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02 Dezember, 2022 1813 Gesehen Autor: Raza Rabbani

Was ist ein Spektrumanalysator und erklären Sie seine Anwendungen

In seiner grundlegendsten Form a Spektrumanalysator ist ein Testwerkzeug, das eine Vielzahl von Schaltungs- oder Systemeigenschaften im Hochfrequenzbereich bewertet. Standardprüfgeräte würden die Größe durch Berechnung ihrer Amplitude über einen bestimmten Zeitraum bewerten. Es wird auch ein genannt Frequenzanalysator.
Voltmeter verwenden beispielsweise den Zeitbereich, um die Spannungsamplitude zu messen. Wir können also für Wechselspannung eine sinusförmige Kurve und für Gleichspannung eine gerade Linie erwarten. Auf der anderen Seite würden Spektrumanalysatoren den Betrag auswerten, indem sie seine Amplitude gegen seine Frequenz auftragen.
In diesem Signal gibt die vertikale Achse die Amplitude an, daher ist dies ein Diagramm. Die horizontale Achse in einer Frequenzbereichsdarstellung zeigt die Frequenz.
Dank der vielen verfügbaren Modellkonfigurationen kann es für verschiedene Zwecke in der Instrumentierung und Messung verwendet werden. Die Abmessungen, Gewichte und andere Merkmale variieren je nach Anwendung. Ultrahochfrequenzanwendungen des Gadgets sind jetzt Gegenstand der Untersuchung.
Es kann mit einem Computer verbunden werden, um Messwerte in einem digitalen System zu speichern.

Funktionsprinzip des Spektrumanalysators
Die grundlegende Funktion eines Spektrumanalysators besteht darin, den spektralen Inhalt des Signals zu quantifizieren, der in das Gerät eingegeben wird. EIN Spektrumanalysator würde den Frequenzbereich verwenden, um den Inhalt des Ausgangsspektrums des Filters zu messen, wenn wir den Ausgang eines Tiefpassfilters analysieren würden.
Es würde auch den Hintergrundgeräuschpegel überwachen und diese Daten während dieses Vorgangs an den CRO liefern.
Im Wesentlichen erzeugt der Spektrumanalysator einen vertikalen und horizontalen Sweep auf dem Kathodenstrahloszilloskop, den er verwenden kann, um seinen Betrieb zu klassifizieren. Wenn ein Signal gemessen wird, wissen wir, dass die horizontale Achse der Frequenz und die vertikale Achse der Amplitude entspricht.
Der Eingangsdämpfer wird verwendet, um den Hochfrequenzpegel des Signals zu dämpfen, um den horizontalen Sweep des gemessenen Signals zu erzeugen. Der Attenuator-Ausgang wird in einen Tiefpassfilter geleitet, um das Signal zu glätten. Anschließend wird das Signal in einen Verstärker geleitet, der seine Stärke auf das gewünschte Niveau verstärkt.
Es wird an diesem Punkt mit dem Ausgang des frequenzabgestimmten Oszillators kombiniert. Um eine Wellenform mit periodischem Wechsel zu erzeugen, wird der Oszillator verwendet.
Nachdem es verstärkt und mit dem Oszillator kombiniert wurde, wird das Signal an den Horizontaldetektor gesendet, der es in den Frequenzbereich transformiert. Das Spektrumanalysator liefert eine Frequenzbereichsdarstellung der spektralen Größe des Signals.
Die Amplitude ist für das vertikale Wobbeln wesentlich. Das Signal wird in den spannungsabgestimmten Oszillator gesendet, der seine Amplitude zurückgibt. Die Hochfrequenzabstimmung des spannungsabgestimmten Oszillators. Oszillatorschaltungen sind typischerweise unter Verwendung einer Reihe von Widerständen und Kondensatoren aufgebaut. Es heißt RC-Oszillator oder kurz RC.
Das Signal erfährt auf Oszillatorebene eine vollständige 180-Grad-Phasenverschiebung. Um diese Phasenverschiebung zu erreichen, werden mehrstufige RC-Schaltungen verwendet. Der Standard ist dreistufig.
In bestimmten Fällen werden auch Transformatoren verwendet, um die Aufgabe der Phasenverschiebung zu erfüllen. Typischerweise wird ein Rampengenerator auch verwendet, um die Oszillatorfrequenz zu regeln. In bestimmten Fällen ist ein Impulsbreitenmodulator mit dem Rampengenerator gekoppelt, um eine Impulsrampe zu erzeugen.
Die vertikale Wobbelschaltung empfängt den Ausgang des Oszillators, der dem Kathodenstrahloszilloskop seine Amplitude gibt.

Spektrumanalysator

Abbildung: Spektrumanalysator

Warum einen Spektrumanalysator verwenden?
Das Verständnis des kurz- und langfristigen Verhaltens von Frequenz-, Amplituden- und Modulationsparametern ist angesichts der Schwierigkeit, den Betrieb moderner HF-Geräte zu beschreiben, von entscheidender Bedeutung.
Typische Instrumente wie Swept-Spektrum-Analysatoren (SA) und Vektorsignalanalysatoren (VSA) erfassen Signale entweder im Frequenz- oder im Modulationsbereich. In vielen Fällen reicht dies nicht aus, um die sich ständig ändernde Natur der heutigen HF-Übertragungen angemessen zu charakterisieren.
Transiente und dynamische HF-Signale stellen einzigartige Probleme dar, und es wurde die Real-Time Spectrum Analyzer (RTSA)-Architektur entwickelt, um die Messbeschränkungen von SA und VSA zu überwinden. Digitale Signalverarbeitung (DSP) in Echtzeit wird verwendet, um Signale in Echtzeit zu analysieren Spectrum Analyzer bevor sie im Speicher abgelegt werden.
Aufgrund der Geschwindigkeit, mit der die Echtzeitverarbeitung erfolgt, können Benutzer Ereignisse sehen, die andernfalls von herkömmlichen Systemen unbemerkt bleiben würden, und selektiv Trigger auslösen, um diese Ereignisse im Speicher zu speichern. Die im Speicher abgelegten Daten können über viele verschiedene Felder hinweg durch Stapelverarbeitung umfassend ausgewertet werden.
LISUN hat perfekte Spektrumanalysatoren zum Testen.

Bedarf an Analysatoren
Das Signal in einem drahtlosen Kommunikationssystem wird bekanntlich von einem Ende zum anderen gesendet. Einfach ausgedrückt ist dieses Signal die Nachricht, die es an die Empfängerseite senden muss, damit eine Kommunikation stattfinden kann.
Die Qualität des Signals verschlechtert sich jedoch während der Übertragung. Die Signalstärke hat hauptsächlich aufgrund von Rauschen sowohl im Sende- als auch im Empfängerkanal abgenommen. Als Ergebnis können wir schlussfolgern, dass Rauschen die Signalstärke reduziert.
Rauschen im Signal reduziert seine Übertragungsreichweite und die Genauigkeit des Empfängers. Aus diesem Grund ist der Endwert nicht stabil, sondern schwankt.
Es kann sowohl interne als auch externe Rauschquellen in eine Übertragung einbringen. Dementsprechend können wir Lärm in zwei Kategorien einteilen: intern und extern.
Die Übertragung zwischen den Antennen führt Rauschen ein, das unter Verwendung von Analysatoren oder Spektrumanalysatoren quantitativ gemessen werden kann.

Haupttypen von Spektrumanalysatoren
Es gibt im Allgemeinen drei verschiedene Arten von Spektrumanalysatoren, basierend auf ihrem Design. Konsequenterweise werden diese drei Typen verwendet:

Swept-Spektrum-Analysatoren (SA)
Die Standard-Spektrumanalysemethode verwendet einen gewobbelten Superheterodyn-Aufbau, der optimal ist, um kalibrierte, konstante Signale im Auge zu behalten. Die Abwärtswandlung des interessierenden Signals ermöglicht es dem SA, die Leistung gegenüber der Frequenz zu messen, indem er das Durchlassband des Auflösungsbandbreitenfilters (RBW) durchläuft.
Die Amplitude einer Frequenz innerhalb des ausgewählten Bereichs wird von einem Detektor gemessen, nachdem sie das RBW-Filter passiert hat.
Dieses Verfahren hat das Potenzial, einen großen Dynamikbereich bereitzustellen, ist jedoch insofern begrenzt, als es nur Amplitudendaten für jeweils einen einzigen Frequenzpunkt berechnen kann. Um zuverlässige Befunde zu gewährleisten, sollte sich die Prüfung auf zeitlich relativ stabile Eingangssignale beschränken.

Vektorsignalanalysatoren (VSA)
Vektormessungen erhalten Betrags- und Phaseninformationen, während digital modulierte Signale untersucht werden. Der VSA digitalisiert und speichert die HF-Leistungswellenform, die von einer beliebigen Quelle innerhalb des Durchlassbereichs des Instruments erzeugt wird.
Für Demodulation, Messungen und Anzeigeverarbeitung kann die digitale Signalverarbeitung (DSP) die Amplituden- und Phaseninformationen verwenden, die der Wellenform im Speicher zugeordnet sind.
Obwohl es jetzt Wellenformen im Speicher speichern kann, ist der VSA immer noch nicht in der Lage, eine umfassende Bewertung von transienten Ereignissen zu liefern. Da die meisten Instrumente in einem Batch-Verarbeitungsmodus arbeiten, sind sie für Ereignisse zwischen Erfassungen blind.
Aufgrund der Schwierigkeit, ungewöhnliche oder seltene Vorkommnisse zuverlässig zu erkennen, ist häufig eine externe Triggerung erforderlich; dies wiederum könnte ein unangemessenes Maß an Vorwissen über die Ereignisse selbst erfordern.
In ähnlicher Weise kämpft der VSA mit schwachen Signalen in Gegenwart größerer und mit Signalen, die sich in der Frequenz, aber nicht in der Amplitude ändern.

Echtzeit-Spektrumanalysatoren (RSA)
Im Gegensatz zu der für den VSA typischen Nacherfassungsverarbeitung führt der RSA vor der Speicherung eine Signalanalyse unter Verwendung einer digitalen Signalverarbeitung (DSP) in Echtzeit durch.
Die Verarbeitung von Daten in Echtzeit ermöglicht es dem Benutzer, Vorkommnisse zu erkennen und darauf zu reagieren, die ansonsten von alternativen Designs unbemerkt bleiben würden, wodurch die relevanten Daten selektiv für die spätere Verwendung erfasst werden. Die im Speicher gespeicherten Daten können dann durch Stapelverarbeitung einer eingehenden, domänenübergreifenden Analyse unterzogen werden.
Signalkonditionierung, Kalibrierung und andere Formen der Analyse werden ebenfalls mit Hilfe der Echtzeit-DSP-Engine durchgeführt.

Was messen Spektrumanalysatoren?
Die Amplitude eines Signals bei verschiedenen Frequenzen kann auf a gesehen werden Spektrumanalysator. Es ermöglicht zu testen, ob Signale innerhalb akzeptabler Bereiche liegen. Es zeigt Artefakte wie Rauschen, komplizierte Wellenformen, seltene Vorkommnisse und fehlerhafte Signale.
Transiente Signale können mit Spektrumanalysatoren untersucht werden, ebenso wie Burst Broadcasts, Glitches und das Phänomen, dass stärkere Signale schwächere überdecken.
Das Frequenzspektrum zeitvariabler moderner HF- und Audiosignale wird häufig mit solchen Tools analysiert. Sie zeigen die Bestandteile des Signals und wie gut die Schaltung dahinter funktioniert. Unternehmen nutzen sie auch, um zu beurteilen, ob ihre Wi-Fi-Netzwerke und Wireless-Router von Änderungen der Interferenzreduzierung profitieren könnten.

Anwendungen des Analysators
Signale mit anderen Frequenzen als der Kommunikationsfrequenz werden als vertikale Linien auf dem Display eines Spektrumanalysators (Pips) angezeigt. Aus diesem Grund kann es sie verwenden, um zu prüfen, ob ein drahtloser Sender innerhalb seines zugewiesenen Frequenzbereichs und ohne Interferenz mit anderen Bändern gemäß den von der Regierung festgelegten Reinheitsanforderungen für Emissionen arbeitet.
Spektrumanalysatoren haben mehrere Anwendungen in der Elektronikindustrie, einschließlich, aber nicht beschränkt auf HF-Design und -Test, elektronisches Schaltungsdesign, elektronische Fertigung und elektronische Wartung.
Neben seiner primären Testfunktion ist der Messbereich eines Spektrumanalysators ziemlich breit. Jeder dieser Messwerte wird mit einer Radiofrequenz erfasst. Dies sind einige der am häufigsten gemessenen Größen bei der Verwendung eines Spektrumanalysators.

Signalpegel– Man kann a verwenden Spektrumanalysator um die Amplitude des Signals im Frequenzbereich zu bestimmen.
Phasenrauschen – Es kann Phasenrauschen leicht erkennen, indem es den spektralen Inhalt misst und die Messungen im Frequenzbereich durchführt. Der Ausgang des Kathodenstrahloszilloskops zeigt als Ergebnis Wellen.
Harmonische Verzerrung – Dies ist eine entscheidende Frage vor der Bewertung der Signalstärke. Die totale harmonische Verzerrung (THD) wird verwendet, um die Signalstärke zu beurteilen. Das Signal muss vor Schwankungen geschützt werden. Das Erreichen eines geringen Grads an harmonischer Verzerrung ist auch entscheidend, um Energieverschwendung und Geldverluste zu vermeiden.
Intermodulationsverzerrung– Beim Modulieren des Signals werden Verzerrungen mit mittlerem Pegel eingeführt, je nachdem, ob das Signal mit einer hohen oder niedrigen Frequenz moduliert wird. Um ein verarbeitetes Signal zu erhalten, muss diese Verzerrung beseitigt werden.
Dazu wird die Intermodulationsverzerrung mit einem Spektrumanalysator gemessen. Die Verarbeitung des Signals kann beginnen, sobald es von einer externen Schaltung bereinigt wurde.
Falsche Signale– Diese potenziell schädlichen Signale müssen identifiziert und blockiert werden. Es gibt kein direktes Verfahren zum Messen dieser Signale. Bis sie quantifiziert werden, bleiben sie ein unerforschtes Signal.
Signalfrequenz– Dies muss er ebenfalls berücksichtigen. Es ist entscheidend, den Frequenzinhalt jedes Signals zu messen, da das Frequenzspektrum aufgrund unserer Verwendung des Analysators auf Hochfrequenzebene so breit ist. Um dieses Spektrum zu untersuchen, ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich.
Spektrale Masken – Bei der Untersuchung von Spektralmasken sind auch Spektrumanalysatoren hilfreich.

Andere Anwendungen des Spektrumanalysators

  1. Spektrumanalysatoren werden häufig in HF-Design- und Testeinrichtungen in Elektronikforschungseinrichtungen eingesetzt. In diesen Situationen können sie eine Perspektive eines Signals bieten, wie es kein anderes Testgerät kann.
    Dies gibt Aufschluss darüber, wie die Hochfrequenzkomponenten der Schaltung funktionieren. Das Spektrumanalysator hat eine Vielzahl von Anwendungen.
  1. Wie breit oder schmal ein moduliertes Signal ist und ähnliche Überlegungen. Eine zu große Breite könnte zu Problemen für diejenigen führen, die Wasserstraßen in der Nähe benutzen.
  2. Das Ziel besteht darin, herauszufinden, ob irgendwelche fremden oder falschen Signale vorhanden sind. Diese Signale können Benutzer auf anderen Frequenzen stören, wenn Signale gesendet werden.
  3. Stellen Sie fest, ob ein Signal im richtigen Frequenzbereich liegt.
  4. Die umfassenderen Aspekte eines Signals müssen betrachtet werden. Die Untersuchung eines Signals reicht oft aus, um die Ursache eines Problems zu identifizieren. Ein Spektrumanalysator kann das „Auge“ des Ermittlers sein, wenn er mit Hochfrequenzsignalen (RF) umgeht.
  5. Obwohl Leistungsmesser häufiger verwendet werden, können Spektrumanalysatoren in bestimmten Situationen nützlich sein.
  6. Spektrumanalysatoren können in bestimmten Situationen die Frequenz messen, während Frequenzzähler in anderen besser geeignet sind.
  7. Es kann das Phasenrauschen eines Signals mit a auswerten Spektrumanalysator. Dazu muss das Lagerauschen des lokalen Oszillators des Spektrumanalysators mindestens 10 dB niedriger sein als das des getesteten Oszillators.
    Wenn das Phasenrauschen des lokalen Oszillators des Spektrumanalysators vernachlässigbar ist, gehört diese Testausrüstung zu den genauesten Techniken, um das Phänomen zu quantifizieren.
  1. Sie können diese Tools auch verwenden, um die Rauschzahl eines Objekts zu bestimmen. Das Testverfahren besteht aus mehreren Schritten, kann jedoch mit geringen Schwierigkeiten abgeschlossen werden.
  2. Elektromagnetische Interferenz und elektromagnetische Verträglichkeitstests (EMI & EMI) verwenden häufig Spektrumanalysatoren. Sie können den Analysator verwenden, um die genaue Frequenz und Art des Signals einzugrenzen, die Ihnen Probleme bereiten.

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