Ein Spektrum-Analysator misst den Umfang eines Eingangssignals gegen die Frequenz. Der primäre Gebrauch soll die Macht des Spektrums bekannter und unbekannter Signale messen. Das Eingangssignal, das ein Spektrum-Analysator misst, ist jedoch elektrisch, geisterhafte Zusammensetzungen anderer Signale, wie akustische Druck-Wellen und optische leichte Wellen, können durch den Gebrauch eines passenden Wandlers betrachtet werden.

Durch das Analysieren der Spektren von elektrischen Signalen können dominierende Frequenz, Macht, Verzerrung, Obertöne, Bandbreite und andere geisterhafte Bestandteile eines Signals beobachtet werden, die in Zeitabschnitt-Wellenformen nicht leicht feststellbar sind. Diese Rahmen sind in der Charakterisierung von elektronischen Geräten wie Radiosender nützlich.

Die Anzeige eines Spektrum-Analysators hat Frequenz auf der horizontalen Achse und dem auf der vertikalen Achse gezeigten Umfang. Dem zufälligen Beobachter sieht ein Spektrum-Analysator wie ein Oszilloskop und tatsächlich aus, einige Laboratorium-Instrumente können entweder als ein Oszilloskop oder als ein Spektrum-Analysator fungieren.

Typen

Spektrum-Analysator-Typen werden durch die Methoden diktiert, die verwendet sind, um das Spektrum eines Signals zu erhalten. Dort werden - abgestimmt gekehrt, und FFT hat Spektrum-Analysatoren gestützt:

• Ein gekehrter - abgestimmter Spektrum-Analysator verwendet einen superheterodyne Empfänger, um einen Teil des Eingangssignalspektrums unten-umzuwandeln (einen spannungsgesteuerten Oszillator und einen Mixer verwendend), zur Zentrum-Frequenz eines Bandfilters. Mit einer superheterodyne Architektur wird der spannungsgesteuerte Oszillator durch eine Reihe von Frequenzen gekehrt, die Rücksicht der vollen Frequenzreihe des Instrumentes ermöglichend.
• Ein FFT Spektrum-Analysator schätzt den getrennten Fourier verwandelt sich (DFT), ein mathematischer Prozess, der eine Wellenform in die Bestandteile seines Frequenzspektrums vom Eingangssignal umgestaltet.

Einige Spektrum-Analysatoren, wie Echtzeitspektrum-Analysatoren, verwenden eine hybride Technik, wo das eingehende Signal zuerst zu einer niedrigeren Frequenz mit superheterodyne Techniken unten umgewandelt ist und dann Verwenden-Techniken der schnellen fourier Transformation (FFT) analysiert hat.

Form-Faktor

Spektrum-Analysatoren neigen dazu, in drei Form-Faktoren zu fallen: benchtop, tragbar und tragbar.

Benchtop

Dieser Form-Faktor ist für Anwendungen nützlich, wo der Spektrum-Analysator in die AC Macht eingesteckt werden kann, die allgemein in einer Laboratorium-Umgebung oder Gebiet der Produktion/Herstellung bedeutet. Bank-Spitzenspektrum-Analysatoren haben bessere Leistung und Spezifizierungen historisch angeboten als der tragbare oder tragbare Form-Faktor. Bank-Spitzenspektrum-Analysatoren haben normalerweise vielfache Anhänger (mit verbundenen Öffnungen), um durch den Verarbeiter erzeugte Hitze zu zerstreuen. Wegen ihrer Architektur wiegen Bank-Spitzenspektrum-Analysatoren normalerweise mehr als. Einige Bank-Spitzenspektrum-Analysatoren bieten fakultative Batteriesätze an, ihnen erlaubend, weg von der AC Macht verwendet zu werden. Dieser Typ des Analysators wird häufig einen "tragbaren" Spektrum-Analysator genannt.

Tragbar

Dieser Form-Faktor ist für irgendwelche Anwendungen nützlich, wo der Spektrum-Analysator draußen genommen, um Maße zu machen, oder einfach während im Gebrauch getragen werden muss. Attribute, die zu einem nützlichen tragbaren Spektrum-Analysator beitragen, schließen ein:

• Fakultative batterieangetriebene Operation, um dem Benutzer zu erlauben, sich frei draußen zu bewegen.
• Klar zeigen viewable, um dem Schirm zu erlauben, im hellen Sonnenlicht, der Dunkelheit oder den staubigen Bedingungen gelesen zu werden.
• Leichtes Gewicht (gewöhnlich weniger als).

Tragbar

Dieser Form-Faktor ist für jede Anwendung nützlich, wo der Spektrum-Analysator sehr leicht und klein sein muss. Tragbare Analysatoren bieten eine beschränkte Fähigkeit hinsichtlich größerer Systeme an. Attribute, die zu einem nützlichen tragbaren Spektrum-Analysator beitragen, schließen ein:

• Sehr niedriger Macht-Verbrauch.
• Batterieangetriebene Operation während im Feld, um dem Benutzer zu erlauben, sich frei draußen zu bewegen.
• Sehr kleine Größe

Leichtes Gewicht (gewöhnlich weniger als).

Theorie der Operation

Gekehrt - abgestimmt

Wie besprochen, oben in Typen, einem gekehrten - wandelt abgestimmter Spektrum-Analysator einen Teil des Eingangssignalspektrums zur Zentrum-Frequenz eines Bandfilters durch das Fegen des spannungsgesteuerten Oszillators durch eine Reihe von Frequenzen, das Ermöglichen der Rücksicht der vollen Frequenzreihe des Instrumentes unten-um.

Die Bandbreite des Bandfilters diktiert die Entschlossenheitsbandbreite, die mit der minimalen durch das Instrument feststellbaren Bandbreite verbunden ist. Wie demonstriert durch den Zeichentrickfilm nach rechts, je kleiner die Bandbreite, desto geisterhaftere Entschlossenheit. Jedoch gibt es einen Umtausch dazwischen, wie schnell die Anzeige die volle Frequenzspanne unter der Rücksicht und der Frequenzentschlossenheit aktualisieren kann, die wichtig ist, um Frequenzbestandteile zu unterscheiden, die eng miteinander sind. Für einen gekehrten - abgestimmte Architektur ist diese Beziehung für die Kehren-Zeit nützlich:

Wo ST Kehren-Zeit in Sekunden ist, ist k unveränderliche Proportionalität, Spanne ist die Frequenzreihe unter der Rücksicht im Hertz, und RBW ist die Entschlossenheitsbandbreite im Hertz.

Das Fegen verursacht zu schnell jedoch einen Fall im gezeigten Umfang und eine Verschiebung in der gezeigten Frequenz.

Außerdem enthält der Zeichentrickfilm sowohl - als auch unten umgewandelte Spektren, der wegen eines Frequenzmixers ist, der sowohl Summe als auch Unterschied-Frequenzen erzeugt. Der lokale Oszillator feedthrough ist wegen der unvollständigen Isolierung von WENN Signalpfad im Mixer.

Für sehr schwache Signale wird ein Vorverstärker verwendet, obwohl harmonisch und Zwischenmodulationsverzerrung zur Entwicklung von neuen Frequenzbestandteilen führen kann, die im ursprünglichen Signal nicht da gewesen sind.

FFT-basiert

Mit dem gestützten Spektrum-Analysator eines FFT ist die Frequenzentschlossenheit, das Gegenteil der Zeit T, über den die Wellenform gemessen wird und sich Fourier verwandelt hat.

Mit Fourier gestalten Analyse in einem Digitalspektrum-Analysator um, es ist für die Probe das Eingangssignal mit einer ausfallenden Frequenz notwendig, die mindestens zweimal die Bandbreite des Signals wegen der Grenze von Nyquist ist. Ein Fourier verwandelt sich wird dann ein Spektrum erzeugen, das alle Frequenzen von der Null bis enthält. Das kann beträchtliche Anforderungen auf dem erforderlichen Konverter des Analogons-zu-digital legen, und in einer Prozession gehende Macht für den Fourier verwandeln sich, das Machen von FFT hat in der Frequenzreihe beschränkte Spektrum-Analysatoren gestützt.

Hybride superheterodyne-FFT

Seit gestütztem FFT sind Analysatoren nur dazu fähig, schmale Bänder zu denken, eine Technik soll gekehrte und FFT Analyse für die Rücksicht von breiten und schmalen Spannen verbinden. Diese Technik berücksichtigt schnellere Kehren-Zeit.

Diese Methode wird möglich durch den ersten unten das Umwandeln des Signals, dann das Digitalisieren der intermediären Frequenz und das Verwenden superheterdyne oder die FFT Techniken gemacht, um das Spektrum zu erwerben.

Ein Vorteil, die intermediäre Frequenz zu digitalisieren, ist die Fähigkeit, Digitalfilter zu verwenden, die eine Reihe von Vorteilen gegenüber analogen Filtern solcher als in der Nähe von vollkommenen Gestalt-Faktoren und verbesserte Filterstabilisierungszeit haben. Außerdem für die Rücksicht von schmalen Spannen kann der FFT verwendet werden, um Kehren-Zeit zu vergrößern, ohne das gezeigte Spektrum zu verdrehen.

Eine abwechselnde Methode, die keinen hohen lokalen Oszillator (LO) verwendet (der gewöhnlich ein Hochfrequenzsignal in der Nähe vom Signal erzeugt) wird auf der letzten Generation von Analysator wie die Spectran Reihe von Aaronia verwendet. Der Vorteil dieser neuen Methode ist ein sehr niedriger Geräuschpegel in der Nähe von der physischen Thermalgeräuschgrenze von 174 dBm (1 Hz).

Schritthaltender FFT

Die meisten modernen Spektrum-Analysatoren sind jetzt das gestützte Geben des fast exklusiv Hybriden Superheterodyne-FFT einer bedeutenden Verbesserung in der Kehren-Zeit. Jedoch sogar in solchen Fällen gibt es noch Verarbeitungszeit, die zur Probe das Spektrum erforderlich ist, und berechnen Sie den FFT. Deshalb haben beide - abgestimmt gekehrt, und gestützter Analysator von FFT erzeugen "blinde Zeit" das Meinen, dass, während die Berechnung des Spektrums durchgeführt wird, das Instrument Lücke- und Fräulein-Information des RF Spektrums hat, das auf das RF Vorderende wird anwendet.

Ein Echtzeitspektrum-Analysator hat keine solche blinde Zeit. Der Analysator ist zur Probe das eingehende RF Spektrum im Zeitabschnitt fähig, und wandeln Sie die Information zum Frequenzgebiet mit dem FFT-Prozess um. FFT'S wird im parallelen, blocklückenlosen und übergegriffenen bearbeitet, also gibt es keine Lücken im berechneten RF Spektrum und keine Information verpasst wird.

Online schritthaltend und off-line schritthaltend

Gewissermaßen gibt jeder Spektrum-Analysator, der Vektoren hat, Zeichen, dass Fähigkeit von Analysator ein schritthaltender Analysator ist. Es Beispieldaten schnell genug, um Nyquist Abtasttheorem und Läden die Daten im Gedächtnis für die spätere Verarbeitung zu befriedigen. Diese Art des Analysators ist nur für die Datenmenge / Festnahme-Zeit schritthaltend, die es im Gedächtnis versorgen kann und noch Lücken im Spektrum und den Ergebnissen während der Verarbeitungszeit erzeugt.

FFT Überschneidung

In allen Spektrum-Analysatoren wollen wir Information mit kleinster möglicher Verzerrung haben. Der FFT-Prozess wendet Fenstertechnik-Techniken an, um das Produktionsspektrum wegen des Produzierens von weniger Seitenlappen zu verbessern. Die Wirkung der Fenstertechnik kann auch das Niveau eines Signals reduzieren, wo es an der Grenze zwischen einem FFT und dem folgenden gewonnen wird. Aus diesem Grund wird auf den FFT'S in einem Echtzeitspektrum-Analysator übergegriffen. Überschneidung auf Rate ist etwa 80 %. Ein Analysator, der einen 1024 Punkt FFT Prozess verwertet, wird etwa 819 Proben vom vorherigen FFT-Prozess wiederverwenden.

Minimale Signaldetektionszeit

Das ist mit der ausfallenden Rate des Analysators und der FFT Rate verbunden. Es ist auch für den Echtzeitspektrum-Analysator wichtig, gute Niveau-Genauigkeit zu geben.

Beispiel: Für einen Analysator mit 40 MHz der Echtzeitbandbreite (die RF maximale Spanne, die im schritthaltenden bearbeitet werden kann) ungefähr 50Msample/second (Komplex) sind erforderlich. Wenn der Spektrum-Analysator 250,000 FFT/s erzeugt, wird eine FFT Berechnung jeder 4us erzeugt. Für einen 1024 Punkt FFT wird ein volles Spektrum 1024 x (1/50x10^6), ungefähr jeder 20us erzeugt. Das gibt uns auch unsere Übergreifen-Rate von 80 % (20us  4us)/20us = 80 %.

Echtzeitanzeigebeispiele

Fortsetzung

Echtzeitspektrum-Analysatoren sind im Stande, viel mehr Information für Benutzer zu erzeugen, um das Frequenzspektrum ausführlicher zu untersuchen. Ein normaler gekehrter Spektrum-Analysator würde Max-Spitze, Minute-Maximalanzeigen zum Beispiel erzeugen, aber ein Echtzeitspektrum-Analysator ist im Stande sich zu verschwören, alle haben FFT'S im Laufe einer gegebenen Zeitspanne mit dem zusätzlichen Farbencodieren berechnet, das vertritt, wie oft ein Signal erscheint. Zum Beispiel zeigt dieses Image den Unterschied dazwischen, wie ein Spektrum in einer normalen gekehrten Spektrum-Ansicht und dem Verwenden einer "Fortsetzungs"-Ansicht auf einem Echtzeitspektrum-Analysator gezeigt wird.

Verborgene Signale

Echtzeitspektrum-Analysatoren sind im Stande, hinter anderen Signalen verborgene Signale zu sehen. Das ist möglich, weil keine Information verpasst wird und die Anzeige dem Benutzer die Produktion von FFT Berechnungen ist. Hier ist ein Beispiel eines Bluetooth-Signals hinter einem LAN Radiosignal.

Typische Funktionalität

Zentrum-Frequenz und Spanne

In einem typischen Spektrum-Analysator gibt es Optionen, den Anfang zu setzen, und Zentrum-Frequenz anzuhalten. Die Frequenz zwischen dem Halt und Anfang-Frequenzen auf einer Spektrum-Analysator-Anzeige sind als die Zentrum-Frequenz bekannt. Das ist die Frequenz, die in der Mitte der Frequenzachse der Anzeige ist. Spanne gibt die Reihe zwischen dem Anfang und den Halt-Frequenzen an. Diese zwei Rahmen berücksichtigen Anpassung der Anzeige innerhalb der Frequenzreihe des Instrumentes, um Sichtbarkeit des gemessenen Spektrums zu erhöhen.

Entschlossenheitsbandbreite

Wie besprochen, in der Operationsabteilung, dem Entschlossenheitsbandbreite-Filter oder RBW Filter ist das Bandfilter in WENN Pfad. Die Anpassung der Bandbreite dieses Filters berücksichtigt das Urteilsvermögen von Signalen mit nah Frequenzbestandteilen unter Drogeneinfluss, während sie auch den gemessenen Geräuschpegel ändert. Das Verringern der Bandbreite des RBW Filters vermindert den gemessenen Geräuschpegel und umgekehrt. Das ist wegen höher RBW Filter, die mehr Frequenzbestandteile zum Umschlag-Entdecker durchführen als niedrigere Bandbreite RBW Filter, deshalb verursacht ein höherer RBW einen höheren gemessenen Geräuschpegel.

Videobandbreite

Der Videobandbreite-Filter oder VBW Filter sind der Filter des niedrigen Passes direkt nach dem Umschlag-Entdecker. Dieser Filter wird verwendet, um die Anzeige durch das Entfernen des Geräusches vom Umschlag "zu glätten". Ähnlich dem RBW betrifft der VBW die Kehren-Zeit der Anzeige, wenn der VBW weniger ist als der RBW. Wenn VBW weniger ist als RBW, ist diese Beziehung für die Kehren-Zeit nützlich:

Wo ST Kehren-Zeit in Sekunden ist, ist k unveränderliche Proportionalität, Spanne ist die Frequenzreihe unter der Rücksicht im Hertz, RBW ist die Entschlossenheitsbandbreite im Hertz, und VBW ist die Videobandbreite im Hertz.

Entdecker

Mit dem Advent digital basierter Anzeigen verwenden einige moderne Spektrum-Analysatoren Konverter des Analogons-zu-digital am Beispielspektrum-Umfang nach dem VBW Filter. Da Anzeigen eine getrennte Zahl von Punkten haben, ist die gemessene Frequenzspanne auch discretized. Entdecker werden in einem Versuch verwendet, die richtige Signalmacht zum passenden Frequenzpunkt auf der Anzeige entsprechend kartografisch darzustellen. Es gibt in allgemeinen drei Typen von Entdeckern: Probe, Spitze und Durchschnitt

• Beispielentdeckung - Beispielentdeckung verwendet einfach den Mittelpunkt eines gegebenen Zwischenraums als der Anzeigepunkt-Wert. Während diese Methode wirklich zufälliges Geräusch vertritt, so, gewinnt sie alle sinusförmigen Signale nicht immer.
• Maximalentdeckung - Maximalentdeckung verwendet den maximalen gemessenen Punkt innerhalb eines gegebenen Zwischenraums als der Anzeigepunkt-Wert. Das versichert, dass das Maximum sinusoid innerhalb des Zwischenraums gemessen wird; jedoch darf kleinerer sinusoids innerhalb des Zwischenraums nicht gemessen werden. Außerdem gibt Maximalentdeckung keine gute Darstellung des zufälligen Geräusches.
• Durchschnittliche Entdeckung - durchschnittliche Entdeckung verwendet alle Datenpunkte innerhalb des Zwischenraums, um den Anzeigepunkt-Wert zu denken. Das wird durch die Macht (rms) Mittelwertbildung, Stromspannungsmittelwertbildung oder Mittelwertbildung der Klotz-Macht getan.

Gezeigtes durchschnittliches Geräuschniveau

Displayed Average Noise Level (DANL) wird mit Umfang-Spezifizierungen in einem gegebenen elektronischen Signal und dem Geräusch-zu-Geräusch-Verhältnis des Signals direkt vereinigt.

Radiofrequenz-Gebrauch

Spektrum-Analysatoren werden weit verwendet, um die Frequenzantwort, das Geräusch und die Verzerrungseigenschaften aller Arten des Schaltsystemes der Radiofrequenz (RF), durch das Vergleichen des Eingangs und der Produktionsspektren zu messen.

Im Fernmeldewesen werden Spektrum-Analysatoren verwendet, um besetzte Bandbreite und Spur-Störungsquellen zu bestimmen. Zum Beispiel verwenden Zellplaner diese Ausrüstung, um Störungsquellen in den GSM Frequenzbändern und UMTS Frequenzbändern zu bestimmen.

In der EMC-Prüfung wird ein Spektrum-Analysator für die grundlegende Vorgehorsam-Prüfung verwendet; jedoch kann es nicht für die volle Prüfung und das Zertifikat verwendet werden, ein EMI Empfänger wie Rohde & Schwarz ESU EMI Receiver oder Agilent Technologies N9038A MXE EMI wird verwendet.

Ein Spektrum-Analysator wird verwendet, um zu bestimmen, ob ein Radiosender gemäß föderalistisch definierten Standards für die Reinheit von Emissionen arbeitet. Produktionssignale an Frequenzen außer der beabsichtigten Kommunikationsfrequenz erscheinen als vertikale Linien (Kerne) auf der Anzeige. Ein Spektrum-Analysator wird auch verwendet, um, durch die direkte Beobachtung, die Bandbreite eines digitalen oder analogen Signals zu bestimmen.

Eine Spektrum-Analysator-Schnittstelle ist ein Gerät, das zu einem Radioempfänger oder einem Personalcomputer in Verbindung steht, um Sehentdeckung und Analyse von elektromagnetischen Signalen über ein definiertes Band von Frequenzen zu erlauben. Das wird Panoramaempfang genannt, und er wird verwendet, um die Frequenzen von Quellen der Einmischung zur Radionetzwerkanschlussausrüstung, wie Wi-Fi und Radiorouter zu bestimmen.

Spektrum-Analysatoren können auch verwendet werden, um RF-Abschirmung zu bewerten. RF Abschirmung ist von besonderer Wichtigkeit für das Stationieren einer Kernspinresonanz-Bildaufbereitungsmaschine, da RF Streufelder auf Kunsterzeugnisse auf ein HERR-Image hinauslaufen würden.

Tonfrequenz-Gebrauch

Spektrum-Analyse kann an Audiofrequenzen verwendet werden, um die Obertöne eines Audiosignals zu analysieren. Eine typische Anwendung soll die Verzerrung nominell Sinuswelle-Signal messen; eine Sinuswelle "sehr niedrige Verzerrung" ist als der Eingang an die Ausrüstung unter dem Test gewöhnt, und ein Spektrum-Analysator kann die Produktion untersuchen, die Verzerrungsprodukte hinzugefügt haben wird, und die Prozentsatz-Verzerrung an jeder Harmonischen des grundsätzlichen bestimmt. Solche Analysatoren wurden auf einmal als "Welle-Analysatoren" beschrieben. Analyse kann durch einen Mehrzweckdigitalcomputer mit einer gesunden Karte ausgeführt werden, die für die passende Leistung und passende Software ausgewählt ist. Anstatt eine Sinuswelle der niedrigen Verzerrung zu verwenden, kann der Eingang von der Produktion, verdünnt und Phase-korrigiert abgezogen werden, um nur die zusätzliche Verzerrung und das Geräusch zu geben, das analysiert werden kann.

Eine alternative Technik, harmonische Gesamtverformungsmessung, annulliert das grundsätzliche mit einem Kerbe-Filter und misst das restliche Gesamtsignal, das harmonische Gesamtverzerrung plus das Geräusch ist; es gibt das harmonische-durch-harmonisch Detail eines Analysators nicht.

Siehe auch

• Elektrische Maße
• Elektromagnetisches Spektrum
• Das Messen des Empfängers
• Geisterhafte Leckage
• Geisterhafte Musik
• Spectrogram
• Spektrometer

Kommentare

Links

• Grundlagen der modernen geisterhaften Analyse
• Gekehrter Spektrum-Analysator-Tutorenkurs und Grundlagen
• Sri Welaratna, "30 Jahre von FFT Analysatoren", Ton und Vibrieren (Januar 1997, 30. Jahrestag-Problem). Eine historische Rezension von Hardware-Spektrum-Analysator-Geräten.