Измерительное и испытательное оборудование для лабораторий, производства, телекоммуникаций

Анализатор спектра

analizator spectra.jpgАнализатор спектра (АС) – это прибор, функциями которого являются наблюдение и измерение относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в частотной полосе.

Классификация

Анализаторы спектра классифицируются по следующим параметрам:

  • диапазон частот: по этому параметру анализаторы спектра бывают низкочастотными, радиодиапазона (широкополосными), а также оптическими (оптического диапазона);
  • принцип действия: по нему выделяют анализаторы спектра последовательного типа (сканирующие) и параллельного типа (многоканальные);
  • способ обработки информации и представления результатов: по данному параметру различают аналоговые и цифровые анализаторы спектра;
  • характер анализа: выделяет скалярные АС (они дают информацию лишь об амплитудах гармонических составляющих спектра) и векторные АС (дополнительно дают информацию и о фазовых соотношениях).

Перед тем, как подробнее характеризовать по отдельности некоторые из позиций вышеприведенной классификации, рассмотрим основные свойства анализа в целом.

Основные свойства анализа

analiz.jpg

Благодаря анализатору спектра определяются амплитуда и частота спектральных компонент, которые входят в состав анализируемого процесса.

Одна из важнейших характеристик анализатора спектра – его разрешающая способность. Под разрешающей способностью в данном случае понимается наименьший частотный интервал между двумя спектральными линиями, еще разделяемыми анализатором спектра.

При этом необходимо отметить, что истинное значение спектра с помощью анализатора можно получить лишь при периодичном анализируемом колебании либо при существовании данного колебания только в пределах интервала.

Если анализируются длительности процессов, то прибор дает уже не истинное значение, а только его оценку, которая при этом зависит как от времени включения анализатора спектра, так и от времени проведения анализа. В связи с тем, что во времени в общем случае возможно изменение спектра колебания, то и оценка дает так называемый текущий спектр.

Низкочастотные АС

Такие АС бывают как параллельного (наиболее часто), так и последовательного типа. Уже судя из названия, для данных анализаторов предусмотрена своя полоса рабочих частот: от нескольких герц до сотен килогерц.

В акустике такие анализаторы спектра применяются, к примеру, с целью исследовать характеристики шума, во время разработки аудиоаппаратуры и т.д.

Анализаторы, с помощью которых контролируют качество питающей электрической сети, носят название также анализаторов гармоник.

Радиочастотные АС

В большинстве своем такие анализаторы являются широкополосными: с их помощью возможна работа в широкой полосе частот – от нескольких килогерц до сотен гигагерц. И, как правило, это последовательного типа АС.

С помощью таких приборов анализируют свойства радиосигналов, исследуют характеристики радиоустройств и т.п.

Оптические АС

MU909020A.jpgДанные анализаторы спектра строятся на основе дифракционной решетки, интерферометров Майкельсона, Фабри-Перо и иных интерференционных схем. Высокотехнологичными и при этом наиболее доступными, а потому распространенными являются анализаторы оптического спектра на основе дифракционной решетки. И лишь когда разрешающей способности таких приборов недостаточно, прибегают к более дорогим интерферометрическим методам.

Стоит отметить, что бурное развитие телекоммуникационной сферы, в том числе волоконно-оптических технологий, определяет большую востребованность и значимость оптических анализаторов спектра.

Анализаторы последовательного и параллельного типа

Анализаторы последовательного типа. Наиболее распространены при исследовании радиосигналов. В основе принципа действия – сканирование частотной полосы с помощью перестраиваемого гетеродина. Происходит последовательное перенесение составляющих спектра на промежуточную частоту. Перестройка частоты гетеродина эквивалентна перемещению спектра исследуемого сигнала. Селективным усилителем промежуточной частоты последовательно выделяются составляющие спектра. А уже с помощью синхронной развертки осциллографического индикатора происходит последовательное воспроизведение откликов каждой спектральной составляющей на экране прибора.

Анализаторы параллельного типа. По сравнению с последовательными, характеризуются более высокой скоростью анализа, однако при этом в простоте им уступают.

В состав анализатора параллельного типа входит набор идентичных узкополосных фильтров, каждый из которых настроен на определенную частоту. Во время одновременного воздействия анализируемого сигнала на все эти фильтры каждый из них производит выделение соответствующей его настройке составляющей спектра.

Цифровые анализаторы

Построены такие анализаторы могут быть двумя способами.

1. Для первого случая мы имеем обычный анализатор спектра последовательного типа. То есть после сканирования частотной полосы с помощью гетеродина полученная измерительная информация благодаря АЦП оцифровывается, а следом происходит ее обработка цифровым методом.

2. Второй случай подразумевает реализацию цифрового эквивалента параллельного типа в виде анализатора, вычисляющего спектр по алгоритмам быстрого преобразования Фурье (БПФ-анализатор).

Преимущества БПФ-анализатора:

  • более высокое разрешение и скорость работы;
  • возможность анализировать импульсные и однократные сигналы;
  • способность вычисления не только амплитудных, но и фазовых спектров;
  • способность одновременного представления сигналов во временной и частотной областях.

К недостаткам цифровых параллельных БПФ-анализаторов относятся относительно низкие рабочие частоты, что связано с ограниченными возможностями АЦП.


Автор: , «ПРОФКОН»