Цифровой анализатор спектра GSP-7830 от GW Instek
Анализаторы спектра используют для измерения параметров сигналов в частотной области. Исследуемый сигнал поступает на вход анализатора спектра либо через измерительный кабель, либо непосредственно с приемной антенны. Информация о сигнале выводится на дисплей в виде частотного спектра. Измеренный сигнал может проходить цифровую обработку. Спектрограмму можно сохранить в памяти прибора, осуществляя курсорные и автоматические измерения. Такие цифровые сканирующие анализаторы спектра получили наибольшее распространение, поскольку обладают широким динамическим диапазоном, способны демодулировать сигнал (АМ, ЧМ), могут совмещать в себе несколько типов приборов (измеритель АЧХ, измеритель КСВН, измеритель мощности и др.) и обладают небольшими массо-габаритными показателями.
Анализатор спектра GSP-7830 компании Good Will Instrument Co. Ltd. (GW Instek) относятся именно к таким сканирующим цифровым анализаторам спектра. В настоящее время в серии анализаторов этой компании имеются три модели на полосы частот 1, 2,7 и 3 ГГц. Основные характеристики анализаторов спектра этого семейства приведены в таблице.
Рис.1. Анализатор спектра GSP-7830 компании GW Instek
Новая модель анализатора спектра GSP-7830 с полосой пропускания до 3 ГГц аккумулировала в себе лучшие решения с наиболее востребованными функциями (рис. 1). Модель отличается от предшественников улучшенными техническими характеристиками, новым цветным TFT-дисплеем, широким набором внешних интерфейсов (в том числе USB и VGA), а также набором дополнительных функций, которые расширяют возможности по наблюдению и анализу радиочастотных сигналов.
Основные характеристики анализаторов спектра
Частотный диапазон. Границы частотного диапазона определяют пределы, в которых анализатор спектра выполняет свое функциональное назначение (рис.2).
Рис.2. Частотный диапазон анализатора спектра
Уровень собственных шумов. Этот параметр определяет порог, ниже которого анализатор спектра не различает внешний сигнал и шум. Это самый низкий уровень сигнала, который можно измерить анализатором спектра (рис.3).
Рис.3. Уровень собственных шумов анализатора спектра
Негармонические искажения, или ложный шум. В отличие от собственных шумов, этот параметр проявляется в виде ложных гармоник, являющихся сигналом внутренних комбинационных частот анализатора спектра (рис.4).
Рис.4. Негармонические искажения анализатора спектра
Гармонические искажения. Анализатор спектра самопроизвольно создает гармонические искажения во входном сигнале. Таким образом, анализатор усиливает истинную гармонику (гармонику сигнала) и измерения оказываются ошибочными (рис.5).
Рис.5. Гармонические искажения анализатора спектра
Интермодуляционные искажения — нелинейные искажения, создаваемые усилительными схемами анализатора спектра. При подаче на вход анализатора спектра двухтонального сигнала (частоты основных гармоник f0 и f1), интермодуляционные искажения проявятся в виде комбинационных составляющих с частотами, являющимися суммой и разностью основных и гармонических частот входных сигналов. Эти ложные гармоники взаимодействуют друг с другом, создавая практически бесконечный ряд частотных составляющих (рис.6).
Рис.6. Пример формирования интермодуляционных искажений
Фазовый шум. Показатель определяет "чистоту" принимаемого сигнала. При измерении таких параметров, как дрожание или флюктуаций сигнала этот параметр анализатора спектра является определяющим. Принято описывать фазовые шумы значением спектральной плотности мощности в одной боковой полосе на выбранной частоте отстройки от несущей. На рис.7 показана спектрограмма двух сигналов с разными фазовыми шумами, а на рис.8 — метод измерения фазового шума.
Рис.7. Спектрограммы двух сигналов с разными фазовыми шумами
Рис.8. Определение уровня фазовых шумов
Динамический диапазон. Это диапазон амплитуд, в котором возможно поведение измерений с указанной точностью. В анализаторах спектра разных производителей этот параметр может быть нормирован по-разному. Например, можно назвать динамическим диапазоном уровень, на который влияют интермодуляционные искажения. Если на каких-то частотах измеряемого сигнала проявляются ложный шум или гармонические искажения, то это тоже ограничит динамический диапазон. В большинстве случаев, динамический диапазон рассчитывают как разность максимально измеряемого значения амплитуды и уровня собственных шумов анализатора спектра (рис.9). Также, динамическим диапазоном можно назвать уровень сигнала, который умещается на дисплее анализатора (80 или 100 дБ) без сдвига опорного уровня. Все зависит от того, какой тип измерений существенен, а каким можно пренебречь.
Рис.9. Определение динамического диапазона анализатора спектра
Оценив спецификацию анализатора спектра, можно сделать вывод о его пригодности для решения измерительных задач с метрологической точки зрения. Однако на выбор той или иной модели влияют не только метрологические параметры, но и многие другие: программное обеспечение, массо-габаритные показатели, универсальность применения, возможности автономной работы от аккумуляторов и т. д. Немаловажный критерий в выборе анализатора играет соотношение технических возможностей и цены.
Основные функциональные возможности GSP-7830 с полосой частот 3 ГГц
Унаследовав преимущества предыдущих моделей (широкий набор функциональных возможностей, удобство в применении, малый вес и габариты при невысокой стоимости), новый прибор обладает улучшенными техническими характеристиками. К последним отнесем: плотность собственных шумов анализатора —150 дБм/Гц (до —162 дБм/Гц с опциональным предусилителем), более быструю развертку 50 мс, большую полосу частот входного сигнала и обзора, расширенные возможности по синхронизации, анализу сигналов и управлению процессом измерений. В новом анализаторе спектра имеется большой набор интерфейсов, которые дополняют измерительные ресурсы и возможности в части управления и протоколирования.
Помимо метрологических характеристик современные анализаторы спектра обладают качествами, позволяющими более быстро, просто, а самое главное — более достоверно производить измерение параметров сигнала. Многолетний опыт в производстве анализаторов спектра позволил компании GW Instek разработать прибор с учетом современных требований, сохранив при этом бюджетную стоимость и сбалансированность технических возможностей.
Функция "Автоустановка". Эта новая функция существенно облегчает работу с анализатором спектра. Она позволяет быстро, одним нажатием кнопки, синхронизировать сигнал и установить оптимальные настройки для отображения этого сигнала. Это облегчает настройку на стандартные сигналы и позволяет быстрее приспособиться к работе с анализатором.
Режим "Автопоследовательность". Этот режим позволяет запрограммировать анализатор спектра на выполнение определенной последовательности команд (до 10) или режимов тестирования. К примеру, управлять изменением режимов и настроек шаг за шагом (максимально до 20) повторным нажатием одной единственной кнопки или задавать целые испытательные процедуры, не прибегая к использованию программного обеспечения (рис.10). В таблице под спектрограммой отображается последовательность запрограммированных шагов и текущие настройки.
Рис.10. Пример использования режима автопоследовательности
Измерение. Анализатор измереяет различные параметры: мощность радиосигнала, соотношение мощностей в смежных каналах, пропускную способность канала связи, измерение джиттера. При этом на спектрограмме область измерения выделяется цветным маркером, для разных каналов цвет маркеров также различен. Внизу под спектрограммой отображается результат измерений.
Допусковый контроль. Создание при помощи этой функции своих собственных шаблонов позволяет пользователю быстро определять соответствие измеряемых параметров сигнала допустимым пределам. Такая функция существенно облегчает проведение измерений на соответствие различным стандартам, а также на поточном производстве. На рис.11 показан пример задания пределов измерения уровня сигнала (формирование шаблона), а на рис.12 — измерение уровня сигнала по заданному шаблону.
Рис.11. Задание пределов измерения уровня сигнала
Рис.12. Измерение уровня сигнала по заданному шаблону
Маркерные измерения. При помощи 10 маркеров очень удобно проводить?-измерения (измерение разности значений), измерение пиковых значений, определять экстремумы, проводить точные амплитудные и частотные измерения (рис.13). Результаты измерений выводятся под спектрограммой в отдельной таблице, которая содержит меняющиеся в реальном времени измеряемые параметры сигнала.
Рис.13. Использование маркетных измерений
Разделение экрана (Split-screen). Режим разделения экрана позволяет на одном экране наблюдать один и тот же сигнал в двух разных окнах. Каждое окно имеет свои настройки, определяемые пользователем (рис.14). Эта функция наиболее полезна при гармоническом анализе сигнала.
Рис.14. Режим разделения экрана
Независимые развертки. Позволяют выводить на дисплей три развертки, применяя для каждой развертки собственные алгоритмы обработки: пиковый детектор, усреднение, вывод по шаблону и т. д. (рис.15). Можно также проводить математические операции, используя сохраненные развертки.
Рис.15. Три независимые развертки одного и того же сигнала
Информация о настройках. В GSP-7830 вся информация о настройках или выбранных режимах работы, а также установленных опциях выводится в виде иконок на панели под основным окном. Иконки наглядно, в простых графических символах предоставляют пользователю полную информацию о состоянии прибора. Такое представление упрощает настройку на нужный сигнал, а также исключает возможность ошибочных измерений.
Функция амплитудно-частотной коррекции. Возможно введение поправочных коэффициентов при измерении амплитуды сигнала. Такие поправки вводятся для компенсации вносимых ослаблений антенно-фидерными устройствами перед проведением измерений (рис.16). Возможно сохранять до пяти корректировочных таблиц, в каждой из которых может содержаться до 30 поправок на различные частоты.
Рис.16. Таблица поправочных коэффицентов
Батарейное питание. Для работы в полевых условиях GSP-7830 имеет опцию батарейного питания (рис.17). С этой опцией анализатор спектра обеспечивает не менее трех часов автономной работы. Помимо сетевого питания ~220В возможно питание от постоянного напряжения 12 В. В перечне предлагаемых опций: адаптер AC/DC, кабель-адаптер для питания от автомобильного прикуривателя. На рис.17 видны различные интерфейсные разъемы: USB, RS-232, VGA, GPIB. Таким образом, разработчиками достигнута максимальная универсальность питания прибора для любых условий эксплуатации и измерительных задач.
Рис.17. Установка Li-lon аккумуляторов в анализатор
Внешние интерфейсы. В GSP-7830 широкий выбор интерфейсов управления и подключения внешних устройств: USB host/device, RS-232, VGA, и GPIB (опционально). Использование интерфейса USB позволяет использовать флэш-накопитель для быстрого сохранения результатов измерений, последующего анализа и протоколирования. Для подключения к внешнему монитору или вывода изображения на проектор в GSP-7830 добавлен VGA-разъем. Использование интерфейса VGA позволяет осуществлять вывод дисплейной информации на внешний монитор или проектор, тем самым более гибко использовать анализатор в сфере образования (для демонстрации возможностей) и при удаленном мониторинге радиочастотного спектра.
Дополнительные принадлежности. Для обеспечения работы в различных измерительных трактах требуется значительная номенклатура СВЧ-соединителей. Учитывая это, Good Will Instek предлагает большой перечень адаптеров, переходов, нагрузок и аттенюаторов, измерительных кабелей, а также готовых измерительных комплектов. Помимо этого доступны для заказа сопутствующие аксессуары: мягкие кейсы, заглушки, панели для крепления в стойку 19" и т. д. Дополнительные опции: следящий генератор (трекинг-генератор), фильтры ЭМС, демодулятор АМ/ЧМ позволяют применять GSP-7830 в решении широкого круга задач спектрального анализа в диапазоне до 3 ГГц.
Рис.18 Использование анализатора спектра с перефирийными устройствами
