Es gibt Spektrumanalysatoren für verschiedene Arten von Signalen, aber dieser Artikel konzentriert sich hauptsächlich auf Radiofrequenz-Spektrumanalysatoren.
Was ist ein HF-Spektrumanalysator?
Ein HF-Spektrumanalysator ist ein weit verbreitetes Testinstrument, das die Leistung des Spektrums des Eingangssignals misst, indem es seine Amplitude, angezeigt auf der vertikalen Achse (y-Achse), gegenüber seiner Frequenz, angezeigt auf der horizontalen Achse (x-Achse) misst ). Die Ausgabe wird im Frequenzbereich angezeigt. Es ist effektiv, um Einblicke in die HF-Leistung von Schaltungsmodulen oder -systemen zu geben, da mit den vom Analysator erhaltenen Signalinformationen die Art der vorhandenen Signale identifiziert und deren Frequenzen, Frequenzpegel und Amplitude gemessen werden können. Darüber hinaus können andere spektrale Komponenten eines Signals, wie beispielsweise dominante Frequenz, Leistung, Verzerrung, Oberwellen und Bandbreite, beobachtet werden.
Welche Arten von Spektrumanalysatoren gibt es?
Im Allgemeinen werden Spektrumanalysatoren in zwei Typen eingeteilt: der Swept-Tuned-Spektrumanalysator und der FFT-Spektrumanalysator. Spektrumanalysatoren haben sich jedoch im Laufe der Jahre in verschiedenen Formfaktoren weiterentwickelt und die Technologie ständig weiterentwickelt. Unabhängig von seinen Formfaktoren erfüllt es immer noch seinen Hauptzweck – die Analyse des Frequenzspektrums eines beliebigen Signals. Nachfolgend sind die verschiedenen Typen und Formfaktoren von Spektrumanalysatoren aufgeführt, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen und Anwendungen gedacht sind.
Swept-Spektrum-Analysator. Der Swept-Typ, auch als Superheterodyn-Spektrumanalysator bekannt, ist die traditionelle und älteste Form des Spektrumanalysators. Die älteren Modelle basieren auf analogen Techniken und dienen seit vielen Jahren als Grundlage für Spektralanalysetests. Die meisten dieser Modelle sind bereits veraltet und werden durch moderne Arten von Swept-Spektrum-Analysatoren ersetzt, die digitale Techniken verwenden.
Digitaler FFT-Spektrumanalysator (Fast Fourier Transform). Wie der Name schon sagt, verwendet diese Art von Spektrumanalysator digitale Technologie, die analoge Signale mit FFT-Techniken in ihr digitales Format umwandelt. Kurz gesagt, FFT-Techniken verwenden einen mathematischen Prozess, um eine Wellenform in die Komponenten ihres Frequenzspektrums umzuwandeln.
Echtzeit-Spektrumanalysator. Dieser FFT-basierte Spektrumanalysator ist eine Mischung aus Swept- und FFT-Typ. Unter Verwendung der Superheterodyn-Technik wandelt es das Signal zuerst auf eine niedrigere Frequenz um und verwendet dann FFT-Techniken, um das Signal zu analysieren. Die Manipulation von FFTs erfolgt schnell in Echtzeit, ohne dass Lücken und Informationen im berechneten HF-Spektrum übersehen werden. Darüber hinaus kann diese Art von Spektrumanalysator eingehende Signale in einem Zeitbereich (wie bei einem Oszilloskop) abtasten und mit dem FFT-Algorithmus in einen Frequenzbereich umwandeln. Es erfasst ein ganzes Frequenzband auf einmal, analysiert es und zeigt dann das Spektrum an.
PXI-Spektrumanalysator. PXI ist ein auf PCI eXtension Instrumentation basierender Standard und wird häufig für Testinstrumente, Datenerfassung und Steuerung verwendet. Wie der Name schon sagt, basiert dieser Typ von Spektrumanalysator auf dem PXI-Standard und kann somit in ein PXI-Rack integriert werden.
USB-Spektrumanalysator. Diese Art von Spektrumanalysator verwendet eine Spektrumanalysator-Software, um die Daten zu analysieren, zu speichern, anzuzeigen und wiederzugeben. Die Software wird auf einem Computer installiert, an den das Gerät über den USB-Anschluss angeschlossen ist. Dies ist tragbarer und kostengünstiger als Tisch-Spektrumanalysatoren, da nur die Erfassungshardware gekauft werden muss.
Handheld-Spektrumanalysator. Dies ist praktisch im Feld zur Überwachung von Funk- oder Funkübertragungen und zur Überprüfung der Eigenschaften des Spektrums. Dieser Typ von Spektrumanalysator wird in kleinen Handheld-Formaten hergestellt und bietet nicht die gleiche Leistung und Leistungsfähigkeit wie die größeren Typen eines Spektrumanalysators.
Vernetzter Spektrumanalysator. Diese Art von Spektrumanalysator wird über den Ethernet-Port mit einem Netzwerk verbunden. Es überwacht Geräte in einem Netzwerk. Dies ist bei der Überwachung geografisch verteilter Geräte nützlich und wird normalerweise in Clustern installiert, um die gesamte Geographie der zu überwachenden Geräte abzudecken. Je größer die Geographie, desto mehr Spektrumanalysatoren werden daher benötigt.
Wofür werden Spektrumanalysatoren verwendet?
Spektrumanalysatoren werden hauptsächlich in Elektroniklabors zum Testen und Verifizieren der HF-Leistung verwendet. Sie werden hauptsächlich im HF-Design, im allgemeinen Design elektronischer Schaltungen, in der Elektronikfertigung, im Basisservice und in der Reparatur sowie in der Feldinstallation und -wartung eingesetzt.[1]
Allgemeine Aufgaben, für die Spektrumanalysatoren in einem Labor verwendet werden, sind:
- Prüfen, ob ein moduliertes Signal Störungen verursachen kann
- Prüfung auf Vorhandensein von Rauschen oder Verzerrungen
- Prüfen, ob das Signal im richtigen Frequenzband liegt
- allgemeine Probleme mit einem Signal untersuchen
- Messleistung
- Phasenrauschen an einem Signal messen
- Messfrequenz
- Durchführung von EMI- und EMI-Messungen
- Auftragen des Pegels verschiedener Frequenzen relativ zueinander
Außerhalb des Labors haben Spektrumanalysatoren auch viele praktische Anwendungen wie das Debuggen von drahtlosen Netzwerken, das Testen von Modulations-/Kodierungstechniken, das Überwachen von Funksignalen und das Überprüfen der Antennenleistung, des HF-Verstärkergewinns, der Signalbandbreite und der Bandnutzung. Im Bereich von Mobilfunknetzen ist es beispielsweise äußerst nützlich, um Störungen zu lokalisieren und zu beseitigen. Insbesondere handgehaltene Spektrumanalysatoren werden von Mobilfunknetzbetreibern zur Störungssuche verwendet, um ihnen beim Aufbau und Erhalt von Netzsignalen zu helfen.
Es wird auch in anderen Wissenschaftsbereichen wie Astronomie, Geologie und Biochemie verwendet. Im Bereich der Spektrometrie werden beispielsweise Spektrumanalysatoren verwendet, um die chemische Zusammensetzung von Materialien anhand des spektralen Lichtmusters zu analysieren.
Obwohl ein Spektrumanalysator viele Verwendungszwecke hat, ist er nicht für jeden ein Werkzeug. Um das Gerät zu bedienen, wäre ein Fachmann erforderlich, der versteht, wie es funktioniert und die Eigenschaften eines Signals interpretiert. Nichtsdestotrotz ist es ein unverzichtbares Prüfgerät mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, nicht nur im Bereich der Elektronik, sondern auch in anderen Wissenschaftsbereichen.
Quellen:
Was ist ein Spektrumanalysator: HF-Spektrumanalysator , Electronics-Notes.com