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Cos'è l'analizzatore di spettro
Un analizzatore di spettro è uno strumento per analizzare la struttura dello spettro dei segnali elettrici. Usandolo vengono misurate la distorsione del segnale, la modulazione, la purezza spettrale, la stabilità della frequenza e la distorsione di intermodulazione. Alcuni sistemi di circuiti, come amplificatori e filtri, possono essere misurati utilizzandolo. Un contatore è uno strumento di misurazione elettrica che può essere utilizzato per vari scopi. È noto anche come oscilloscopio nel dominio della frequenza, oscilloscopio di tracciamento, oscilloscopio di analisi, analizzatore di armoniche, analizzatore di caratteristiche di frequenza o analizzatore di Fourier, tra gli altri nomi.
La funzione principale dell'analizzatore di spettro è determinare il contenuto dello spettro del segnale in ingresso. L'analizzatore di spettro. ad esempio, misureremo il contenuto spettrale del filtro di uscita nel dominio della frequenza se desideriamo misurare l'uscita di un filtro.
Il lavoro di un analizzatore di spettro è essenzialmente quello di generare scansioni verticali e orizzontali su un oscilloscopio a raggi catodici. La scansione orizzontale del segnale in prova sarà proporzionale alla sua frequenza, mentre la scansione verticale sarà proporzionale alla sua ampiezza, come sappiamo.
Il segnale a livello di radiofrequenza viene immesso nell'attenuatore di ingresso, che attenua il segnale a livello di radiofrequenza per fornire una scansione orizzontale del segnale in prova. Per ridurre eventuali componenti di ondulazione nel segnale, l'uscita dell'attenuatore viene indirizzata a un filtro passa-basso, quindi viene fornita a un amplificatore, che aumenta l'ampiezza del segnale a un livello specificato.
Viene inoltre combinato con l'uscita di un oscillatore regolato su una frequenza specifica durante la procedura. L'oscillatore aiuta nella generazione della natura alternata della forma d'onda di feedback. Il segnale viene inviato al rilevatore di livello, che traduce il segnale nel dominio della frequenza dopo che è stato combinato con l'oscillatore e amplificato. La quantità di spettro in un segnale è espressa nel dominio della frequenza in un analizzatore di spettro,
Per la scansione verticale è necessaria l'ampiezza. Per ottenere l'ampiezza, il segnale viene passato a un oscillatore sintonizzato in tensione. A livello di radiofrequenza, l'oscillatore sintonizzato in tensione è sintonizzato. Un circuito oscillatore è tipicamente costruito utilizzando un mix di resistori e condensatori. Viene chiamato un oscillatore RC. Il segnale viene alterato di fase di 360 gradi a livello dell'oscillatore. Per ottenere questo sfasamento vengono impiegati circuiti RC di vari livelli. Di solito abbiamo tre livelli.
Per lo sfasamento, talvolta vengono utilizzati trasformatori. Nella maggior parte dei casi è possibile utilizzare anche un generatore di rampa per regolare la frequenza dell'oscillatore. Per acquisire la rampa dell'impulso, il generatore di rampa è talvolta accoppiato ad un modulatore di larghezza di impulso. L'uscita dell'oscillatore viene instradata nel circuito di scansione verticale. Su un oscilloscopio a raggi catodici, fornisce l'ampiezza.
Il ruolo principale del sistema di analisi dello spettro è visualizzare le proprietà dello spettro nel dominio della frequenza del segnale in ingresso. Gli analizzatori di spettro in tempo reale e gli analizzatori di spettro sintonizzati sono i due tipi più comuni di analizzatori di spettro, a seconda dei metodi di elaborazione del segnale utilizzati. L'analizzatore di frequenza in tempo reale ha le stesse funzioni dell'analizzatore di frequenza in tempo reale. Visualizza l'ampiezza del segnale nel dominio della frequenza in tempo reale. La sua idea di base è che segnali di frequenza diversi abbiano filtri e rilevatori corrispondenti e che i segnali vengano successivamente trasferiti a dispositivi CRT o display a cristalli liquidi tramite uno scanner multiplex sincronizzato. Ha il vantaggio di poter illustrare la reazione istantanea delle onde casuali periodiche.
Dove possiamo usare l'analizzatore di spettro
Misura del guadagno dell'amplificatore, della risposta in frequenza e delle caratteristiche dei componenti passivi
Nella televisione via cavo o nei sistemi di comunicazione vengono impiegati un vasto numero di componenti passivi come amplificatori e prese, connettori e cavi coassiali. Poiché la qualità dei componenti ha un impatto significativo sulle caratteristiche del segnale, il pre-screening aiuta a garantire la qualità del segnale. Le caratteristiche di risposta in frequenza dell'apparecchiatura in prova vengono valutate utilizzando il generatore di tracciamento dell'analizzatore di spettro (DUT). Il plotter (Plotter) può essere utilizzato per ottenere dati testuali dal risultato della misurazione.
Monitoraggio della comunicazione
La comunicazione wireless deve utilizzare l'alta frequenza a causa delle regole di utilizzo dello spettro. L'antenna trasmette e riceve segnali. Utilizzando un analizzatore di spettro e un'antenna, è semplice determinare l'intensità del segnale di trasmissione attuale e la frequenza portante. La frequenza, la quantità e l'ampiezza della sorgente del segnale vengono visualizzate sullo schermo. Se viene utilizzata un'antenna direzionale, è ovvio che i due strumenti di misurazione saranno in grado di determinare l'area della sorgente del segnale.
Misurazione delle informazioni sulle immagini della TV via cavo
La televisione via cavo (CATV) è un progetto che utilizza il cavo per inviare video a casa dell'abbonato (come cavo coassiale o cavo ottico). A causa dei progressi tecnologici, è stato raccomandato di aprire la funzione di trasmissione a microonde o via satellite alle case degli abbonati sotto forma di Spot per ridurre la difficoltà di scavare strade e interrare cavi abbassando allo stesso tempo i prezzi. Il video viene ovviamente inviato da cavi, microonde e satelliti. Ha coesistito per servire il pubblico, offrendo agli spettatori una gamma più ampia di opzioni.
Le reti locali wireless sono diventate onnipresenti nell'ultimo decennio poiché l'informatica è diventata pervasiva in ufficio, a casa e nelle comunicazioni personali. Dalle specifiche originali per il Wi-Fi come standard IEEE 802.11 nella banda di frequenza senza licenza ISM (industriale, scientifica e medica) a 2,4 GHz, il Wi-Fi ha subito più di una mezza dozzina di revisioni e si è evoluto da un canale a 2 Mb/s su più canali con un throughput superiore a 1 Gb/s. Le bande di frequenza ora includono 2,4 GHz, 3,6 GHz, 5 GHz e 60 GHz. Attualmente le varianti più popolari sono 802.11g (2,4 GHz), 802.11n (2,4 e 5 GHz) e 802.11ac (5 GHz).
Testare la trasmissione WLAN con gli standard più recenti può presentare alcune sfide. Sono disponibili implementazioni opzionali per la larghezza di banda del canale, il tipo di modulazione e il numero di flussi spaziali. Un analizzatore di spettro dovrebbe avere una larghezza di banda in tempo reale di 120 MHz per testare un canale WLAN da 80 MHz per misurare i test della maschera di emissione dello spettro del trasmettitore, a meno che non esista un metodo di trigger esterno che consenta il trigger al di fuori della larghezza di banda IF.
Uno strumento di test dovrebbe anche avere specifiche di linearità e rumore sufficientemente buone da consentire la misurazione dell'EVM molto basso richiesto per l'implementazione della modulazione 256QAM, poiché l'EVM del dispositivo dovrebbe essere < -32 dBm per la codifica 256QAM 5/6, uno spettro l'analizzatore dovrebbe essere almeno 10 dB migliore di quello, oppure<-42 dBm in order to accurately measure the signal without contributing distortion. Finally, for testing of multiple spatial streams the test equipment should have up to 8 independent capture channels that are synchronized to permit phase accurate measurements from multiple antennas.
I trasmettitori Wi-Fi possono anche essere caratterizzati mediante test della maschera di emissione di spettro per canali più ampi di 40 MHz, poiché per questo tipo di test non è necessaria un'ampia larghezza di banda in tempo reale, a condizione che sia disponibile un metodo di attivazione sui burst di segnale. L'RSA5100B ha una specifica EVM residua di -49 dBm, che è più che adeguata per testare modulazioni complesse come 256QAM.
Strumenti tipici, come gli analizzatori di spettro swepped (SA) e gli analizzatori di segnali vettoriali (VSA), catturano i segnali nel dominio della frequenza o della modulazione. In molti casi, ciò non è sufficiente per caratterizzare adeguatamente la natura in continua evoluzione delle odierne trasmissioni RF.
I segnali RF transitori e dinamici presentano problemi unici e ha sviluppato l'architettura dell'analizzatore di spettro in tempo reale (RTSA) per superare le restrizioni di misurazione di SA e VSA. L'elaborazione del segnale digitale (DSP) in tempo reale viene utilizzata per analizzare i segnali nell'analizzatore di spettro in tempo reale prima che vengano archiviati in memoria.
A causa della velocità con cui avviene l'elaborazione in tempo reale, gli utenti possono vedere eventi che altrimenti passerebbero inosservati ai sistemi tradizionali e attivare selettivamente trigger per archiviare tali eventi in memoria. I dati archiviati in memoria possono essere valutati in modo approfondito in molti campi diversi utilizzando l'elaborazione batch.
Il segnale in un sistema di comunicazione senza fili viene inviato da un'estremità all'altra, come è noto. Per dirla semplicemente, questo segnale è il messaggio che deve inviare al destinatario affinché la comunicazione abbia luogo.
Tuttavia, la qualità del segnale si deteriora durante la trasmissione. La potenza del segnale è diminuita principalmente a causa del rumore sia nei canali di trasmissione che in quelli di ricezione. Di conseguenza, possiamo concludere che il rumore riduce la potenza del segnale.
Il rumore nel segnale riduce la portata di trasmissione e la precisione del ricevitore. Per questo motivo, il valore finale non è stabile e invece fluttua.
Può introdurre fonti di rumore sia interne che esterne in una trasmissione. Possiamo quindi dividere il rumore in due categorie: interno ed esterno.
La trasmissione tra le antenne introduce rumore che può essere misurato quantitativamente utilizzando analizzatori o analizzatori di spettro.
Tipi di analizzatori di spettro
Esistono generalmente tre tipi distinti di analizzatori di spettro in base al loro design. Coerentemente, vengono utilizzati questi tre tipi:
1. Analizzatori di spettro spazzato (SA)
Il metodo di analisi dello spettro standard utilizza una configurazione supereterodina con sintonizzazione a scansione, ottimale per tenere sotto controllo segnali calibrati e costanti. La conversione del segnale di interesse consente all'SA di misurare la potenza rispetto alla frequenza spazzando la banda passante del filtro RBW (risoluzione della larghezza di banda).
L'ampiezza di una frequenza all'interno dell'intervallo selezionato viene misurata da un rilevatore dopo essere passata attraverso il filtro RBW.
Questo metodo ha il potenziale per fornire un'ampia gamma dinamica, ma è limitato in quanto può calcolare solo i dati di ampiezza per un singolo punto di frequenza alla volta. Per garantire risultati affidabili, i test dovrebbero essere limitati ai segnali di input che sono relativamente stabili nel tempo.
2. Analizzatori di segnali vettoriali (VSA)
Le misurazioni vettoriali ottengono informazioni su ampiezza e fase mentre studiano segnali modulati digitalmente. Il VSA digitalizza e memorizza la forma d'onda della potenza RF generata da qualsiasi sorgente all'interno della banda passante dello strumento.
Per la demodulazione, le misurazioni e l'elaborazione della visualizzazione, l'elaborazione del segnale digitale (DSP) può utilizzare le informazioni sull'ampiezza e sulla fase associate alla forma d'onda in memoria.
Anche se ora può memorizzare le forme d'onda in memoria, il VSA non è ancora in grado di fornire una valutazione completa degli eventi transitori. Poiché la maggior parte degli strumenti opera in modalità di elaborazione batch, non rileva gli eventi tra le acquisizioni.
A causa della difficoltà nel rilevare in modo affidabile eventi non comuni o poco frequenti, è spesso necessario un intervento esterno che, a sua volta, potrebbe richiedere un livello irragionevole di preconoscenza degli eventi stessi.
Allo stesso modo, il VSA lotta con segnali deboli in presenza di segnali più grandi e con segnali che cambiano in frequenza ma non in ampiezza.
3. Analizzatori di spettro in tempo reale (RSA)
A differenza dell'elaborazione post-acquisizione tipica del VSA, l'RSA conduce l'analisi del segnale utilizzando l'elaborazione del segnale digitale in tempo reale (DSP) prima della memorizzazione in memoria.
L'elaborazione dei dati in tempo reale consente all'utente di rilevare e reagire a eventi che altrimenti passerebbero inosservati da progetti alternativi, acquisendo quindi selettivamente i dati rilevanti per un uso successivo. I dati archiviati in memoria possono quindi essere sottoposti ad analisi approfondite tra domini attraverso l'elaborazione batch.
Cosa misurano gli analizzatori di spettro
L'ampiezza di un segnale a varie frequenze può essere vista su un analizzatore di spettro. Permette di verificare se i segnali rientrano negli intervalli accettabili. Mostra artefatti come rumore, forme d'onda complicate, eventi poco frequenti e segnali errati.
I segnali transitori possono essere esaminati utilizzando analizzatori di spettro, così come le trasmissioni burst, i disturbi e il fenomeno dei segnali più forti che nascondono quelli più deboli.
Lo spettro di frequenza dei moderni segnali audio e RF variabili nel tempo viene spesso analizzato utilizzando tali strumenti. Mostrano le parti costitutive del segnale e quanto bene funziona il circuito dietro di esse. Le aziende li utilizzano anche per valutare se le loro reti Wi-Fi e i router wireless possono trarre vantaggio dalle modifiche alla riduzione delle interferenze.
Quando si tratta di utilizzare un analizzatore di spettro, è importante comprendere gli elementi essenziali che compongono questo potente strumento. Ecco alcuni dei componenti chiave che devi conoscere:
Frequenza
La frequenza è uno degli elementi più importanti di un analizzatore di spettro. Rappresenta la gamma di frequenze che l'analizzatore può misurare. La gamma di frequenza può variare a seconda del modello dell'analizzatore, ma la maggior parte può misurare frequenze da pochi kilohertz a diversi gigahertz.
Durata
Lo span si riferisce alla gamma di frequenze visualizzate sullo schermo dell'analizzatore. È importante scegliere l'intervallo appropriato per il segnale che stai analizzando per assicurarti di poter vedere tutte le informazioni rilevanti.
Ampiezza
L'ampiezza è una misura della forza del segnale misurato. Di solito viene visualizzato sull'asse verticale dello schermo dell'analizzatore.
Gamma dinamica
La gamma dinamica è la differenza tra i segnali più forti e più deboli che possono essere misurati dall'analizzatore. Una gamma dinamica più elevata significa che l'analizzatore può misurare i segnali più deboli in modo più accurato.
Controlli
Gli analizzatori di spettro dispongono di una varietà di controlli che consentono di regolare le impostazioni dell'analizzatore. Questi controlli includono elementi come la frequenza centrale, la larghezza di banda della risoluzione e il tempo di scansione.
Larghezza di banda di risoluzione
La larghezza di banda della risoluzione si riferisce all'ampiezza della gamma di frequenza che l'analizzatore misura contemporaneamente. Una larghezza di banda di risoluzione più ristretta può fornire informazioni più dettagliate sul segnale analizzato.
Tempo di spazzata
Il tempo di scansione si riferisce alla quantità di tempo necessaria all'analizzatore per misurare un intervallo di frequenza. Un tempo di scansione più breve può fornire più informazioni in tempo reale sul segnale analizzato.
Tracce
Le tracce sono le linee che rappresentano il segnale misurato sullo schermo dell'analizzatore. La maggior parte degli analizzatori può visualizzare più tracce contemporaneamente, consentendo di confrontare segnali diversi.
Livello di rumore medio visualizzato
Il livello di rumore medio visualizzato è una misura del rumore di fondo dell'analizzatore. Rappresenta il livello di rumore che l'analizzatore rileva quando non è presente alcun segnale.
Calibrazione
La calibrazione è una parte importante dell'utilizzo di un analizzatore di spettro. Garantisce che l'analizzatore misuri accuratamente il segnale analizzato.
Ci sono diversi aspetti che dovrai considerare quando acquisti un analizzatore di spettro; dalla larghezza di banda di risoluzione alle prestazioni del rumore di fase e all'intervallo di ampiezza. Diamo un'occhiata ad alcuni dei principali fattori da tenere a mente al momento dell'acquisto.
Intervallo di frequenze. La gamma di frequenza è un fattore essenziale da considerare perché diversi analizzatori di spettro misurano gamme di frequenze diverse. Ad esempio, alcuni analizzatori di spettro misurano le frequenze audio (20 Hz – 20 kHz), mentre altri misurano le frequenze radio (10 MHz – 10 GHz). Prima di acquistare un analizzatore di spettro, è importante capire quale banda di frequenza è necessario misurare. Una volta che lo sai, puoi restringere la ricerca a un analizzatore di spettro adatto alle tue esigenze.
Larghezza di banda di risoluzione. La larghezza di banda di risoluzione determina l'ampiezza minima di un segnale che un analizzatore di spettro può risolvere, tipicamente espressa in Hertz (Hz).
Una misurazione della larghezza di banda ad alta risoluzione consente letture più dettagliate di segnali stretti, mentre una misurazione della larghezza di banda a bassa risoluzione è più adatta per la lettura di segnali ampi. Quando si sceglie una larghezza di banda di risoluzione, è fondamentale considerare l'applicazione per la quale si utilizzerà l'analizzatore di spettro.
Durata. Lo span si riferisce alla gamma di frequenze che un analizzatore può misurare. Un intervallo più ampio significa che l'analizzatore può misurare una gamma più ampia di frequenze, il che è utile per la risoluzione dei problemi o per la misurazione di segnali con un'ampia gamma di frequenze. Una buona regola pratica è scegliere un analizzatore con un intervallo che sia almeno il doppio della larghezza di banda del segnale che si desidera misurare.
Intervallo di ampiezza. L'intervallo di ampiezza è la differenza tra il segnale più grande e quello più piccolo che un analizzatore di spettro può misurare. Un intervallo di ampiezza più ampio significa che un analizzatore può misurare una gamma più ampia di intensità del segnale. Questo è fondamentale in quanto consente misurazioni accurate di segnali molto deboli o potenti a frequenze diverse.
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