Анализаторы спектра

Анализатор спектра — устройство, которое используется для измерения уровней мощности и частот гармонических составляющих периодических сигналов, а также стационарных случайных процессов в широком диапазоне частот. Он применяется как в лабораторных условиях, так и на производстве. К сферам применения относятся теле- и радиовещание, телекоммуникации, радиолокация и стандартизированные измерения.

Для расширения возможностей анализатора доступны следующие опции:

• Опция «11Р» позволяет использовать входной соединитель типа N (розетка). Не совместима с опцией «13Н».

• Опция «13Н» позволяет использовать входной соединитель типа NMD 3,5 мм (вилка). Не совместима с опцией «11Р».

• Опция «МУА» — это встроенный отключаемый предусилитель для улучшения чувствительности анализатора.

• Опция «РКА» — это встроенный отключаемый разделительный конденсатор на входе анализатора, который позволяет защитить его входные цепи от постоянного напряжения. Не совместима с опцией «АПА».

• Опция «АПА» — это встроенный адаптер питания на входе анализатора, который позволяет работать с усилителями и конверторами, получающими питание через центральный проводник коаксиального тракта. Не совместима с опцией «РКА».

Эти опции позволяют не только расширить функционал анализатора спектра сигнала, но и обеспечивают лучшую совместимость с другим оборудованием.

Структура и принцип работы анализаторов спектра на примере СК4М-18

Анализатор спектра СК4М-18 является сканирующим анализатором последовательного типа, который построен на основе виртуальных приборов. Он работает вместе с ПК через специализированное программное обеспечение Graphit, позволяющее управлять параметрами измерения и отображать их результаты. Graphit поддерживается ОС Windows.

Связь с ПК устанавливается через интерфейс Ethernet. Упрощенная структурная схема анализатора спектра представлена на рисунке.

Радиоприемный тракт (РПТ) использует супергетеродинную схему с многократным преобразованием частоты для преобразования измеряемого спектра сигнала на промежуточной частоте (70 МГц), фильтрации и регулировки уровня. РПТ обеспечивает избирательность по побочным каналам приёма и широкий динамический диапазон измеряемых сигналов. Он включает в себя входной ступенчатый ВЧ-аттенюатор, набор управляемых усилителей-аттенюаторов и аналоговых полосовых фильтров ПЧ, а также широкополосный перестраиваемый преселектор. Программные алгоритмы позволяют автоматически перераспределять коэффициент передачи в тракте для получения лучшей динамики и минимальных нелинейных искажений.

Блок синтезаторов (БС) представляет собой систему перестраиваемых и фиксированных гетеродинов с низким уровнем фазового шума, применяемых для преобразования частоты в РПТ. Он обеспечивает сканирование анализатора по частоте. Многопетлевая система ФАПЧ в схеме перестраиваемого гетеродина позволяет оптимизировать уровень фазового шума на ближних и дальних отстройках.

Блок опорной частоты (БОЧ) содержит высокостабильный кварцевый генератор, который является источником опорного сигнала для синтезаторов. БОЧ также позволяет синхронизировать сигнал от внешних источников и использовать его в качестве опорного в других устройствах.

Блок цифровой обработки (БЦО) содержит высокоскоростной АЦП для оцифровки сигнала ПЧ, микропроцессор и другие устройства запоминания и обработки данных. Оцифрованный измеряемый сигнал фильтруется для обеспечения частотной избирательности. Для этого в нем реализован набор цифровых фильтров, в том числе с применением алгоритмов быстрого преобразования Фурье. Далее сигнал обрабатывается детектором огибающей и видеофильтром для уменьшения дисперсии шума. Алгоритм обработки видеосигнала задается различными типами детекторов отображения.

Блок управления (БУ) предназначен для передачи сигналов управления различными функциональными узлами в РПТ, БС и БОЧ, а также для приёма и обработки сигналов текущего состояния этих блоков. В БУ формируется сигнал управления генератором шума (+28 В), позволяющий применять анализатор для оценки коэффициента шума и коэффициента передачи различных радиотехнических устройств.

Блок питания (БП) обеспечивает электропитание всех составных частей анализатора спектра.

Блоки БЦО, БС и БУ объединены с помощью обмена между ними специальными командами и данными. Связь с БЦО устанавливается через интерфейс Ethernet. В составе БЦО реализован приёмопередатчик прямоугольных импульсов цифровой синхронизации, который объединяет работу анализатора спектра с другими приборами, например, через их синхронную перестройку по частоте.