Spektrianalysaattori
Wikipedia
Spektrianalysaattori on elektroniikan mittalaite, jolla voidaan mitata signaalin spektri eli signaalin taajuusjakauma. Mitattu spektri esitetään graafisesti laitteen näytöllä - yleensä niin, että vaaka-akselilla on taajuus ja pystyakselilla on taajuutta vastaava amplitudi esitettynä logaritmisella desibeliasteikolla.
Spektrianalyysiin liittyy oleellisesti mittausajan ja resoluution välinen epätarkkuusperiaate: mitä suuremmalla taajuusresoluutiolla spektri mitataan sitä pitempi mittausaika tarvitaan.
Spektrianalysaattori voi sisäiseltä toiminnaltaan olla joko digitaalinen FFT-spektrianalysaattori, analoginen pyyhkäisevä spektrianalysaattori tai näiden yhdistelmä.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] FFT-spektrianalysaattori
FFT -spektrianalysaattorissa analoginen signaali muutetaan digitaaliseen muotoon ottamalla -signaalista tasaisin välein näytteitä, jotka mitataan analogia-digitaalimuuntimella ja talletetaan peräkkäin analysaattorin muistiin digitaaliseksi signaaliksi eli näytevektoriksi. Signaalin spektri saadaan laskemalla näytevektorin Fourier'n muunnos FFT:n avulla. Tuloksen amplitudi esitetään graafisesti taajuuden funktiona.
FFT-spektrianalysaattorin kaistaleveys riippuu suurimmasta näytteenottotaajuudesta. Se soveltuu erityisesti audiotaajuuksien ja matalien radiotaajuuksien analysointiin: Maksimi näytteenottotaajuus rajoittaa suurimman mitattavan kaistaleveyden mutta toisaalta mittaus on tehokas sillä Fourier muunnoksen avulla koko spektri saadaan mitatuksi yhdestä näytevektorista. Taajuusresoluutio on vektorin mittausajan käänteisarvo. Toisin sanoen 1 sekunnin mittauksella saavutetaan periaatteessa 1 Hz resoluutio koko mittauskaistalla.
Harrastekäytössä tavallisesta PC:stä, jossa on äänikortti, voi sopivan ohjelman avulla rakentaa yksinkertaisen audiotaajuuksien spektrianalysaattorin havaintotarkoituksiin.
[muokkaa] Pyyhkäisevä spektrianalysaattori
Taajuuspyyhkäisyyn perustuvassa analysaattorissa on muuttuvataajuuksinen radiovastaanotin, jonka vastaanottotaajuutta siirretään sopivalla nopeudella niin, että se kattaa mitattavan taajuskaistan. Vastaanotetun signaalin amplitudi kertoo suoraan spektrin voimakkuuden taajuuden funktiona. Koska pyyhkäisevässä mittauksessa mitataan vain "yhtä taajuutta" kerrallaan kunkin spektripisteen mittaamiseen tarvitaan periaatteessa yhtä pitkä aika kuin missä FFT analysaattorilla voidaan mitata koko spektri samalla resoluutiolla. Pidemmästä mittausajasta ei kuitenkaan ole suurta haittaa radiotaajuusmittauksissa, jos ei pyritä kovin suureen resoluutioon vaan halutaan mitata spektri laajalta kaistalta.
[muokkaa] FFT:n ja pyyhkäisevän mittauksen yhdistävä spektrianalysaattori
FFT-analysaattorin ja pyyhkäisevän spektrianalysaattorin edut voidaan yhdistää laitteessa, jossa suuritaajuisen signaalin kapeaa osakaistaa mitattaessa tutkittava osa radiospektristä sekoitetaan ensin alemmalle taajuudelle, jossa se pystytään digitoimaan ja voidaan hyödyntää FFT-analyysiä, kun taas laajempaa kaistaa mitattaessa käytetään taajuuspyyhkäisyä.
[muokkaa] Spektrianalysaattorin laatuun vaikuttavia tekijöitä
Spektrianalysaattorin laatu ja hinta riippuvat käytettävien signaalinkäsittelyosien laadusta. Kaikissa signaalimittauksissa tärkeitä ovat tulovahvistimen herkkyys-, lineaarisuus ja kohinaominaisuudet sekä suodattimien laatu. FFT-analyysissa kriittisiä ominaisuuksia ovat lisäksi analogia-digitaalimuuntimen laatu ja mittauksissa käytetyt signaalinkäsittelymenetelmät. Pyyhkäisevän radiotaajuusanalysaattorin tapauksessa vastaanottimen paikallisoskillaattorin ominaisuudet korostuvat.
[muokkaa] Teknisiä tietoja
[muokkaa] Pyyhkäisevä spektrianlysaattori
Signaalivoimakkuuden mittayksikkö on tavallisesti dBm. Tyypillinen käytännön mittausepätarkkuus on +-0,5...2 dB.
Käytännön analysaattorissa on joukko hienouksia kuten esim. seurantageneraattori (tracking generator). Analysaattori on varsin kallis, joten spektrianalysaattoria ei aina löydy radiolaitehuoltoliikkeistä, mutta toiminto voi löytyä ominaisuuksiltaan rajoitettuneenpana esim. RF-mittapaikasta tai antennianalysaatorista.
Laitteen hinnasta riippuen sekoitusasteessa käytetään joko yksinkertaista jännitesäätöistä paikallisoskillaattoria tai taajuussynteesin perustuvaa vaihelukittua oskillaattoria.
Yli 5 GHz:n taajuuksia mitatessa sekoittajassa käytetään paikallisoskillaatorin perustaajuuden sijasta sen harmoonista kerrannaista. Sisääntulossa on jänniteviritteiset YIG-suotimet. Myös paikallisoskillaattori on yleensä ns. YIG-oskillattori.
20 GHz...400 GHz alue voidaan mitata käyttämällä erillistä ulkoista harmonista sekoittajaa, jolle syötetään analysaatorista saatava injektiosignaali referenssiksi.
