מנתחי ספקטרום הם אחד הבדיקות החשובות המשמשות למדידה תדרים ועוד פרמטרים רבים אחרים. מעניין שמנתחי הספקטרום משמשים למדידת אותות שאנו מכירים ולמצוא אותות שאיננו מכירים. בשל דיוקו צבר מנתח הספקטרום יישומים רבים בתחום המדידות החשמליות והאלקטרוניות. הוא משמש לבדיקת מעגלים ומערכות רבים. מעגלים ומערכות אלה פועלים ברמות תדר רדיו.
עם תצורות הדגם השונות שלו, למכשיר זה יש צדדיות משלו בתחום המכשור והמדידה. זה מגיע עם מפרט, גדלים ואפילו זמין בהתבסס על יישומים ספציפיים. השימוש במכשיר בטווח תדרים גבוה אפילו ברמה של תדר אולטרה נמצא כיום במחקר. ניתן אפילו לחבר אותו למערכת מחשב וניתן להקליט את המדידות בפלטפורמה הדיגיטלית.
מהו ספקטרום מנתח?
מנתח הספקטרום הוא ביסודו מכשיר בדיקה המודד פרמטרים שונים במעגל או במערכת בטווח תדרי הרדיו. פיסת ציוד בדיקה רגילה תמדוד את הכמות על סמך המשרעת שלה ביחס לזמן. לדוגמה, מד מתח היה מודד את משרעת המתח בהתבסס על תחום הזמן. אז נקבל עקומה סינוסואידית של מתח AC או קו ישר עבור מתח DC . אך מנתח ספקטרום ימדוד את הכמות במונחי משרעת לעומת תדר.
תגובת תחום תדרים
כפי שמוצג בתרשים, מנתח הספקטרום מודד את המשרעת בתחום התדרים. אותות השיא הגבוהים מייצגים את העוצמה, ובין לבין יש לנו גם אותות רעש. אנו יכולים להשתמש במנתח הספקטרום כדי לבטל את אותות הרעש ולהפוך את המערכת ליעילה יותר. גורמי ביטול אות לרעש (SNR) הם אחד המאפיינים החשובים בימינו עבור יישומים אלקטרוניים. לדוגמא, אוזניות מגיעות עם היבט של ביטול רעשים. לצורך בדיקת ציוד כזה משתמשים במנתחי ספקטרום.
דיאגרמת חסימת מנתח
תרשים בלוקים
תרשים הבלוקים של מנתח הספקטרום מוצג לעיל. הוא מורכב ממאטט קלט, המחלש את אות תדר הרדיו הקלט. האות המוחלש מוזן למסנן מעבר נמוך כדי לחסל את תכולת האדווה.
האות המסונן מעורבב עם מתנד מכוון מתח, ומועבר למגבר. ה מַגבֵּר מוזן לאוסצילוסקופ של קרן הקתודה. בצד השני, יש לנו גם מחולל גורפים. שניהם מוזנים ל- CRO עבור סטיות אנכיות ואופקיות.
עקרון העבודה של מנתח הספקטרום
מנתח הספקטרום מודד ביסודו את תוכן הספקטרום של האות כלומר מוזן למנתח. לדוגמא, אם אנו מודדים את תפוקת המסנן, נניח מסנן נמוך לעבור, אז מנתח הספקטרום היה מודד את תוכן הספקטרום של פילטר הפלט בתחום התדרים. בתהליך זה הוא גם ימדוד את תוכן הרעש ויציג אותו ב- CRO,
כפי שמוצג בתרשים הבלוקים, ניתן לסווג באופן בסיסי את עבודתו של מנתח הספקטרום כמייצרת טאטא אנכי ואופקי על אוסצילוסקופ קרני הקתודה. אנו יודעים כי הטאטא האופקי של האות הנמדד יהיה ביחס לתדר והטאטא האנכי יהיה ביחס למשרעתו.
עובד
כדי לייצר את הטאטא האופקי של האות הנמדד, האות ברמת תדר הרדיו מוזרם למפחית הכניסה, המאטה את האות ברמת תדר הרדיו. הפלט של המחליש מוזרם למסנן המעבר הנמוך כדי לחסל כל תוכן אדווה באות. ואז הוא מוזן למגבר, שמגביר את גודל האות לרמה מסוימת.
בתהליך זה הוא מעורבב גם עם תפוקת המתנד המכוון בתדר מסוים. המתנד עוזר ליצור אופי מתחלף של צורת הגל המוזנת. לאחר ערבוב עם המתנד ומוגבר, האות מוזר לגלאי האופקי, הממיר את האות לתחום התדרים. כאן במנתח הספקטרום, הכמות הספקטרלית של האות מיוצגת בתחום התדרים.
לצורך הטאטא האנכי, נדרשת המשרעת. כדי לקבל את המשרעת, האות מועבר למתנד המכוון למתח. המתנד מכוון המתח מכוון ברמת תדר הרדיו. באופן כללי, שילוב נגדים וקבלים משמש להשגת מעגלי המתנד. זה ידוע בשם מתנדים RC. ברמת המתנד, האות מועבר שלב ב -360 מעלות. עבור העברת פאזה זו, נעשה שימוש ברמות שונות של מעגלי RC. בדרך כלל, יש לנו 3 רמות.
לפעמים אפילו שנאים משמשים גם למטרות העברת פאזה. ברוב המקרים, תדירות המתנדים נשלטת גם באמצעות מחולל רמפות. מחולל הרמפות מחובר לעיתים גם למוונן רוחב דופק כדי להשיג רמפת פולסים. תפוקת המתנד מוזנת למעגל הטאטא האנכי. המספק משרעת על אוסצילוסקופ קרן הקתודה.
סוגי מנתח הספקטרום
ניתן לסווג את מנתחי הספקטרום לשתי קטגוריות. אנלוגי ודיגיטלי
מנתח ספקטרום אנלוגי
מנתחי ספקטרום אנלוגיים משתמשים בעקרון הסופר-הטרודין. הם נקראים גם מנתחים מטאטאים או מטאטאים. כפי שמוצג בתרשים הבלוקים, למנתח יהיו מעגלי טאטא אופקיים ואנכיים שונים. כדי להציג את הפלט בדציבלים משתמשים במגבר לוגריתמי גם לפני מעגל הטאטא האופקי. מסנן וידאו מסופק גם לסינון תוכן הווידיאו. שימוש בגנרטור רמפות מספק לכל תדר מיקום ייחודי בתצוגה, באמצעותו הוא יכול להציג את תגובת התדר.
מנתח ספקטרום דיגיטלי
מנתח הספקטרום הדיגיטלי מורכב מבלוקי טרנספורמציה מהירים (FFT) ומבלוקים ממירים אנלוגיים לדיגיטליים (ADC) להמרת האות האנלוגי לאות דיגיטלי. לפי ייצוג דיאגרמת הבלוק
מנתח ספקטרום דיגיטלי
כפי שמוצג על ידי ייצוג דיאגרמת החסימה, האות מוזר למקל, המאט את רמת האות, ואז מועבר ל- LPF לצורך ביטול תכולת האדווה. ואז האות מועבר לממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC) הממיר את האות לתחום הדיגיטלי. האות הדיגיטלי מוזן למנתח FFT הממיר את האות לתחום התדרים. זה עוזר למדוד את ספקטרום התדרים של האות. לבסוף, הוא מוצג באמצעות CRO.
יתרונות וחסרונות המנתח
יש לו יתרונות רבים, מכיוון שהוא מודד את הכמות הספקטרלית באות בטווח תדרי הרדיו. הוא גם מספק מספר מדידות. החיסרון היחיד הוא העלות שלה, שהיא גבוהה יותר בהשוואה למונים המקובלים הרגילים.
יישומי Analyzer
מנתח ספקטרום המשמש באופן בסיסי למטרת הבדיקה יכול לשמש למדידת מגוון כמויות. כל המדידות הללו נעשות ברמת תדר הרדיו. כמויות נמדדות לעיתים קרובות באמצעות מנתח ספקטרום הן-
- רמות אות - ניתן למדוד את משרעת האות המבוססת על תחום התדרים באמצעות מנתח הספקטרום
- שלב רעש - מכיוון שהמדידות נעשות בתחום התדרים ונמדדת תוכן הספקטרום, ניתן למדוד את רעש הפאזה בקלות. זה נראה כמו אדוות בפלט של אוסצילוסקופ קרני הקתודה.
- עיוות הרמוני - זהו גורם מרכזי שייקבע לאיכות האות. בהתבסס על עיוות הרמוני, העיוות ההרמוני הכולל (THD) מחושב כדי להעריך את איכות ההספק של האות. יש לשמור את האות מנפילות ונפיחות. הפחתה ברמות העיוות ההרמוני אף חשובה כדי למנוע הפסדים מיותרים.
- עיוות בין-מודולציה - בזמן אפנון האות, בהתבסס על משרעת (אפנון משרעת) או תדר (אפנון תדר) נגרמים עיוותים ברמת הביניים. יש להימנע מעיוות זה כדי לקבל אות מעובד. לשם כך, מנתח ספקטרום משמש למדידת עיוות בין-מודולציה. לאחר שהעיוות מצטמצם באמצעות מעגלים חיצוניים, ניתן לעבד את האות.
- אותות זועמים - אלה הם אותות לא רצויים שאותם ניתן לאתר ולהעלים. לא ניתן למדוד את האותות הללו ישירות. הם אות לא ידוע שצריך למדוד.
- תדר אות - זה גם גורם חשוב שיש להעריך. מכיוון שהשתמשנו במנתח ברמת תדר הרדיו, רצועת התדרים גבוהה מאוד, וזה הופך להיות חשוב למדוד את תוכן התדרים של כל אות ואות. עבור ספקטרום זה משתמשים במנתחים באופן ספציפי.
- מסכות ספקטרליות - מנתחי ספקטרום מועילים גם לניתוח המסכות הספקטרליות
לפיכך ראינו את עקרון העבודה, העיצוב, היתרונות והיישום של ספֵּקטרוּם מנתח. חייבים לחשוב, איך לאחסן את הנתונים שנמדדים במנתח ספקטרום? ואיך להעביר אותו למדיומים אחרים כמו המחשב למדידה נוספת.
