Анализаторы спектра: варианты, области применения и примеры

Всем привет. С вами компания 3Dtool!

Анализаторы спектра (спектроанализаторы) входят в число наиболее востребованных измерительных приборов, особенно в радиотехнике и телекоммуникационной отрасли. Рассмотрим основные варианты спектроанализаторов, расскажем, на какие характеристики следует обращать внимание при выборе оборудования, и приведем несколько примеров в разных ценовых сегментах.  

Анализаторы спектра предназначены для измерения распределения энергии электрических и электромагнитных колебаний в полосах частот. Если осциллографы отображают амплитудно-временные характеристики сигналов, то спектроанализаторы отображают амплитудно-частотные характеристики. Анализаторы спектра регистрируют и преобразуют сигналы, раскладывая импульсы в частотной области в виде спектральной диаграммы (спектрограммы). Это позволяет оценивать распределение энергии принимаемых сигналов на различных частотах в пределах исследуемых интервалов.

Например, спектроанализаторы применяются в радиоконтроле: амплитудно-частотные параметры анализируются для последующей настройки различных радиоприборов, чтобы они не создавали друг для друга помехи. Спектральный анализ позволяет выявлять сигналы в границах своей частоты и отсекать все лишнее. Особенно актуально это в радиовещании и беспроводной связи, включая сотовую, где каждому источнику сигнала выделяется узкая полоса.  

Пример спектрограммы

Спектральный анализ также находит применение в звукозаписи, например музыкальной, где лишние сигналы отсекаются для повышения качества звучания инструментов. Помимо этого спектроанализаторы применяются а испытаниях и калибровке электронных приборов, диагностике работы генераторов, тестировании помехоустойчивости различной техники.

Основные задачи спектрального анализа:

• абсолютное и относительное измерение частот;
• измерение параметров амплитудной и частотной модуляции, импульсно-модулированных сигналов и сигналов с цифровой модуляцией;
• выявление и исследование сигналов, маскируемых шумами и более сильными сигналами;
• обнаружение посторонних источников радиосигналов;
• измерение электромагнитной совместимости;
• анализ переходных процессов и динамических сигналов;
• диагностика зависимости электромагнитных помех от переходных процессов;
• определение времени фазовой автоподстройки частот;
• диагностика с целью выявления программных и аппаратных неисправностей.

Принципы работы и классификация

Единой классификации анализаторов спектра как таковой не существует ввиду широкого выбора опций, однако предлагаемое оборудование можно характеризовать по принципу работы, рабочему диапазону, характеру анализа и стационарному или портативному исполнению.

По принципу работы спектроанализаторы можно разделить на два типа — последовательные и параллельные.

Первые работают на базе автоматически перестраиваемых супергетеродинов — радиоприемников, преобразующих и усиливающих поступающие сигналы на разных частотах с последующей оцифровкой данных. Анализ проводится поочередно — последовательно, отсюда и название. Последовательные анализаторы обычно более доступны в ценовом плане ввиду относительной простоты конструкции, но в то же время менее эффективны и в основном применяются для исследования периодических импульсов, хотя обладают широким рабочим интервалом.

Параллельные спектроанализаторы генерируют эквивалент сигнала и вычисляют спектр с помощью алгоритмов быстрого преобразования Фурье и резонаторов, настроенных на определенные частоты. Такие приборы отличаются повышенной производительностью и способностью анализировать как импульсные, так и однократные сигналы, но более дороги в связи с более сложной конструкцией.

Спектроанализаторы также можно классифицировать по рабочему диапазону на широкополосные анализаторы, анализаторы оптического интервала и низкочастотные анализаторы. Первые позволяют проводить анализ в интервалах от нескольких килогерц до десятков гигагерц, вторые используются в основном для измерения сигналов в оптоволоконных линиях, а третьи охватывают звуковые и радиочастотные интервалы.

Многие современные анализаторы спектра позволяют обрабатывать выборки в режиме реального времени, что помогает не пропускать редкие события. Наиболее производительные модели позволяют исследовать не только широкополосные сигналы современных стандартов связи, но и некоторые сверхширокополосные сигналы. Совершенствование спектроанализаторов также привело к снижению собственной шумности, положительно влияющему на эффективность обнаружения слабых сигналов.

По характеру анализа приборы можно разделить на скалярные и векторные. Скалярные анализаторы предоставляют информацию только об амплитудах гармонических компонентов спектра, а векторные позволяют также исследовать фазовые соотношения.

Последний момент — портативность. В профессиональной сфере в основном используются стационарные анализаторы спектра с широким набором функций и высокой точностью измерений, однако для полевых работ доступны и портативные модели со встроенными источниками питания. Благодаря хорошей ценовой доступности некоторых моделей портативные анализаторы нередко используются и любителями.

Основные характеристики спектроанализаторов

При выборе анализаторов спектра необходимо учитывать не только стоимость, но и возможности оборудования. Обработка широкого спектра частот, допустимые погрешности измерений, точность и чувствительность, возможность подключения дополнительных плат для повышения точности — лишь часть факторов, зависящих от класса оборудования и стоимости.

В число основных характеристик входят:

• Диапазон рабочих частот. Параметр определяет интервал, в пределах которых возможно проведение анализа.
• Полоса единичного анализа. Интервал, в котором выполняется обработка всех спектральных компонент.
• Динамический диапазон. Способность к одновременной обработке сигналов разной мощности.
• Собственная шумность. Уровень собственной шумности накладывает ограничения по возможности анализа слабых сигналов.
• Фазовые шумы. Показатель частотной стабильности гетеродинов, зависящий от теплового шума в проводниках.
• Разрешающая способность. Минимальный интервал, а котором возможно выделение и измерение соседних сигналов.
• Время анализа. Период времени, требующийся на изучение определенного частотного диапазоны, зависящий от ширины полосы, скорости перестройки гетеродинов и скорости обработки данных.
• Погрешность по частоте. Указывает точность определения частот спектральных компонент и зависит от стабильности опорного генератора и разрешения.
• Погрешность по амплитуде. Указывает точность определения амплитуд спектральных компонент и зависит от точности калибровки опорного генератора и погрешностей инструментария.
• Интермодуляционные искажения. Частотные составляющие, образующиеся при работе элементов с нелинейными характеристиками, например усилителей.
• Уровень паразитных спектральных компонент. Погрешности, возникающее в результате фоновых напряжений от источников питания, шумов и интермодуляционных искажений.

Примеры анализаторов спектра

Одна из наиболее продвинутых моделей, отличающаяся высокой производительностью и точностью измерений. Рабочий диапазон частот составляет от 1 Гц до 10 МГц, пропускная способность в режиме реального времени достигает 25 МГц, опционально 40 МГц. Настольный прибор предлагается в компактном моноблочном корпусе и оснащен удобным десятидюймовым емкостным сенсорным экраном.

Технология Ultra-Real объединяет полноценный свипирующий анализатор спектра и анализатор спектра в реальном времени. В режиме реального времени Rigol RSA5032 позволяет измерять спектр во временной области с полосой обзора до 40 МГц и гарантированным захватом сигналов с минимальной длительностью 7,45 мкс.

Анализатор спектра Rigol RSA5032 можно приобрести за 967 779 рублей.

Анализатор спектра в реальном времени Rigol RSA3030E

Rigol RSA3030E — комбинированный, производительный прибор среднего ценового сегмента с четырьмя режимами работы, включая стандартные GPSA (спектральный анализ) и RTSA (спектральный анализ в реальном времени), а также опциональные EMI (измерение электромагнитных помех) и VSA (векторный анализ). Возможность спектрального анализа в режиме реального времени помогает бороться с пропусками сигналов из-за медленной развертки. Технология Ultra-Real обеспечивает гарантированный захват сигналов с полосой анализа 10 МГц и скоростью обработки до 146484 преобразований в секунду.

Оборудование предлагает различные режимы запуска, в том числе по частотной маске (FMT),

сложные режимы отображения, низкие уровни собственных и фазовых шумов, высокое разрешение по частоте, большое количество измерительных функций, встроенные фильтры ЭМС (-6 дБ) и опциональный квазипиковый детектор. Данные отображаются на 10,1-дюймовом сенсорном экране с поддержкой жестов.

Спектроанализаторы Rigol RSA3030E доступны в нашем магазине за 491 060 рублей

Анализатор спектра со следящим генератором Owon XSA815-TG

Многофункциональный цифровой спектроанализатор Owon XSA815-TG — одна из наиболее доступных моделей профессионального класса, подходящая для аудиоинженеров, радиолюбителей и других специалистов с необходимостью точного анализа и тестирования устройств в широком диапазоне частот.

Owon XSA815 имеет диапазон частот от 9 кГц до 1,5 ГГц c разрешением по частоте от 1 Гц до 1 МГц. Уровень фазовых шумов составляет -80 дБн/Гц при частоте 10 кГц и -115 дБн/Гц на частоте 1 МГц. Общая точность амплитуды составляет менее 0,7 дБ. Прибор также оснащен функцией следящего генератора в диапазоне от 100 кГц до 1,5 ГГц.

Анализаторы спектра Owon XSA815-TG предлагаются за 100 460 рублей

Портативный анализатор спектра Owon HSA1036-TG

Owon HSA1036-TG — представитель портативного сегмента с широким выбором опций. Диапазон частот составляет от 9 кГц до 3,6 ГГц с разрешением по частоте 1 Гц. Прибор позволяет измерять слабые сигналы с уровнем от -160 дБм. Анализатор оснащен удобным восьмидюймовым сенсорным экраном с широкими углами обзора и автоматически регулируемой яркостью с помощью датчика освещенности. 

.

Богатый выбор аналитических и вычислительных функций позволяет проводить исследования входного электромагнитного сигнала в полевых условиях. Встроенный генератор слежения может формировать выходной сигнал в полосе частот от 100 кГц до 3,6 ГГц. Прибор поддерживает маркерные измерения, упрощающие анализ сигналов, а уровень собственных шумов не превышает -158 дБм, обеспечивая высокую чувствительность. Анализатор поддерживает сохранение до трех спектрограмм с выполнением математических операций.

Портативный анализатор Owon HSA1036-TG можно приобрести за 319 090 рублей

Портативный анализатор спектра со следящим генератором Hantek HSA2016B

Hantek HSA2016B — портативный анализатор с хорошей ценовой доступностью, учитывая развитый функционал. Компактные габариты, небольшой вес, удобная цифровая клавиатура, 5,7-дюймовый цветной ЖК-дисплей с высоким разрешением и различные интерфейсы удаленной связи облегчают работу в полевых условиях. Прибор также хорошо подойдет начинающим пользователям. Анализаторы Hantek HSA2016B широко используются в образовании, исследовательских и конструкторских работах, промышленном производстве.

Диапазон частот от 9 кГц до 1,6 ГГц позволяет использовать анализатор в разных сценариях, включая анализ акустики, радиочастот и смежных областей. Высокая частотная стабильность гарантирует точные измерения даже при изменяющихся условиях. Следящий генератор и встроенные алгоритмы обработки сигналов расширяют возможности анализатора и повышают гибкость экспериментов и исследований.

Портативные спектроанализаторы Hantek HSA2016B доступны за 208 680 рублей.

Остались вопросы? Свяжитесь с нами любым удобным способом, и специалисты 3Dtool будут рады предоставить подробную консультацию.

Приобрести 3D-оборудование, задать свой вопрос, или сделать предложение, вы можете, связавшись с нами:

• По телефону: 8(800)775-86-69

• Электронной почте:Sales@3dtool.ru

• Или на нашем сайте: 3dtool.ru

Так же мы выкладываем наши материалы в Telegram канале, на Dzen и в нашей группе ВКонтакте