Принципы работы базового анализатора спектра

Опорный уровень

Опорный уровень проходит по верхней кромке дисплея и отображает максимальную ожидаемую мощность на входе анализатора спектра. В большинстве случаев опорный уровень подстраивается таким образом, чтобы максимальный уровень сигнала находился немного ниже него.

Следует избегать задания слишком высокого или слишком низкого уровня. Слишком высокий опорный уровень уменьшает динамический диапазон и снижает способность распознавать малые изменения амплитуды. Если задан слишком низкий опорный уровень, измеренная кривая выходит за пределы экрана в его верхней части. Слишком низкий опорный уровень также может оказывать влияние на результаты измерений.

На некоторых участках анализатора спектра после ВЧ-входа используются активные компоненты, такие как смесители и усилители. При слишком высоком уровне входного сигнала эти компоненты могут применять сжатие, что ведет к искажениям и ухудшению результатов измерений, иногда довольно существенному. Во избежание этого между ВЧ-входом и чувствительными компонентами устанавливается переменный входной аттенюатор. При задании опорного уровня анализатор спектра использует это значение в целях настройки входного затухания и/или коэффициента усиления на усилителе промежуточной частоты, чтобы предотвращать перегрузку прибора.

Полоса разрешения

Полоса разрешения является наиболее важным параметром для базовых измерений спектра. В большинстве анализаторов спектра применяются гетеродины для измерения спектра путем развертки в полосе обзора. График зависимости мощности от частоты строится слева направо и, как правило, непрерывно.

Для понимания понятия «полоса разрешения» представьте себе окно, которое перемещается вдоль полосы обзора и измеряет уровень сигнала по мере движения. Однако это окно или фильтр полосы разрешения имеет не прямоугольную форму, а форму кривой Гаусса или аналогичную ей. Окно остается неподвижным, спектр проходит через него. Но результата это не меняет, поэтому в радиотехнике принято представлять полосу разрешения в виде окна или фильтра, перемещающегося в полосе обзора.

Полоса разрешения определяет способность разделения и извлечения сигналов, тесно следующих друг за другом. Разделение двух смежных сигналов возможно, только если полоса разрешения меньше расстояния между этими сигналами. При использовании более широкой полосы разрешения оба сигнала охватываются фильтром при прохождении развертки и отображаются на измеренной кривой как один сигнал.

Средний уровень шума

Еще одной особенностью полосы разрешения является ее воздействие на шум. Точнее говоря, полоса разрешения оказывает влияние на средний уровень собственного шума анализатора. Уровень шума увеличивается или уменьшается в зависимости от выбранной полосы разрешения.

Что происходит с уровнем собственного шума при уменьшении полосы разрешения? Рассмотрим это на примере простого немодулированного сигнала и относительной большой полосы обзора 2 ГГц.

• При полосе разрешения 3 МГц среднее значение уровня собственного шума составляет ок. –73 дБмВт.
• Уменьшение полосы разрешения до 300 кГц ведет к сокращению уровня собственного шума до –84 дБмВт.
• При полосе разрешения 30 кГц уровень собственного шума уменьшается до –93 дБмВт.
• При полосе разрешения 3 кГц среднее значение уровня собственного шума опускается до –104 дБмВт.

Сокращение полосы разрешения в 10 раз означает снижение уровня собственного шума прибл. на 10 дБ. На практике следует выбирать более узкую полосу разрешения, чтобы обнаруживать сигналы, близкие к уровню собственного шума.

Полоса разрешения и время развертки

Уменьшение полосы разрешения позволяет точнее разделять сигналы и снижает уровень шума. Почему бы не использовать наименьшую возможную полосу разрешения всегда? Полоса разрешения — это фактически фильтр, а узкополосные фильтры имеют более длительное время установления до получения устойчивых результатов по сравнению с фильтрами, имеющими более широкую полосу. Это означает, что при использовании малой полосы разрешения развертка замедляется, так как это необходимо для получения точных результатов. Слишком быстрая развертка ведет к ошибкам амплитуды и частоты.

Время развертки анализатора спектра в первую очередь зависит от полосы разрешения. Как правильно задать время развертки? Большинство анализаторов автоматически рассчитывают время развертки на основе полосы разрешения и полосы обзора. Данную настройку можно обойти, однако уменьшать автоматически рассчитанное время развертки не рекомендуется.

Оптимальная полоса разрешения почти полностью зависит от измеряемого сигнала и зачастую определяется экспериментальным путем. Для этого необходимо найти баланс между скоростью и чувствительностью (шумом). В большинстве анализаторов спектра полоса разрешения задается не произвольным значением, а путем выбора значений с определенным шагом, например 1 кГц, 3 кГц, 10 кГц, 30 кГц.

Полоса видеофильтра

И последним базовым параметром является полоса видеофильтра. Для понимания этого понятия необходимо объяснить, что такое видеосигнал. Измеренные кривые представляют собой огибающую мощности сигнала на отдельных частотах, и эта огибающая обозначается как «видеосигнал». Приставка «видео-» сохранилась с прошлых времен, когда для построения кривой на экране сигнал применялся к вертикальному отклонению электронно-лучевой трубки. В современных анализаторах спектра полоса видеофильтра — это фильтр, служащий для усреднения или сглаживания выводимой на экране кривой.

В отличие от полосы разрешения, полоса видеофильтра оказывает влияние только на отображение сигнала, а не на его измерение или регистрацию.

Уменьшение полосы видеофильтра. При полосе видеофильтра 200 кГц на сигнале наблюдается значительный шум. Этот шум снижается при уменьшении полосы видеофильтра до 20 кГц и затем до 2 кГц. Уменьшение полосы видеофильтра снижает шумы только на измеренной кривой и не оказывает влияния на уровень собственного шума как в случае полосы разрешения. Способность разделения или извлечения сигналов, тесно следующих друг за другом, также остается без изменений.

Выбор полосы видеофильтра

Полоса видеофильтра определяет только внешний вид измеренной кривой, поэтому ее правильная настройка в значительной степени зависит от конкретной задачи. В большинстве современных анализаторов спектра полоса видеофильтра автоматически задается и обновляется на основе прочих параметров, таких как полоса разрешения. Зачастую более узкая полоса видеофильтра выглядит привлекательнее, так как она уменьшает шумы на измеренной кривой. Однако, как и полоса разрешения, полоса видеофильтра оказывает влияние на время развертки: чем меньше полоса видеофильтра, тем больше время развертки.