Spektrální analyzátor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 16. října 2019; kontroly vyžadují 5 úprav .

Spektrální analyzátor  - zařízení pro pozorování a měření relativního rozložení energie elektrických (elektromagnetických) kmitů ve frekvenčním pásmu .

Spektrální analyzátory. Obecné informace

Klasifikace spektrálních analyzátorů

Základní vlastnosti analýzy

Spektrální analyzátor umožňuje určit amplitudu a frekvenci spektrálních složek, které tvoří analyzovaný proces. Jeho nejdůležitější charakteristikou je rozlišení: nejmenší frekvenční interval mezi dvěma spektrálními čarami, které jsou ještě odděleny spektrálním analyzátorem. Spektrální analyzátor může poskytnout skutečné spektrum pouze tehdy, když je analyzovaná oscilace periodická nebo existuje pouze v intervalu . Při analýze doby trvání procesů spektrální analyzátor nedává skutečné spektrum

,

a jeho hodnocení:

,

v závislosti na době zapnutí a době analýzy . Protože se spektrum fluktuací může v obecném případě s časem měnit, odhad udává tzv aktuální spektrum.

Nízkofrekvenční a vysokofrekvenční spektrální analyzátory

Nízkofrekvenční analyzátory

LF analyzátory jsou paralelního a sériového typu (častěji paralelní) a jsou navrženy pro provoz ve frekvenčním rozsahu od několika hertzů do desítek nebo stovek kilohertzů. Používají se v akustice , například při studiu hlukových charakteristik, při vývoji a údržbě audio zařízení a pro další účely. Analyzátory používané ke sledování kvality napájení se jinak nazývají harmonické analyzátory .

RF analyzátory

Většina vysokofrekvenčních analyzátorů je širokopásmová, umožňuje vám pracovat v pásmu od několika kilohertzů do několika - stovek gigahertzů, zpravidla se jedná o analyzátory sériového typu. Používají se k analýze vlastností rádiových signálů, ke studiu charakteristik rádiových zařízení.

Nejpodrobnější informace o principech stavby moderních RF analyzátorů a jejich metrologických charakteristikách naleznete v brožurách „Application Note 150 Spectrum Analysis Fundamentals“ od Agilent Technologies a „Spectral Analysis Fundamentals Rauscher“ od Rohde & Schwarz .

Analyzátory sériového typu

Analyzátory sériového typu jsou nejběžnějším typem analyzátorů pro studium rádiových signálů, jejich principem činnosti je skenování frekvenčního pásma pomocí laditelného lokálního oscilátoru . Složky spektra jsou postupně přenášeny na mezifrekvenci . Ladění frekvence lokálního oscilátoru je ekvivalentní pohybu spektra zkoumaného signálu. Selektivní IF postupně vybírá složky spektra a díky synchronnímu rozmítání indikátoru osciloskopu jsou odezvy každé spektrální složky postupně reprodukovány na jeho obrazovce.

Paralelní analyzátory

Analyzátory paralelního typu obsahují sadu identických úzkopásmových filtrů ( high-Q rezonátorů ), z nichž každý je naladěn na určitou frekvenci (v oblasti nízkofrekvenčních měření nemusí mít filtry stejnou absolutní šířku pásma, ale relativní frekvenční interval , například "třetioktávové filtry"). Při současném působení zkoumaného signálu na všechny filtry si každý z nich vybírá složku spektra odpovídající jeho ladění. Paralelní spektrální analyzátor má výhodu oproti sériovému spektrálnímu analyzátoru z hlediska rychlosti analýzy, ale je horší než jeho jednoduchost.

Digitální analyzátory

Digitální analyzátory lze sestavit dvěma způsoby. V prvním případě se jedná o běžný analyzátor sériového typu, ve kterém jsou informace o měření získané skenováním frekvenčního pásma pomocí lokálního oscilátoru digitalizovány pomocí ADC a dále digitálně zpracovávány. Ve druhém případě je implementován digitální ekvivalent paralelního typu ve formě analyzátoru DFT, který vypočítává spektrum pomocí algoritmů diskrétní Fourierovy transformace (DFT) . Oproti sériovým digitálním paralelním DFT analyzátorům mají určité výhody: vyšší rozlišení a rychlost, schopnost analyzovat pulzní a jednotlivé signály. Jsou schopny vypočítat nejen amplitudová, ale i fázová spektra a současně reprezentovat signály v časové a frekvenční oblasti. Bohužel paralelní DFT analyzátory, kvůli omezeným schopnostem analogově-digitálních převodníků (ADC), pracují pouze na relativně nízkých frekvencích.

Společnost Tektronix Corporation vytvořila digitální spektrální analyzátory pracující v reálném čase. Umožňují sledování rychlých změn spektra v reálném čase, které se používají v některých typech moderních komunikačních systémů. Současně, spolu s obvyklými spektry, přístroje umožňují sestavit spektrogramy, což je soubor spekter prezentovaných v různých časových bodech. Přístroje navíc využívají technologii „digitálního fosforu“, která umožňuje zapamatovat si spektra po určitou dobu a vizuálně sledovat jejich změny v čase.

Rohde-Schwarz také vyrábí spektrální analyzátory v reálném čase, které jsou navíc vybaveny spouštěním frekvenční masky (selektivní spouštění). V tomto režimu se spektrální analyzátor spustí a provede měření, pokud spektrum analyzovaného signálu v šířce pásma analýzy paralelního analyzátoru FFT na bázi ADC splňuje specifikované podmínky, například jedna ze spektrálních složek na dané frekvenci překročí nastavit úroveň. Tento režim je užitečný při pozorování spekter signálů v bezdrátové komunikaci, kdy je možné izolovat nosné nebo pilotní signály potřebné pro studium.

Základní normalizované charakteristiky

Optické spektrální analyzátory

Jak to funguje

Optické spektrální analyzátory jsou postaveny na bázi difrakční mřížky , Michelsonových interferometrů , Fabry-Perotových a dalších interferenčních schémat. V současnosti jsou z důvodu vysoké vyrobitelnosti nejrozšířenější analyzátory využívající difrakční mřížku a pouze při nedostatečném rozlišení se používají dražší interferometrické metody měření spektra.

Aplikace

Analýza optického spektra se v souvislosti s rozvojem telekomunikační techniky stává jedním z nejdůležitějších typů měření v moderních optických komunikačních systémech. Potřeba tohoto typu měření je spojena především se sledováním spektra zdrojů optického záření, dále se zjišťováním míry vlivu spektrálních složek na parametry optických prvků a přenos dat po optických komunikačních linkách. Jedním z významných faktorů omezujících šířku pásma vysokorychlostních komunikačních linek se přitom v současnosti stává chromatická disperze optického vlákna, která je dána šířkou spektra zdroje záření a projevuje se nárůstem dobu trvání vysílaného impulsu při jeho šíření optickým vláknem, což také vyžaduje analýzu optického spektra. Kromě toho zavedení optických zesilovačů do komunikačních linek , zejména EDFA ( erbiové zesilovače) a vývoj technologie WDM (multiplexování vlnových délek) v telekomunikacích, určují analýzu optického spektra během instalace a provozu přenosových linek z optických vláken . (FOTL) jako nejaktuálnější typ měření.

Základní normalizované charakteristiky

Literatura a normativní dokumentace

Literatura

Normativní technická dokumentace

Viz také

Odkazy

 Elektrické měřicí přístroje