Анализатор спектра: что это и как работает

Роль спектрального анализа в нашей жизни не стоит недооценивать, без него была бы невозможна радиосвязь, телефония и телевидение. Анализатор спектра – универсальное устройство для изучения сигнала и частот. Прибор используется в различных сферах, начиная с промышленных предприятий и заканчивая исследовательскими лабораториями.

Что это

Анализатор спектра визуализирует и анализирует спектральную область электрических сигналов, раскладывая их на частоты. Спектр сигнала после обработки данных представлен в виде графика, на котором отображается зависимость амплитуды от частоты.

Назначение

Чтобы ответить на вопрос, для чего нужен анализатор спектра, давайте разберемся, какую роль в нашей жизни играет спектр и зачем его нужно изучать. Амплитудно-частотная характеристика спектра нужна, чтобы управлять сигналами. Например, в авиации, военно-космической промышленности на кораблях нужно либо заглушить помехи, чтобы сигнал был чистым, или наоборот создать помехи, чтобы стать незаметным на радарах.

Сферы применения анализаторов спектра:

• Беспроводные технологии. Для создания устойчивой связи по Wi-Fi или Bluetooth, а также настройки теле- радиовещания. Каждый анализатор работает на определенной частоте, но каналы связи в основном расположены слишком близко друг к другу и имеют свойство наслаиваться. Чем больше устройств расположено рядом, тем больше помех. С помощью спектрального анализа специалисты быстро определяют границы нужной частоты и подавляют лишние сигналы.
• Звукорежиссура. В звукозаписи каждый инструмент и голос занимают отдельную частоту. Работа оборудования неизбежно создает помехи, из-за чего качество звучания серьезно снижается. Звукорежиссеры пользуются специальными программами, которые анализируют спектр и делят его на частоты, чтобы специалисту было проще работать. Опытный мастер сможет разделить звучание инструментов, которые находятся на одной полосе, устранив частотный конфликт.
• Приборостроение. Анализаторы спектра используются для тестирования качества электроники. Во время испытаний задаются различные параметры частного шума, чтобы определить максимально допустимый порог помех, при котором техника функционирует исправно.
• Медицина. Спектральные методы исследований используются в лабораторной диагностике заболеваний. Инструмент позволяет получить подробную информацию о том, как работают клетки. Например, спектральный анализ кардиограммы позволяет визуализировать частоты, которые определяют общее состояние сердечно-сосудистой системы.

Анализаторы спектра применяют для: тестирования кабельных коммуникаций, измерения уровня совместимости электронных приборов, наладки мобильной связи, диагностики генераторов, редактирования аудиозаписей и т.д.

Как работает

Принцип работы анализатора спектра основан на преобразовании Фурье и заключается в следующем:

1. Первичный радиочастотный сигнал поступает в устройство и смешивается с частотой осциллятора. В итоге образуется сигнал с низкой промежуточной частотой.
2. Полученный преобразованный сигнал пропускается через ряд усилительных каскадов.
3. Программа оцифровывает сигналы, и визуализирует спектр в виде графика.

Некоторые анализаторы работают в режиме демодуляции, когда входной сигнал сразу оцифровывается без промежуточной раскладки на частоты.

Перед тем, как пользоваться анализатором спектра, нужно осмотреть его на предмет повреждений и проверить, правильно ли оно функционирует. Проверьте сохранность пломб и предохранителей, осмотрите разъемы, кабели, гнезда и переходники. Убедитесь, что напряжение сигнала, который предполагается изучать, соответствует характеристикам анализатора. Для измерения специалисты настраивают прибор в ручном режиме, устанавливая необходимый сдвиг частот, амплитуду и полосу обзора.

Виды анализаторов спектра

Существует много типов анализаторов спектра, которые классифицируются по следующим критериям:

• Принцип действия. Анализаторы могут быть сканирующими и многоканальными. Сканирующие спектрометры считаются более распространенными, сканирование частот осуществляется маломощным генератором электроколебаний. Спектральные элементы последовательно высвечиваются на экране. Многоканальные устройства оснащены резонаторами, которые одновременно анализируют все частоты и визуализируют их на экране прибора.
• Способ обработки информации. Анализаторы могут быть аналоговыми и цифровыми. Аналоговые устройства оснащены простыми фильтрами для распределения частот, приборы не требуют специальных навыков и удобны в эксплуатации. Цифровые спектрометры отличаются высокой точностью, широким частотным диапазоном и гибкими настройками. Полученные данные можно архивировать и экспортировать.
• Тип анализа. Спектрометры, получающие информацию о гармонических частотах – скалярные. Приборы, получающие и гармонические и фазовые показатели – векторные.
• Диапазон частот. Устройства могут работать на низких частотах, в оптическом диапазоне или быть широкополосными.

Полосовые анализаторы спектра

Аналоговые фильтры разделяют частоты на полосы, данные сигнала выводятся на дисплей. Баллистика спектроанализатора регулируется с помощью скорости нарастания и спада уровня. Анализаторы этого типа получили широкое применение для настройки звука на концертах.

FFT анализаторы спектра

Устройства делают измерение звуковых сигналов в режиме реального времени. При получении цифрового аудиосигнала, прибор вычленяет последовательные интервалы, так называемые «окна» и для каждого создает свой спектр. Линейное расположение полос не дает нужной детализации картинки, для получения более наглядного графика, чтобы спектр не был размытым, в ход идут весовые окна.

Анализаторы спектра по спектрограмме

С помощью устройств можно делать измерение сигнала во времени. На шкале отображены две оси: горизонтальная – время, вертикальная – частота. Амплитуда отображается отдельно цветом.

Как выбрать

Выбирать спектроанализатор нужно в соответствие с назначением и сферой применения. Перед покупкой определитесь, какую именно измерительную информацию вам нужно получить. Стоимость прибора зависит от набора функций и частотного диапазона.

Ориентируйтесь на следующие критерии:

• Класс устройства. Бюджетные модели работают в ограниченном диапазоне частот и не всегда оснащены функцией архивирования и экспортирования данных. Премиальные варианты электроники отличаются высокой чувствительностью измерений, богатым набором функций и широким диапазоном частот.
• Требуемая точность измерений. Для некоторых видов работ подходят усредненные данные, тогда подойдут недорогие аналоговые анализаторы. Для высокоточных измерений нужно покупать дорогое оборудование.
• Возможность расширения. В дорогих приборах есть возможность подключать дополнительные датчики для более детального анализа.

Для получения дополнительной информации и спектрометрах, обратитесь к менеджеру нашей компании. Специалист подберет нужное устройство в соответствие с вашими требованиями.