Реферат

              по дисциплина: ”Мрежи за абонатен 
достъп”

Тема:

Спектрални анализатори

Разработил:                                              Проверил:

Светослав Пламенов Илиев                       /гл.ас.Габриела 
Атанасова/

Фак. № 110683  гр. 3

 КОЛЕЖ ПО ТЕЛЕКОМУНИКАЦИИ И ПОЩИ 

1700 София, ул.”Акад. Стефан Младенов” 1 
Централа: +359 2 623 021      Факс: +359 2 623 025

2009г.

Общи сведения

Спектралният анализ е изследване на сигналите в 

честотна област

. Извършва се чрез 

спектроанализатор, както по подобен начин чрез осцилоскоп става изследването на сигналите във 
времева област.

Спектралният   анализ   се   прилага   при   изследване   на   параметри,   характеристики   и 

производителност на създадени вече устройства. Могат да се измерват: 

модулации, изкривявания 

и   шум

.   По   този   начин   се   определя   истинността   на   предаваната   информация;   хармоничните 

съставящи,  които  предизвикват интерференция  и интермодулационни  изкривявания; кривата на 
шум и отношението С/Ш. Тази информация е необходима при експлоатацията на устройствата и 
определяне   на   електромагнитната   съвместимост.   Поради   тези   причини   в   областта   на 
комуникациите спектроанализаторът е много често използван и необходим.

Най­естественият начин да се наблюдава формата на вълните е във времевата област­
наблюдава се как варира амплитудата на сигнала,спрямо времето.За тази цел се 
използва осцилоскоп и е доста естествено да се наблюдават вълните на екрана на 
осцилоскопа.Обаче това не е единственият начин,по който сигналите могат да бъдат 
визуализирани.

Френски математик и физик на име Джийн Баптисте Джоузев Фуриер,който е живял в 
периода от 1768 до 1830 година също е започнал да изследва  как сигналите се 
наблюдават в друг формат­спрямо честотата,където сигналите се наблюдават като 
функция от тяхната честота,а не от времето. Той открива,че вълната,наблюдавана във 
времето има и еквивалентно представяне в честотната област.С други думи,всеки сигнал 
е направен от множество от компоненти на различни честоти. Един общт пример е 

правоъгълната вълна.Тя е направена от сигнал състоящ се от основния както и 
третия,петтия,седмия и т.н. нечетни  хармоници в правилните пропорции.

В определени условия е необходимо сигнала да бъде оценен за определено време на 
трансформация за да се хване точно.Обаче в действителност достатъчно е да се знае,че 
вълната е непрекъсната за един период от поне няколко секунди или да се разбере 
влиянието на промяната на сигнала.

Необходимо е също така да се отбележи, че математическите трансформация на Фурие 
също включва  фазата на сигнала. Въпреки това, за много тествани приложения , 
фазовата информация не е необходима и значително усложнява измерванията и 
изпитваното оборудване. Също така тази информация обикновено не е необходимо и 
само амплитудата е важна.

Възможността да разглеждаме сигналите във времевата област осигурява много 
предимства и по­специално за RF приложенията,въпреки че аудио спектралните 
анализатори са също широко използвани.Наблюдавайки сигналите в честотната област 
със един спектрален анализатор позволява аспекти като,хармоника и съмнително 
съдържание на сигнала,да бъдат анализирани. Също ширината на сигналите е 
важна,когато бъде приложена модулация. Тези аспекти са от особено значение за 
развиващите се RF сигнални източници и особено всяка форма на предавателя, 
включително тези в областта на клетъчната, Wi­Fi, както и други радио­и безжични 
приложения. Излъчването на нежелани сигнали ще предизвика интереференция на 
други потребители на радиочестотния спектър и затова е много важно да се осигури 
всеки нежелан сигнал да се държи на по­долну,приемливо ниво и това може да се 
наблюдава със спектрален анализатор.

Основи на спектралните анализатори

Има много различни видове RF тестващо оборудване, което може да се използва за 
измерване на най­различни свойства на RF сигнал. Затова е важно да се избере 
правилния тип  RF тестващо оборудване за да отговаря на измервателните изисквания 
за конкретната работа.

Test 

Instrumen

t Type 

Frequency 

measuremen

t 

Intensity / 
amplitude 

measurement 

Application 

Power 
meter 

N 

Y 

Use for accurate total power 
measurements 

Frequency 

counter 

Y 

N 

Used to provide very 
accurate measurements of 
the dominant frequency 
within a signal 

Spectrum 

analyser 

Y 

Y 

Used primarily to display the 
spectrum of a radio 
frequency signal. Can also 
be used to make power and 
frequency measurements, 
although not as accurately 
as dedicated instruments 

RF network 

analyser 

Y 

Y 

Used to measure the 
properties of RF devices 

Свойства на RF измервателните уреди в обща употреба

Спектралният анализатор е в състояние да предложи различна измервателна 
способност спрямо  другите инструменти.Ключовия фактор е,че е способен да 
наблюдава сигналите в честотната област,т.е. показва спектъра,като по този начин е 
възможно да се видят много нови аспекти на сигнала.

Екрана на спектралния анализатор,също както на осцилоскопа има две оси.За 
спектралния анализатор,вертикалната ос показва ниво или амплитудата,докато 
хоризонталната ос показва честота.Следователно докато при изследване се движим по 
хоризонталната ос,екрана показва нивото на всеки сигнал за определена честота.

Това означава,че спектралния анализатор,както името му показва,анализира спектъра 
на сигнала. Той показва относителните нива на сигнала на различните честоти в обхвата 
на дадено изследване.

Общия формат на екрана на един спектрален анализатор

С оглед на много големите вариации в нивото на сигнала, който се изследва, 
вертикалната ос или амплитудната ос ,нормално е в логаритмичен мащаб и е 
калибрирана в децибели,в съответствие с много други измервания, които са направени 
за сигналните амплитуди. Хоризонталната скала обратното,обикновено е линейна. Тя 
може да се коригира за покриване на необходимия обхват. 

Видове спектрални анализатори

Също както при други инструменти, има няколко типа на спектрален анализатор, които 
могат да се видят в каталозите на производителите. Те са основно два вида:

•

Swept or superheterodyne spectrum analysers:

  Действието на тези спектрални 

анализатори се основава на употребата супехетеродинния принцип.Те намират 

по­голямо приложение.

•

Fast Fourier Transform, FFT analysers:

  Тези спектрални анализатори използват 

форма на преобразуването на Фурие известна под името Бързо Преобразуване 
на Фурие(Fast Fourier Transform, FFT),преобразувайки сигналите в цифров вид за 

цифров анализ. Тези анализатори са очевидно по­скъпи и често по­
специализирани.

Audio spectrum analyzer:

  Това са друг вид спектрални анализатори. Въпреки, че не 

използват  различна технология от основните, аудио спектроанализаторите  често се 

разглеждат като отделна група от RF анализаторите.Както името им показва,аудио 
спектроанализатори са съсредоточени върху адио честотите, а това означава,че могат 

да бъдат използвани нискочестотните технологии.Това ги прави доста по­евтини. 
Възможно е дори да бъдат изпълнени  на персонални компютри със сравнително малко 

количество  хардуер ­ понякога дори и само една звукова карта може да бъде 

достатъчна за някои по­малко взискателни приложения.

И двата вида спектрални анализатори имат своите предимства и недостатъци.Най­често 
употребяваният вид е суперхетеродинния спектрален анализатор,като те са с общо 
предназначение и са способни да работят с честоти от няколко гигахерца нагоре. 

Принципът му на работа е свързан с постепенно обхождане на определен честотен диапазон чрез 
лентов филтър.

Една от разликите между двата вида анализатори е,че суперхетеродинният анализатор може да 
изледва само непрекъснати сигнали,докато другият вид анализатори могат да изследват и 
кратркотрайни сигнали.FFT анализатора също може да улови и фазова информация,докато 
другият вид не могат.Недостатък на FFT анализаторите обаче е,че техният честотен диапазон е 
ограничен от аналогово-цифров преобразувател.

Предимства и недостатъци на суперхетеродинния спектрален анализатор.

Този вид анализатори имат множество предимства и недостатъци,когато се сравнявт с 
другия основен вид  спектроанализатор,изестен като FFT спектрален анализатор.Когато 
избираме кой тип ще бъде подходящ е необходимо да разберем разликите между тях и 
техните относителни предимства.

Предимства на суперхетеродинния спектрален анализатор

•

Способност да работят над широк честотен обхват:

   Използвайки 

суперхетеродинния принцип,този вид спектрален анализатор може да работи и 

до много високи честоти – може да разширява обхвата до няколко GHz.

•

Широка честотна лента:

   Отново като резултат от използвания принцип,този 

вид анализатор е способен да има много широк обхат на изследване.Той може да 

бъде разширен до няколко гигахерца в едно сканиране.

•

Не толкова скъпи,колкото другите видове:

   Въпреки,че всички видове 

спектрални анализатори са скъпи,FFT анализаторите например са по­скъпи за 

подобно ниво на изпълнение в резултат на високотехнологичните АЦП­та във 
входа.Това означава,че за едно и също ниво на действие,супехетеродинните 

анализатори са по­евтини.

Недостатъци

•

Не могат да измерват фаза:

   Суперхетеродинният спектрален анализатор е 

скаларен инзтрумент и не може да измерва фазата на сигнала­той може да 

измерва само амплитудата на сигнала спрямо дадена честота.

•

Не може да се измери преходни събития:

 FFT анализатор е способен да 

прави изследвания за кратко време и след това този процес да се изведе 

необходимото на дисплея. По този начин той е в състояние да улови преходни 
събития. Тъй като Суперхетеродинен анализатор преминава през цялата 

необходима широчина на честотната лента, това отнема повече време и като 
резултат на това,той не е в състояние да улови преходните събития ефективно.

Съпоставяйки предимствата и недостатъците на суперхетеродинния спектрален 

анализатор, установяваме,че той предлага много добри качества в сравнение с 
останалото изпитващо оборудване и затова намира по­голямо приложение.Докато FFT 

анализаторите се използват само,когато се изисква някакво специализирано 
наблюдение.

Суперхетеродинен спектроанализатор – устройство и режими на работа

Принципът   му   на   работа   е   свързан   с   постепенно   обхождане   на   определен   честотен 

диапазон чрез лентов филтър. Когато филтърът премине през честотата на входния сигнал, това 
се отбелязва на дисплея. Суперхетеродинният спектроанализатор много прилича на познатото АМ 
радио, при което настройката на определена честота (желана радио-станция) се извършва чрез 
пасивен   потенциометър.   Тъй   като   е   скъпо   и   трудно   осъществяването   на   необходимия   лентов 
филтър, при техническата реализация се използва подход, при който филтърът е “неподвижен”, а 
самият   сигнал   постепенно   “преминава”   през   него   чрез   промяна   на   честотата.   Това   става   чрез 
смесване на входния сигнал с честота от локален осцилатор (ЛО). Освен него в схемата има РЧ 
входен атенюатор (РЧА), миксер (М), НЧФ, междинночестотен усилвател (МЧУ) и филтър (МЧФ), 
логаритмичен усилвател (ЛУ), детектор (Д), видео филтър (ВФ),  CRT  дисплей и носещ генератор 
(НГ).

РЧ   входният   атенюатор(затихвател)

  е   стъпков.   Определя   нивото   на   входния   сигнал 

преди първия смесител. По този начин предпазва устройството от увеличаване на компресията и 
изкривяване от сигналите във ВЧ или основна лента. 

Локалният осцилатор

  представява генератор управляван с напреженние и чрез него се 

променя честотата на изследвания сигнал. 

Миксерът(смесителят)

 е нелинейно устройство,което смесва честотите на входния сигнал 

и локалния осцилатор. На изхода му освен тези две честоти присъстват и техните сбор и разлика.  
Нас ни интересува предимно разликата на тези две честоти

: f

LO

 – f

sig

.

Междинночестонният филтър

 е “неподвижния” лентов филтър. Лентата на пропускане 

може да бъде променяна, което определя селективността на спектроаналализатора. Влияе на 
отношението С/Ш и скоростта на измерванията.