφωση διαμόρφωσης - Κατά τη διαμόρφωση του σήματος, με βάση το εύρος (διαμορφώσεις πλάτους) ή τις παραμορφώσεις συχνότητας (διαμόρφωση συχνότητας) προκαλούνται στο ενδιάμεσο επίπεδο. Αυτή η παραμόρφωση πρέπει να αποφεύγεται για να έχει επεξεργασμένο σήμα. Για αυτό, χρησιμοποιείται ένας αναλυτής φάσματος για τη μέτρηση της παραμόρφωσης της διαμόρφωσης. Μόλις μειωθεί η παραμόρφωση χρησιμοποιώντας εξωτερικά κυκλώματα, το σήμα μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία.
- Πλαστά σήματα - Αυτά είναι ανεπιθύμητα σήματα για ανίχνευση και εξάλειψη. Αυτά τα σήματα δεν μπορούν να μετρηθούν άμεσα. Είναι άγνωστο σήμα που πρέπει να μετρηθεί.
- Συχνότητα σήματος - Αυτός είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που πρέπει να αξιολογηθεί. Δεδομένου ότι χρησιμοποιήσαμε τον αναλυτή σε επίπεδο ραδιοσυχνοτήτων, η ζώνη συχνοτήτων είναι πολύ υψηλή και καθίσταται σημαντικό να μετρηθεί το περιεχόμενο συχνότητας κάθε σήματος. Για αυτό το φάσμα, οι αναλυτές χρησιμοποιούνται ειδικά.
- Φασματικές μάσκες - Οι αναλυτές φάσματος είναι επίσης χρήσιμοι για την ανάλυση των φασματικών μασκών
Ως εκ τούτου, έχουμε δει την αρχή λειτουργίας, το σχεδιασμό, τα πλεονεκτήματα και την εφαρμογή του φάσμα αναλυτής. Κάποιος πρέπει να σκεφτεί, πώς να αποθηκεύσετε τα δεδομένα που μετρώνται σε έναν αναλυτή φάσματος; Και πώς να το μεταφέρετε σε άλλα μέσα όπως ο υπολογιστής για περαιτέρω μέτρηση.
