スペクトラムアナライザとは何か、その用途を説明

その最も基本的な形では、 スペクトラムアナライザー は、無線周波数範囲でさまざまな回路またはシステムの特性を評価するテスト ツールです。 標準的な試験装置は、一定期間にわたる振幅を計算することによって量を評価します。 それはまた呼ばれます 周波数アナライザ.
たとえば、電圧計は時間領域を使用して電圧振幅を測定します。 したがって、交流電圧の場合は正弦曲線が、直流電圧の場合は直線が期待できます。 一方、スペクトル アナライザーは、周波数に対して振幅をプロットすることで量を評価します。
この信号では、縦軸は振幅を示しているため、これはプロットです。 周波数ドメイン表現の横軸は周波数を示します。
豊富な機種構成により、計装・計測の様々な用途にご利用いただけます。 寸法、重量、およびその他の機能は、アプリケーションによって異なります。 ガジェットの超高周波アプリケーションが現在研究の対象となっています。
測定値をデジタルシステムに保存するために、コンピュータにリンクすることができます。

スペクトラムアナライザの動作原理
スペクトル アナライザの基本的な機能は、デバイスに入力される信号のスペクトル成分を定量化することです。 あ スペクトラムアナライザー ローパス フィルターの出力を分析している場合、周波数領域を使用してフィルターの出力スペクトルの内容を測定します。
また、バックグラウンド ノイズ レベルを監視し、この操作中にそのデータを CRO に提供します。
基本的に、スペクトル アナライザーは陰極線オシロスコープ上で垂直および水平スイープを生成し、これを使用して操作を分類します。 信号が測定されている場合、横軸は周波数に対応し、縦軸は振幅に対応することがわかっています。
入力アッテネータは、信号の無線周波数レベルを減衰させて、測定信号の水平掃引を作成するために使用されます。 減衰器の出力は、信号を平滑化するためにローパス フィルターに送られます。 その後、信号はアンプにルーティングされ、必要なレベルまで強度が高められます。
この時点で、周波数同調発振器の出力と結合されます。 周期的に変化する波形を作成するには、発振器を使用します。
信号は増幅されて発振器と組み合わされた後、水平検出器に送られ、そこで周波数領域に変換されます。 の スペクトラムアナライザー 信号のスペクトル量の周波数領域表現を提供します。
振幅は、垂直方向のスイープに不可欠です。 信号は電圧同調発振器に送られ、振幅が返されます。 電圧同調発振器の高周波同調。 発振回路は通常、一連の抵抗とコンデンサを使用して構築されます。 これは、RC オシレータ、または略して RC と呼ばれます。
信号は、発振器レベルで完全に 180 度の位相シフトを受けます。 この位相シフトを実現するために、多段 RC 回路が採用されています。 標準は XNUMX 層です。
場合によっては、位相シフトのタスクを達成するために変圧器も使用されます。 通常、発振器の周波数を調整するためにランプ発生器も使用されます。 場合によっては、パルス幅変調器がランプ発生器と結合されてパルスのランプを生成する。
垂直掃引回路は、陰極線オシロスコープにその振幅を与える発振器の出力を受け取ります。

スペクトラム アナライザを使用する理由
最新の RF 機器の動作を説明することは難しいため、周波数、振幅、および変調パラメータの短期的および長期的な動作を理解することは非常に重要です。
掃引スペクトラム アナライザ (SA) やベクトル シグナル アナライザ (VSA) などの一般的な計測器は、周波数ドメインまたは変調ドメインのいずれかで信号をキャプチャします。 多くの場合、これは今日の RF 伝送の絶え間なく変化する性質を適切に特徴付けるには不十分です。
過渡的で動的な RF 信号には固有の問題があり、SA と VSA の測定制限を克服するために Real-Time Spectrum Analyzer (RTSA) アーキテクチャを開発しました。 リアルタイムのデジタル信号処理 (DSP) は、リアルタイムで信号を分析するために使用されます。 スペクトラムアナライザ それらがメモリに格納される前に。
リアルタイム処理の速度が速いため、ユーザーは、従来のシステムでは見過ごされていたイベントを確認し、それらのイベントをメモリに保存するために選択的にトリガーを設定する場合があります。 メモリに格納されたデータは、バッチ処理を使用してさまざまな分野にわたって徹底的に評価できます。
LISUN テスト用に最適なスペクトラム アナライザがあります。

アナライザーの必要性
よく知られているように、ワイヤレス通信システムの信号は一方の端から他方の端に送信されます。 簡単に言えば、この信号は、通信を行うために受信側に送信する必要があるメッセージです。
ただし、信号の品質は伝送中に劣化します。 信号強度が低下した主な原因は、送信チャネルと受信チャネルの両方のノイズです。 その結果、ノイズが信号強度を低下させると結論付けることができます。
信号のノイズは、送信範囲と受信機の精度を低下させます。 このため、最終値は安定せず、変動します。
内部および外部の両方のノイズ源が伝送に導入される可能性があります。 したがって、ノイズを内部と外部の XNUMX つのカテゴリに分類できます。
アンテナ間の送信によってノイズが発生しますが、これはアナライザまたはスペクトル アナライザを使用して定量的に測定できます。

スペクトラムアナライザの主な種類
一般に、スペクトラム アナライザには、その設計に基づいて XNUMX つの異なるタイプがあります。 一貫して、次の XNUMX つのタイプが使用されます。

掃引スペクトラムアナライザ (SA)
標準的なスペクトル解析方法では、スイープ調整されたスーパーヘテロダイン セットアップが採用されています。これは、校正された一定の信号を監視するのに最適です。 目的の信号をダウンコンバートすると、SA は分解能帯域幅 (RBW) フィルターの通過帯域をスイープすることで、電力対周波数を測定できます。
選択した範囲内の XNUMX つの周波数は、RBW フィルターを通過した後、検出器によって振幅が測定されます。
この方法は広いダイナミック レンジを提供できる可能性がありますが、一度に XNUMX つの周波数ポイントの振幅データしか計算できないという制限があります。 信頼できる結果を保証するために、テストは時間の経過とともに比較的安定している入力信号に限定する必要があります。

ベクトル信号アナライザー (VSA)
ベクトル測定では、デジタル変調信号を調べながら振幅と位相の情報を取得します。 VSA は、機器の通過帯域内の任意のソースによって生成された RF 電力波形をデジタル化して保存します。
復調、測定、および表示処理のために、デジタル信号処理（DSP）は、メモリ内の波形に関連付けられた振幅および位相情報を使用する場合があります。
波形をメモリに保存できるようになったとしても、VSA はまだ一時的な発生を包括的に評価することはできません。 ほとんどの機器はバッチ処理モードで動作するため、取得間のイベントを認識できません。
まれな発生を確実に検出することは難しいため、多くの場合、外部トリガーが必要です。 これは、イベント自体の不合理なレベルの予知を要求する可能性があります。
同様に、VSA は、大きな信号が存在する弱い信号と、周波数は変化するが振幅が変化しない信号と格闘します。

リアルタイム スペクトラム アナライザ (RSA)
VSA に典型的な取得後の処理とは対照的に、RSA はメモリ保存の前にリアルタイムのデジタル信号処理 (DSP) を利用して信号解析を行います。
リアルタイムでデータを処理することにより、ユーザーは、別の設計では見過ごされがちな発生を検出して対応できるため、後で使用するために関連データを選択的に取得できます。 メモリに格納されたデータは、バッチ処理によって詳細なクロスドメイン分析を受けることができます。
シグナル・コンディショニング、キャリブレーション、およびその他の形式の分析も、リアルタイム DSP エンジンを使用して実行されます。

スペクトラム・アナライザは何を測定しますか?
さまざまな周波数での信号の振幅は、 スペクトラムアナライザー. 信号が許容範囲内にあるかどうかをテストできます。 ノイズ、複雑な波形、まれな発生、誤った信号などのアーティファクトが表示されます。
一時的な信号は、スペクトラム アナライザを使用して調べることができます。また、バースト ブロードキャスト、グリッチ、および強い信号が弱い信号を隠している現象を調べることもできます。
時変する最新の RF およびオーディオ信号の周波数スペクトルは、多くの場合、このようなツールを使用して分析されます。 それらは、信号の構成要素と、それらの背後にある回路がどの程度機能しているかを示しています。 企業はまた、Wi-Fi ネットワークとワイヤレス ルーターが干渉低減の変更から利益を得ることができるかどうかを評価するためにそれらを利用しています。

アナライザーのアプリケーション
通信周波数以外の周波数の信号は、スペクトラム アナライザのディスプレイ (ピップ) に縦線として表示されます。 このため、政府が定義した放射純度要件として、無線送信機が割り当てられた周波数範囲内で他の帯域に干渉することなく動作するかどうかを確認するためにそれらを使用する場合があります。
スペクトラム アナライザは、RF の設計とテスト、電子回路の設計、電子機器の製造、電子機器の保守など、エレクトロニクス業界でいくつかの用途があります。
テストの主要な機能に加えて、スペクトラム アナライザの測定範囲はかなり広いです。 これらの読み取り値はすべて、無線周波数で取得されます。 これらは、スペクトラム アナライザを使用するときに最も頻繁に測定される量の一部です。

信号レベル– XNUMX つを使用することができます スペクトラムアナライザー 周波数領域で信号の振幅を決定します。
位相ノイズ – スペクトル成分を測定し、周波数ドメインで測定を行うことにより、位相ノイズを容易に検出できます。 陰極線オシロスコープの出力は、結果として波を示します。
高調波歪み – これは、信号強度を評価する前の重要な質問です。 全高調波歪み (THD) を使用して信号強度を評価します。 変動に対する信号の保護が必要です。 低次の高調波歪みを達成することは、無駄なエネルギーと金銭的損失を防ぐためにも重要です。
相互変調歪み– 信号を変調している間、信号が高周波数で変調されているか低周波数で変調されているかに応じて、中間レベルの歪みが発生します。 処理された信号を得るには、この歪みを除去する必要があります。
この目的のために、スペクトラムアナライザを使用して相互変調歪みを測定します。 外部回路によって信号がクリーンアップされると、信号の処理が開始される場合があります。
スプリアス信号– これらの潜在的に有害な信号を特定してブロックする必要があります。 これらの信号を直接測定する方法はありません。 それらは定量化されるまで、未知のシグナルのままです。
信号周波数– 同様に、これを考慮する必要があります。 アナライザーを無線周波数レベルで使用しているため、周波数のスペクトルが非常に広いため、各信号の周波数成分を測定することが重要です。 このスペクトルを研究するには、専用の機器が必要です。
スペクトルマスク – スペクトル マスクを調べる場合は、スペクトル アナライザも役立ちます。

スペクトラムアナライザのその他のアプリケーション

1. スペクトラム アナライザは、エレクトロニクス研究機関内の RF 設計およびテスト施設で頻繁に使用されています。 このような状況では、他のテスト機器では不可能な方法で信号の全体像を提供できます。
   これにより、回路の無線周波数コンポーネントがどのように機能するかが明らかになります。 の スペクトラムアナライザー 多種多様な用途があります。

2. 変調された信号がどの程度広いか狭いか、および同様の考慮事項。 幅が広すぎると、近くの水路を使用する場合に問題が発生する可能性があります。
3. 目的は、無関係な信号や誤った信号がないかどうかを発見することです。 これらの信号は、信号がブロードキャストされるときに他の周波数のユーザーに干渉する可能性があります。
4. 信号が正しい周波数範囲内にあるかどうかを判断します。
5. シグナルのより広範な問題を検討する必要があります。 多くの場合、信号を調べるだけで、問題の原因を特定できます。 スペクトラム アナライザは、無線周波数 (RF) 信号を扱う調査員の「目」となる場合があります。
6. パワー メーターがより頻繁に使用されますが、特定の状況ではスペクトラム アナライザーが役立つ場合があります。
7. スペクトル アナライザは特定の状況で周波数を測定する場合がありますが、周波数カウンタは別の状況でより適しています。
8. を使用して信号の位相ノイズを評価できます。 スペクトラムアナライザー. これを行うには、スペクトル アナライザの局部発振器のポスチャ ノイズが、テスト対象の発振器より少なくとも 10dB 低くなければなりません。
   スペクトラム アナライザの局部発振器の位相ノイズが無視できる場合、このテスト機器は現象を定量化するための最も正確な手法の XNUMX つです。

9. これらのツールを使用して、アイテムの雑音指数を決定することもできます。 テスト手順にはいくつかのステップがありますが、ほとんど問題なく完了できます。
10. 電磁干渉および電磁適合性 (EMI & EMI) テストでは、多くの場合、スペクトラム アナライザが使用されます。 アナライザーを使用して、問題を引き起こしている正確な周波数と信号の種類に焦点を合わせることができます。

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