Что такое следящий генератор для анализатора спектра

Следящий генератор

Следящий генератор (СГ, tracking generator [2] ) в измерительной технике — генератор гармонических сигналов высокой или сверхвысокой частоты, управляемый анализатором спектра. Мгновенная частота колебаний на выходе СГ точно равна частоте, на которую в данный момент времени настроен полосовой фильтр анализатора спектра. Конструктивно, СГ представляет собой двух- или трёхступенчатый синтезатор частоты. В нём реализуется функция преобразования частоты, обратная функции преобразования частоты в анализаторе спектра.

Пара из следящего генератора и управляющего им анализатора спектра образуют простейший замкнутый испытательный стенд (тестер, сетевой анализатор) для проверки кабельных линий и радиочастотных цепей. Такой стенд является скалярным, так как способен измерять только амплитуду, но не фазу сигнала (анализаторы с возможностью измерения фазовых сдвигов называют векторными). В теории, источником испытательного сигнала в такой цепи может быть любой генератор: независимый генератор качающейся частоты, синтезатор частоты со ступенчатой перестройкой, генератор шума. [3] Если генератор и анализатор спектра не зависимы друг от друга, то для каждой исследуемой частоты (или полосы частот шумового сигнала) анализатор должен выполнить полный цикл спектрального анализа с перестройкой собственной частоты от минимального до максимального значения. В пределах каждого цикла частота генератора должна либо оставаться неизменной, либо изменяться относительно медленно — и для надёжного перекрытия частотного диапазона таких циклов должно быть достаточно много.

Для калибровки измерительных стендов и входящих в них анализаторов спектра сигнал с выхода следящего генератора подаётся на вход анализатора. Автоматическая калибровка в такой замкнутой петле позволяет скорректировать искажения АЧХ анализатора и исключить из рассмотрения неравномерность АЧХ генератора [5] . Калибровки по частоте в современных приборах не требуется — логика синтеза частоты в СГ и логика селекции частоты в высокочастотном тракте анализатора идентичны, что гарантирует приемлемую точность слежения.

Первые полноценные анализаторы спектра СВЧ-диапазона были выпущены Hewlett Packard в 1968. Первые следящие генераторы HP были выпущены в сентябре 1971. Три отдельных внешних генератора семейства 855Х перекрывали диапазон частот от 20 Гц до 1.3 ГГц (20 Гц — 300 кГц, 100 кГц — 110 МГц и 500 кГц — 1.3 ГГц) [6] СГ второго поколения (конец 1970-х гг. — 1980е гг.) стали компактнее и стабильнее. Аналоговый СГ начального уровня Tektronix 2707 (разработка начала 1980-х гг.) перекрывал диапазон от 100 кГц до 1.8 ГГц с неравномерностью АЧХ не более 1.5 дБ.

Современные (2011 год) анализаторы спектра среднего уровня (например, старшие модели семейства Rohde & Schwarz FSL) комплектуются встроеными СГ с рабочими частотами до 20 ГГЦ [1] . В зависимости от сферы применения, частотный диапазон СГ может совпадать с диапазоном анализатора, а может быть и существенно уже — например, анализаторы верхнего уровня Rohde & Schwarz FSU работают в диапазоне до 50 ГГц, а их штатные СГ — только до 3.6 ГГц. [7] Аналогично, рабочий диапазон внешних СГ производства Agilent (преемник Hewlett Packard) ограниче 6 ГГц. [8]

Следящий генератор

Следящий генератор (СГ, tracking generator) в измерительной технике — генератор гармонических сигналов высокой или сверхвысокой частоты, управляемый анализатором спектра. Мгновенная частота колебаний на выходе СГ точно равна частоте, на которую в данный момент времени настроен полосовой фильтр анализатора спектра. Конструктивно, СГ представляет собой двух- или трёхступенчатый синтезатор частоты. В нём реализуется функция преобразования частоты, обратная функции преобразования частоты в анализаторе спектра.

Пара из следящего генератора и управляющего им анализатора спектра образуют простейший замкнутый испытательный стенд (тестер, сетевой анализатор) для проверки кабельных линий и радиочастотных цепей. Такой стенд является скалярным, так как способен измерять только амплитуду, но не фазу сигнала (анализаторы с возможностью измерения фазовых сдвигов называют векторными). В теории, источником испытательного сигнала в такой цепи может быть любой генератор: независимый генератор качающейся частоты, синтезатор частоты со ступенчатой перестройкой, генератор шума. Если генератор и анализатор спектра не зависимы друг от друга, то для каждой исследуемой частоты (или полосы частот шумового сигнала) анализатор должен выполнить полный цикл спектрального анализа с перестройкой собственной частоты от минимального до максимального значения. В пределах каждого цикла частота генератора должна либо оставаться неизменной, либо изменяться относительно медленно — и для надёжного перекрытия частотного диапазона таких циклов должно быть достаточно много.

Для того, чтобы существенно ускорить измерение, следует привязать частоту генератора к частоте перестройки входного фильтра анализатора. Если частота генератора и частота фильтра анализатора, управляемые общим задающим генератором, перестраиваются синхронно, то весь цикл измерений АЧХ сводятся к единственному циклу спектрального анализа. Современные анализатора спектра с цифровым управлением СГ имеют минимальное время цикла (время однократного сканирования всего рабочего диапазона частот) порядка единиц или нескольких десятков миллисекунд. Максимальное время цикла, при необходимости, может быть практически сколь угодно долгим.Для калибровки измерительных стендов и входящих в них анализаторов спектра сигнал с выхода следящего генератора подаётся на вход анализатора. Автоматическая калибровка в такой замкнутой петле позволяет скорректировать искажения АЧХ анализатора и исключить из рассмотрения неравномерность АЧХ генератора. Калибровки по частоте в современных приборах не требуется — логика синтеза частоты в СГ и логика селекции частоты в высокочастотном тракте анализатора идентичны, что гарантирует приемлемую точность слежения.

Первые полноценные анализаторы спектра СВЧ-диапазона были выпущены Hewlett Packard в 1968. Первые следящие генераторы HP были выпущены в сентябре 1971. Три отдельных внешних генератора семейства 855Х перекрывали диапазон частот от 20 Гц до 1.3 ГГц (20 Гц — 300 кГц, 100 кГц — 110 МГц и 500 кГц — 1.3 ГГц) СГ второго поколения (конец 1970-х гг. — 1980-е гг.) стали компактнее и стабильнее. Аналоговый СГ начального уровня Tektronix 2707 (разработка начала 1980-х гг.) перекрывал диапазон от 100 кГц до 1.8 ГГц с неравномерностью АЧХ не более 1.5 дБ.

Современные (2011 год) анализаторы спектра среднего уровня (например, старшие модели семейства Rohde & Schwarz FSL) комплектуются встроенными СГ с рабочими частотами до 20 ГГЦ. В зависимости от сферы применения, частотный диапазон СГ может совпадать с диапазоном анализатора, а может быть и существенно уже — например, анализаторы верхнего уровня Rohde & Schwarz FSU работают в диапазоне до 50 ГГц, а их штатные СГ — только до 3.6 ГГц. Аналогично, рабочий диапазон внешних СГ производства Agilent (преемник Hewlett Packard) ограничен 6 ГГц.

Связанные понятия

Предусили́тель-корре́ктор, или усилитель-корректор (УК), или фо́нокорре́ктор — специализированный электронный усилитель тракта воспроизведения граммофонной записи, восстанавливающий исходный спектр записанного на пластинке звукового сигнала и усиливающий выходное напряжение головки звукоснимателя до типичного уровня линейного выхода — от 0,775 В (0 dBu) в бытовой аналоговой аппаратуре до 2 В (8 dBu) в цифровой и радиотрансляционной аппаратуре). Исторически звукозаписывающая промышленность использовала.

Усили́тель звуково́й частоты́ (УЗЧ), усилитель ни́зкой частоты (УНЧ), усилитель мо́щности звуковой частоты (УМЗЧ) — электронный прибор (электронный усилитель), предназначенный для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот, таким образом к данным усилителям предъявляется требование усиления в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц по уровню −3 дБ, лучшие образцы УЗЧ имеют диапазон от 0 Гц до 200 кГц, простейшие УЗЧ имеют более узкий диапазон воспроизводимых.

Различие между измерительным приемником и анализатором спектра

Измерительный приемник

Измерительные приёмники построены по принципу приёмников супергетеродинного типа, так как они должны иметь большую чувствительность и высокую селективность. При испытаниях с целью подтверждения соответствия требованиям ЭМС обычно используются измерительные приемники, параметры которых оптимизированы для осуществления указанных испытаний.

Ранее измерительные приемники имели ручное управление, и оператор должен был снимать показания измерительного прибора на каждой частоте, где эти показания близки к предельно допустимому значению. Это была длительная процедура, при которой были возможны ошибки. Современные измерительные приемники полностью автоматизированы и функционируют с использованием специального программного обеспечения при управлении через стандартный интерфейс, соответствующий требованиям IEEE-488.

Это позволяет осуществлять измерения, устанавливая правильные параметры измерительного приемника во всей полосе частот измерений с помощью персонального компьютера. В результате минимизируется время измерений при перекрытии полосы частот без пропусков. Результаты измерений сохраняются в памяти персонального компьютера и могут быть представлены в виде файла или в распечатанном виде.

Измерительный приемник имеет отличительные особенности в сравнении с анализатором спектра, указанные ниже:

существенно более высокая чувствительность, что позволяет отделять полезные сигналы от шумов при уровнях сигналов гораздо более низких, чем предельно допустимые уровни помех;

избирательность входных цепей и стойкость к перегрузкам;

измерительный приемник специально предназначен для осуществления измерений в соответствии с требованиями стандартов СИСПР. Для этой цели выбираются соответствующие полосы частот, виды детекторов, динамический диапазон сигналов;

точность измерений частоты и амплитуды сигналов выше, чем у анализаторов спектра;

Анализатор спектра

Это прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот. Обычный анализатор спектра стоит, безусловно, значительно дешевле, чем измерительный приемник. Оборудование этого вида широко используется при таких испытаниях и проверках, когда необходимо обеспечить быстрый просмотр полосы частот.

Спектральный дисплей с немедленным отображением исключительно полезен для выявления частот, на которых действуют нежелательные радиочастотные помехи, и характера этих помех, особенно если имеется возможность сузить полосу просмотра до небольшой части полного спектра. Анализатор спектра, имеющий в своем составе следящий генератор, пригоден для проведения контроля высокочастотных откликов цепей.

Вместе с тем, обычный анализатор спектра не является альтернативой по отношению к измерительному приемнику в установках для проведения испытаний на соответствие требованиям ЭМС вследствие ограниченных чувствительности и динамического диапазона сигналов, а также восприимчивости к перегрузкам.
На рис. 1 приведена структурная схема типичного анализатора спектра.

Рис. 1. Структурная схема анализатора спектра

Входной сигнал подается непосредственно на смеситель, где определяется полная полоса частот анализатора. При этом не предусматривается повышение избирательности входных цепей или возможность предварительного усиления сигналов. Это приводит к трем последствиям:

Повышается уровень собственных шумов, и если принять во внимание ослабление сигналов в преобразователях и кабелях, то чувствительность анализатора оказывается едва достаточной для выделения сигнала из шумов при уровнях сигналов, близких к предельно допустимым уровням помех.

Диодный смеситель является весьма недолговечным компонентом и легко повреждается при воздействии кратковременного входного сигнала переходного характера или при наличии длительной перегрузки на входе. Если вы не будете предпринимать меры для защиты входных цепей, то обнаружите, что перечень необходимых ремонтных работ будет быстро увеличиваться.

Широкополосные сигналы большой мощности могут перегрузить смеситель, в результате чего возникает нелинейный режим работы, даже если уровень сигнала в полосе частот детектора находится в пределах, не выходящих за динамический диапазон работы прибора.

Преселектор

Вы можете найти анализатор спектра, характеристики которого будут эквивалентны характеристикам измерительного приемника, но и стоимость его в этом случае будет примерно эквивалентной стоимости измерительного приемника. Поэтому для большинства компаний более приемлемым компромиссом является улучшение характеристик анализатора спектра за счет использования следящего преселектора.

Преселектор (рис.2) представляет собой отдельное устройство, которое обеспечивает защиту входных цепей, предварительное усиление сигналов и содержит сканирующий перестраиваемый фильтр, связанный с местным генератором анализатора спектра. Предварительный усилитель улучшает шумовые характеристики анализатора спектра таким образом, что они становятся эквивалентными характеристикам измерительного приемника.

Также важно и то обстоятельство, что наличие защиты входных цепей позволяет безопасно использовать измерительный прибор в условиях значительных перегрузок, так как перестраиваемый входной фильтр снижает мощность сигнала, поступающего на смеситель, в сравнении с мощностью широкополосного сигнала, в результате чего повышается эффективный динамический диапазон анализатора спектра.

Рис. 2. Следящий преселектор

Негативной стороной применения следящего преселектора является то обстоятельство, что его стоимость может быть равной стоимости самого анализатора спектра, что приводит к удвоению стоимости всей системы. В продаже существуют преселекторы с ручным управлением, неудобные в использовании, но вы можете улучшить их характеристики путем доработки прибора.

При разработке изделия анализатор спектра может использоваться в соответствии с назначением для проведения диагностических испытаний, и вы можете подключить к нему преселектор только тогда, когда наступит время для проведения испытаний изделия на соответствие требованиям ЭМС.

Подобно измерительным приемникам, современные анализаторы спектра с преселекторами являются программированными и управляются через стандартный интерфейс по IEEE-488. Для них имеется в наличии необходимое программное обеспечение, что позволяет использовать эти приборы при проведении испытаний на соответствие требованиям ЭМС так же, как и измерительные приемники (т.е. с применением персонального компьютера для управления и обработки данных).

Следящий генератор

Применение следящего генератора, совместно с анализатором спектра, позволяет без значительного увеличения стоимости существенно увеличить измерительные возможности анализатора спектра. С помощью следящего генератора и анализатора спектра вы получаете возможность выполнять большой объем измерений, связанных с частотной восприимчивостью к помехам, являющихся необходимой составной частью полного комплекса испытаний изделий в области ЭМС.

Следящий генератор (рис.3) представляет собой генератор сигналов, выходная частота которого связана с частотой измерений анализатора спектра и сканируется по одному и тому же закону. Выходное напряжение генератора поддерживается постоянным с достаточно высокой точностью, обычно с отклонениями менее ± 1 дБ, в полосе частот от 100 кГц до 1 ГГц. Это напряжение подается на вход исследуемой цепи, выход которой подключается к анализатору спектра.

При этом на дисплее анализатора спектра можно анализировать амплитудно-частотную характеристику исследуемой цепи. Динамический диапазон теоретически равен динамическому диапазону анализатора спектра (около 120 дБ), но на практике он ограничен из-за возникновения паразитной связи при подключении кабелей к исследуемой цепи.

Рис. 3. Следящий генератор.

Вы можете использовать комбинацию следящий генератор/анализатор спектра для проведения нескольких видов испытаний в области ЭМС, в целях:

оценки затухания в кабелях. Ослабление сигнала в кабеле, как функция от частоты, должно учитываться при проведении всех видов испытаний на помехоэмиссию;

проведения калибровки открытой испытательной площадки. Затухание сигнала между двумя калиброванными антеннами, размещаемыми на площадке, как функция от частоты, является важнейшим параметром открытых испытательных площадок;

оценки характеристик компонентов, фильтров, аттенюаторов и усилителей, что является важнейшим условием эффективного применения средств обеспечения ЭМС;

оценки эффективности экранирования камер и помещений

определения структурных и схемных резонансов.

Ширина полосы пропускания

Уровень помехи, являющийся результатом измерений на некоторой частоте, зависит от ширины полосы пропускания измерительного приемника и импульсного отклика его детектора. Эти параметры точно установлены в специальном стандарте, на который даны ссылки во всех коммерческих стандартах в области помехоэмиссии, основанных на работах СИСПР, и прежде всего в ЕН55011, ЕН55014 и ЕН55022.

Указанным специальным стандартом является Публикация СИСПР 16-1*. СИСПР 16-1 подразделяет общий диапазон частот измерений от 9 кГц до 1000 МГц на четыре полосы частот и устанавливает значения измерительной ширины полосы пропускания измерительного приемника, постоянные для каждой их этих полос частот (таблица 1).

Источники помехоэмиссии могут быть отнесены к создающим узкополосные помехи (как правило, гармонические составляющие генераторов и сигналов) и широкополосные помехи (как правило, вызванные повторяющимися включениями аппаратуры, действием контроллеров и преобразованиями цифровых данных). Реальное различие между узкополосными и широкополосными помехами основано на том, как соотносится между собой ширина полосы частот помехи и ширина полосы пропускания измерительного приемника.

Помеха является широкополосной, если ширина ее полосы частот превышает ширину полосы пропускания измерительного приемника. Таким образом, помеху, имеющую ширину полосы частот 30 кГц на частоте 20 МГц (полоса частот B, в соответствии с СИСПР), следует классифицировать, как широкополосную, в то время как эту же помеху на частоте 40 МГц (полоса частот C в соответствии с СИСПР) следует отнести к узкополосной.

Таблица 1. Ширина полосы пропускания измерительного приемника и параметры детектора квазипиковых значений, установленные в СИСПР 16-1

Детектор квазипиковых значений

Полоса частот, установленная СИСПР

Ширина полосы пропускания в точках -6 дБ, кГц

Записки программиста

Знакомство с анализатором спектра Rigol DSA815-TG

Некоторое время назад я обзавелся анализатором спектра. Выбор пал на модель Rigol DSA815-TG. Рабочая частота устройства — от 9 кГц до 1.5 ГГц. Есть встроенный следящий генератор. Устройство, прямо скажем, не из дешевых. На момент написания этих строк розничная цена Rigol DSA815-TG составляла около 1500$, примерно как у неплохого ноутбука. Так что же это за устройство такое и почему оно стоит своих денег? Давайте разберемся.

Примечание: Пользуясь случаем, я хотел бы поблагодарить патронов этого блога, не без помощи которых возможны такие покупки.

Анализатор спектра на пальцах

С точки зрения идеи, анализатор спектра похож на осциллограф, только осциллограф показывает сигналы во временной области (time domain), а анализатор спектра — в частотной области (frequency domain).

Можно думать об осциллографе, как об очень продвинутом вольтметре. По оси OX у осциллографа находится время, а по OY — напряжение. Осциллографу важно измерять сигнал как можно чаще. Это позволяет ему как можно более точно отобразить сигнал на дисплее. Обычно осциллографы имеют от 2 до 4 каналов (входов) с высоким импедансом, порядка 1 МОм.

Анализатор спектра работает иначе, и в целом напоминает радиоприемник, а не вольтметр. Он сравнительно небыстро идет по заданному интервалу частот, измеряет уровень сигнала на каждой частоте, и отображает АЧХ измеряемого усилителя, фильтра, или чего-то такого. Генераторы могут быть измерены анализатором спектра напрямую. Для измерения усилителей, фильтров или аттенюаторов используется следящей генератор. Он подает на вход измеряемого устройства сигнал с известным уровнем и в точности на той частоте, на которой анализатор спектра сейчас измеряет сигнал. Пройдясь таким образом по заданному интервалу частот, получаем АЧХ. По оси OX анализатор спектра показывает частоту, а по OY — децибелы. Устройство имеет один выход (выход следящего генератора) и один вход, оба с импедансом 50 Ом (в некоторых моделях 75 Ом).

Важно! Существует модель Rigol DSA815, без TG в названии. Это устройство не имеет следящего генератора (tracking generator) и практически бесполезно. Я не могу представить, кто и для каких задач стал бы покупать анализатор спектра без следящего генератора.

Заметьте, что анализатор спектра ничего не знает об изменении фазы сигнала. По этой причине с его помощью нельзя, к примеру, получить фазово-частотную характеристику (ФЧХ, phase response) фильтра. Для решения подобных задач используется другой класс устройств, векторные анализаторы цепей (vector network analyzer, VNA).

Но зачем?

Если вы давно следите за этим блогом, то знаете, что АЧХ фильтра можно построить с помощью генератора сигналов и осциллографа. Если же не хватает максимальной частоты генератора или полосы пропускания осциллографа, то можно воспользоваться генератором шума и RTL-SDR. Раз задачу можно решить другими инструментами, то зачем тратиться на анализатор спектра?

Проблема тут вот в чем. Первый метод безусловно работает, но он очень, очень медленный. Допустим, вы хотите получить АЧХ фильтра на интервале от 0 до 25 МГц с замером через каждые 100 кГц. Сделать и записать один замер — это ну пусть будет 5 секунд. Суммарно выходит 20 минут. Но ведь амплитуда сигнала на выходе генератора тоже меняется с частотой, а еще существуют потери в кабелях и т.п. В общем, baseline тоже нужно замерить. Суммарно это уже 40 минут, плюс какое-то время на построить график в LibreOffice. Но это еще не все. Фильтры же хочется подстраивать — крутить КПЕ, растягивать катушки и так далее. Сколько раз подстраивали, столько раз и прибавляем 20 минут. Легко видеть, что использовать этот метод на регулярной основе, мягко говоря, проблематично.

Способ, основанный на генераторе шума и SDR несколько быстрее. Один запуск утилиты rtl_power (полный sweep) занимает около двух минут. Однако этот метод дает ненадежные, плохо повторяемые результаты. В процессе работы генератора шума меняется температура генератора, а вместе с ней и спектр шума. Поэтому все измерения приходится повторять несколько раз, дабы убедиться, что мы не намерили ерунду. И даже после этого нет полного доверия к полученным цифрам. А если еще хочется покрутить КПЕ и порастягивать катушки, то можно сразу расходиться.

Можно еще вспомнить про то, что осциллограф умеет делать быстрое преобразование Фурье (FFT), которое тоже как бы показывает спектр. Не скажу за все осциллографы, но в моем Rigol DS1054Z эта функция совершенно игрушечная. Графики рисуются маленькие, и на них сложно что-то разглядеть, курсоры не занесли, следящий генератор, опять же, не занесли, и так далее. Кроме того, помним, что полоса пропускания «разогнанного» DS1054Z составляет лишь 100 МГц. Значит, у генератора с частотой выше 20 МГц мы не увидим даже 5-ой гармоники. (Точнее, есть шанс ее увидеть, но с какой-то, неизвестной нам, аттенюацией.)

Для сравнения, анализатор спектра строит АЧХ чего угодно моментально и также моментально перестраивает, пока вы крутите КПЕ и растягиваете катушки. Вот просто берет и делает. Безо всех этих сложностей, описанных выше.

Теперь прикинем. Время — ресурс невозобновляемый. Если я потерял 40 минут своей жизни, то я потерял их навсегда, их уже ничто и никогда не вернет. Деньги, с другой стороны, очень даже возобновляемы. Поэтому моя жизненная философия такова: если ты можешь сэкономить себе времени, заплатив за это деньги, соглашайся. Вспомним также, что устройства вроде анализаторов спектра не то чтобы часто ломались или быстро устаревали. Пусть DSA815-TG прослужит мне, ну скажем, десять лет. Это всего лишь 12.5$ в месяц. Могу себе позволить. Наконец, есть основания полагать, что данное устройство поможет мне приобрести новые знания. А мой скромный опыт свидетельствует о том, что инвестиции в себя приносят большие дивиденды.

Тонкости использования

Rigol DSA815-TG является серьезным инструментом, и используется чуточку иначе, чем вы могли привыкнуть. Один из «сюрпризов» поджидает вас при использовании функции TG → Normalize. Когда вы делаете нормализацию, все отрабатывает как надо. В итоге выход следящего генератора принимается равным за 0 dB на выбранном интервале частот. Однако минут через десять, как раз когда вы будете производить измерения, прибор ненадолго подвиснит с сообщением «Calibrating…», после чего покажет плашку «UNCAL». При этом вы заметите, что вся нормализация пошла коту под хвост. Измерения нужно переделывать.

Это поведение описано в «Chapter 4: Troubleshooting & Message» мануала на устройство [PDF]. Дело в том, что для точного снятия показаний анализатору спектра нужно прогреться. Кроме того, по умолчанию в нем включена функция самокалибровки. Когда она включена, устройство само производит калибровку каждые 10 минут первые пол часа работы и раз в час после получаса работы.

Что с этим делать? Проще и правильнее всего — давать устройству пол часа на прогрев после включения. Как альтернативный вариант, вы можете отключить самокалибровку в меню System → Calibrate → Self-Cal. В этом случае вы сможете запустить калибровку вручную в удобное вам время. Это можно сделать в меню System → Calibrate → Cal Now. Следует принять во внимание, что без прогрева точность измерений будет оставлять желать лучшего, с самокалибровкой или без нее.

Эксперименты

В моей домашней лаборатории DSA815-TG разместился на стопке книг за осциллографом DS1054Z:

Пока что я не придумал для него более удачной позиции. Давайте же проведем несколько типичных экспериментов с анализатором спектра.

Например, построим АЧХ режекторного фильтра 88-108 МГц, который ранее мы исследовали в этой заметке:

С помощью маркеров найдем точки -3 дБ:

Устройство сообщает нам частоты 77.666 МГц и 122.500 МГц. Выглядит похожим на то, что мы намерили в прошлый раз.

Будем считать, что УКВ засчитан, и перейдем к КВ. Построим АЧХ режекторного фильтра из коаксиального кабеля:

С помощью так называемых трейсов мы можем видеть на дисплее несколько графиков одновременно. Здесь желтый график соответствует фильтру с разомкнутым концом, а пурпурный график — с закороченным концом. Посмотрим на желтый график. Аттенюация составила -30 дБ на частоте 7.025 МГц и -26 дБ на 21.042 МГц. На пурпурном графике видим -27 дБ на 14.033 МГц и -24 дБ на 28.098 МГц.

На этот раз фильтр все-таки попал на радиолюбительские диапазоны, потому что я не использовал антенный переключатель. Вместо него на конце кабеля был подключен UHF-адаптер «бочка», к которому либо прикручивается, либо не прикручивается закороченный коннектор PL-259. Однако «бочка» все же добавляет кабелю длины, из-за чего частоты смещены ближе к началам диапазонов. Если не подсоединять к кабелю ничего лишнего, то желтый график попадает прямо по центру диапазонов 40 и 15 метров. Отсюда делаем вывод, что в прошлый раз КУ кабеля был измерен правильно, и кабель был обрезан до нужной длины.

С фильтрами все понятно. Давайте посмотрим на спектр LC-генератора Клаппа:

Генератор был предварительно перепаян на частоту 7 МГц. На основной частоте видим 3.4 dBm. На третьей гармонике у нас -10 dBm. Безусловно, сигнал нуждается в фильтрации, и в эфир с ним никак нельзя. Чтобы не создавать помех другим радиолюбителям, гармоники должны быть подавлены на 43+log(P) дБ, где P — излучаемая мощность (см Решение заседания ГКРЧ от 26.09.2005 [PDF]). Также мы помним, что этот генератор легко уплывает по частоте, но это уже другая проблема.

Важно! Максимально допустимый уровень сигнала на входе Rigol DSA815-TG составляет 20 dBm, или 0.1 Вт, или, что тоже самое, 3.16 Vpp. Исследуемый генератор никогда не выдавал больше 2.7 Vpp, поэтому его безопасно подключать с анализатору спектра напрямую. Более мощные сигналы следует подавать через аттенюатор. Заметьте также, что не всякий анализатор спектра допускает подачу на вход постоянного тока. Если у входа вашего анализатора написано «Max 0V DC», всегда используйте развязку по постоянному току. В случае с Rigol DSA815-TG на входе допускается до 50 В постоянки.

Заключение

Итак, мы узнали, в каких задачах полезен анализатор спектра, и как он позволяет сэкономить буквально часы времени. Однако возможные применения анализатора спектра не ограничиваются приведенным списком. Например, при помощи направленного ответвителя или КСВ-моста DSA815-TG можно использовать для измерения КСВ антенн. У меня, конечно, для этой задачи есть антенный анализатор EU1KY, но частота 1.5 ГГц ему и не снилась. В эфире на частотах от 450 до 1500 МГц живут, например, ADS-B и радиолюбительский диапазон 23 см. Измерение КСВ с помощью анализатора спектра будет описано в одном из будущих постов.

Fun fact! Rigol выпускает КСВ-мосты серии VB10xx. Например, Rigol VB1020 на диапазон частот от 1 МГц до 2 ГГц. Но стоят такие мосты как чугунные. То есть, как половина самого DSA815-TG. Существуют куда более бюджетные аналоги.

Я не стал останавливаться на вопросах какую кнопку где нажимать, чтобы получить приведенные выше картинки, потому что интерфейс у Rigol DSA815-TG очень простой. Достаточно провести за ним 15 минут, и все становится понятно. Если, тем не менее, вам хочется посмотреть, как пользоваться этим устройством, рекомендую видео DSA815 TG Basic Spectrum Analysis и DSA815 TG Basic Tracking Generator, снятые James Eagleson. Помимо этих двух видео на канале Джеймса вы найдете много других примеров использования Rigol DSA815-TG. Если же вам интересно, что находится внутри анализатора спектра, рекомендую видео Rigol DSA815 Spectrum Analyser Teardown на YouTube-канале EEVblog.

А на этом у меня все. Если после прочтения статьи у вас остались вопросы, я с радостью отвечу на них в комментариях. Также мне было бы интересно узнать, есть ли у вас анализатор спектра, если да, то какой, и для каких задач вы его используете?

Следящий генератор для анализаторов спектра

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для калибровкиамплитудно-частотной характеристики анализаторов спектра. Цель изобретения — повышение стабильности амплитуды первой гармоники выходного сигнала в широких диапазонах частоты сигнала и температуры окружающей среды. Для достижения цели в устройство, содержащее генератор 1 опорной частоты, преобразователи 2, 3 частоты, широкополосный усилитель 4, введены дифференциальный каскад 5 и регулируемый источник 6 тока. Эти блоки обеспечивают ограничение амплитуды сигнала на стабильном уровне Е, величина которого находится из соотношения Л А 20 Ig < 2/ + 2 sin (arccos -J-) 1 JC1 - К arccos тт - у sin (2 arccos 77), (дБ) где ДА - допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного сигнала от первой гармоники сигнала типа меандр. 2 ил. (Л С

СОЦИАЛ ИС ТИЧ I. =СКИХ

1758574 А1 (sI)s G 01 R 23/00

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759866/21 (22) 29,11,89 (46) 30.08.92. Бюл. N 32 (71) Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт (72) А,М. Грачев и E.È. Борисов (56) 110 MHz Spectrum АпаИзег, mod, TF2370, Reprinted from Marcon

Instrumentation, v. 14, N 3.

«Измерение амплитудно-частотных характеристик и частот спектральных составляющих с помощью анализаторов спектра».

Радиоизмерительная техника. Проспект 3.

4. 1980, с. 7 вЂ” 8. (54) СЛЕДЯЩИЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ АНАЛИЗАТОРОВ СПЕКТРА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для калибровки амплитудно-частотной характеристики анализаторов спектра.

Цель изобретения вЂ” повышение стабильноИзобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для калибровки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) анализаторов спектра, Известен следящий генератор (СГ), используемый при калибровке АЧХ анализаторов спектра (АС), содержащий последовательно включенные опорный генератор. К преобразователей частоты (К 1), вторые входы которых являются входами устройства, широкополосный усилитель (ШПУ), выход которого является выходом СГ (1), Недостатком данного СГ является большая собственная неравномерность АЧХ в диапазоне частот 100 кГц вЂ” 110 МГц, имеющая значение +. 1 дБ. сти амплитуды первой гармоники выходного сигнала в широких диапазонах частоты сигнала и температуры окружающей среды.

Для достижения цели в устройство, содержащее генератор 1 опорной частоты, преобразователи 2, 3 частоты, широкополосный усилитель 4, введены дифференциальный каскад 5 и регулируемый источник 6 тока.

Эти блоки обеспечивают ограничение амплитуды сигнала на стабильном уровне Е, величина которого находится из соотношения

Л А = 20 lg 1 2/j вЂ” + 2 sin (arccos вЂ” )вЂ”

2 К вЂ” К arccos вЂ” вЂ” вЂ” sin (2 arccos вЂ” )), (дБ)

К 2 К где Л А вЂ” допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного сигнала от первой гармоники сигнала типа «меандр».

2 ил, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является следящий генератор для анализатора спектра, содержащий опорный генератор и последовательно соединенные К преобразователей частоты (К >1) вторые входы которых являются входами устройства, и широкополосный усилитель (2).

Указанный следящий генератор содержит также усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, включенный между опорным генератором и первым преобразователем частоты, а также систему автоматической регулировки (АРУ), подключенную к выходу ШПУ, причем выход системы АРУ соединен со вторым входом усилителя, а

1758574 выход ШПУ является выходом следящего генератора.

Данный СГ работает следующим образом, Опорный генератор вырабатывает сигнал частоты f„, равной оконечной промежуточной частоте 1пч AC. Сигнал поступает на усилитель с регулируемым коэффициентом усиления Ку, а затем íà K поСледовательно включенных преобразователей частоты, число которых К равно числу

10 преобразователей в тракте АС, в состав которого входит данный СГ.

Каждый из преобразователей содержит . смеситель, селективный тракт, выделяющий сигнал заданной ПЧ, а также усилители

15 или аттенюаторы. HB второй вход каждого преобразователя СГ подается сигнал соответствующего гетеродина АС. Так.как ПЧ в тракте каждого преобразователя СГ равна

ПЧ соответствующего преобразователя АС, то частота сигнала на выходе К-ro преобразователя 4 равна частоте настройки АС, т. е, fcr = fAc. (1)

Таким образом, частота fcr сигнала СГ в любой момент времени равна частоте настройки АС.

Выходной сигнал К-го преобразователя усиливается ШПУ и поступает на выход СГ.

Амплитуда выходного сигнала ШПУ

Овых определяется соотношением

0вых= Kyc K(fcr)Ucr, (2) где K(fcr) вЂ” амплитудно-частотная характеристики тракта СГ, Uor = const вЂ” амплитуда опорного генератора.

Перестройка частоты fcr следящего генератора происходит посредством перестройки частоты fn соответствующего i-ro гетеродина АС. При этом происходит изменение значения K(fcr), зависящего от частоты. Для стабилизации выходного сигнала СГ в диапазоне частот используется система

АРУ. Основным элементом является детектор. Целесообразность применения системы АРУ заключается в том, что неравномерность АЧХ детектора Кд (fcr) много меньше, чем АЧХ K(fcr> тракта СГ.

Система АРУ вырабатывает сигнал, поступающий на регулируемый усилитель, который в зависимости от того, увеличивается 50 или уменьшается амплитуда выходного сигнала LUflY, уменьшает или увеличивает коэффициент передачи.

Таким образом, АЧХ следящего генератора определяется АЧХ детектора системы 55

APY и имеет меньшую неравномерность й0,5 дБ в диапазоне 100 кГц вЂ” 110 МГц (2j, чем у следящего генератора без системы стабилизации уровня.

Однако стабильность выходного сигнала следящего генератора является недостаточной для калибровки АЧХ анализаторов спектра в диапазоне 100 кГц вЂ” 110 МГц, Кроме того, данный следящий генератор имеет значительную температурную нестабильность. Это обусловлено наличием в схеме APY диода и транзисторов, рабочие точки которых смещаются под воздействием температуры.

Цель изобретения вЂ” повышение стабильности амплитуды первой гармоники выходного сигнала в широких диапазонах частоты и температуры окружающей среды, Поставленная цель достигается тем, что в следящий генератор для анализаторов спектра, содержащий генератор опорной частоты и последовательно соединенные с первого по К-й преобразователи частоты с широкополосный усилитель, причем вторые входы с первого по К-й преобразователей. частоты являются соответственно с первого по К-й входами следящего генератора, введены дифференциальный каскад и регулируемый источник тока, выход которого соединен с токозадающим входом дифференциального каскада, первый вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, второй вход вЂ” с общей шиной, а выход вЂ” с выходной шиной. при этом уровень ограничения выходного сигнала, определяемый коэффициентом К = U/Å, где

U, Е вЂ” амплитуды соответственно наограниченного и ограниченного сигналов, должен удовлетворять соотношению

AA =20 Ig/2/(вЂ” +2 з п (агссоз вЂ” )вЂ”

К 1 вЂ” К агссоз вЂ” вЂ” вЂ” sin (2 arccos вЂ” >1, I К 1

К 2 К где ЬА вЂ” допустимое отклонение амплитуды первой гармоники вь1ходного сигнала от амплитуды первой гармоники сигнала типа *меандр», На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого следящего генератора; на фиг. 2 вЂ” принципиальная электрическая схема регулируемого источника тока и дифференциального каскада.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 опорной частоты, первый преобразователь 2 частоты, К-й преобразователь 3 частоты, ШПУ 4, дифференциальный каскад 5, регулируемый источник

6 тока, выход которого подключен к токозадающему входу дифференциального каскада 5, второй вход которого соединен с общей шиной 7, а выход- с выходной шиной

8. Вторые входы преобразователей 2 и 3 подключены к входным шинам 9 и 10 соответственно.

S (t)В регулируемом источнике 6, имеющем вход 11, к источнику 12 питания Е подсоединены резистор 13, коллектор транзистора

15, резистор 18 и клемма 19 управления.

Резистор 13 вторым выводом соединен с резистором 14 и базой транзистора 15.

Эмиттер транзистора 15 подключен к вь1воду резистора 16 и к базе транзистора 17.

Выводы резисторов 14 и 16 соединены с общей шиной 7. Змиттер транзистора 17 подключен ко второму выводу резистора 18, а коллектор транзистора 17 является выходом источника тока 6, соединенным с токозадающим входом каскада 5, В дифференциальном каскаде 5 токозадающим входом являются соединенные эмиттеры транзисторов 23 и 25. База транзистора 25 подключена к первому входу 11 каскада 5 и резистору 27, а база транзистора 23 подключена ко второму входу каскада

5, соединенному с общей шиной 7, к конденсатору 22 и ко второму выводу резистора 27.

Коллектор транзистора 23 подключен к второму выводу конденсатора 22 и к резисторам 21 и 24, Второй вывод резистора 21 соединен с шиной 20 питания Е, а второй вывод резистора 24 подключен к коллектору транзистора 25 и конденсатору 26, второй вывод которого подключен к выходной шине 8 дифференциального каскада 5.

Устройство работает следующим образом, Опорный генератор 1 вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой for. равной конечной промежуточной частоте 1пч АС.

Сигнал поступает на К последовательно включенных преобразователей частоты, число которых К равно числу преобразований в тракте АС. в состав которого входит данный СГ.

Каждый из преобразователей содержит смеситель, селективный тракт, выделяющий сигнал заданной ПЧ, а также усилитель или аттенюатор. На второй вход каждого преобразователя СГ подается сигнал соответствующего гетеродина АС. Так как ПЧ в тракте каждого преобразователя СГ равна

ПЧ соответствующего преобразователя АС, то частота сигнала на выходе К-го преобразователя 3 равна частоте настройки АС, т. е.

fcr= f Ас, (з) частота fcr сигнала СГ в любой момент времени равна частоте настройки АС.

Выходной сигнал преобразователя 3 усиливается ШПУ 4 и поступает на первый вход каскада 5.

Схема (фиг. 2) работает следующим образом, На Т15 и Т17 собран термостабильный источник тока 6. Резисторы 13, 14, 16 задают режим работы Т15 и устанавливают

55 постоя н ную разность поте н циал о в между источниками питания вЂ” Е и базой Т17 в диапазоне рабочих температур (до 100 С), Вследствие этого через Т17 и ротекает ток Io, зависящий только от величины резистора

18. Резистор 18 является в данной схеме устройства регулировки, посредством которого заменяется величина тока через Т17, На транзисторах 23 и 25 собран дифферен циал ьный каскад 5. Постоя н н ы и ток, протекающий через каскад 5 с источника тока 6, управляется переменным напряжением поступающим на.вход каскада 5 с LUflY

4. Данное напряжение можно считать гармоническим, поскольку вторая гармоника в сигнале ШПУ 4 имеет уровень минус 30 дБ относительно первой гармоники, что обеспечивается характеристиками тракта СГ, имеющего высокую линейность (2), При этом с выхода каскада 5, а значит, и с выходной шины 8 СГ снимаются импульсы, имеющие форму ограниченного синусоидального сигнала с частотой повторения fcr, равной частоте настройки АС, и амплитудой E = loR18.

Амплитуда первой гармоники А1 сигнала СГ определяется выражением т

A> = вЂ” f S () cos (2 г fcr t) d t, (4)

2 где Т = 1/fcr вЂ” период следования импульсов с выходной шины 8 СГ, S(t) вЂ” аналитическое выражение выходного сигнала СГ. агссоз Е/О

0 cos (2 л fcr t); вЂ” 2, arccos E/u л л л

04f 12f (5) Подставляя (5) в (4), получим

A> вЂ” + „sin (arccos +) вЂ” вЂ” arccos Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения периода электрических сигналов при низких отношениях сигнал/шум

Основы использования осциллографов, анализаторов спектра и генераторов

Работа с осциллографом.

Всё начинается с измерительного щупа!

Провод щупа коаксиальный. Центральная жила щупа сигнальная, оплётка земля (минус или общий провод).

На некоторых щупах, особенно на современных осциллографах, внутри встроен делитель напряжения (1:10 или 1:100), который позволяет измерять широкий диапазон напряжений. Перед проведением измерений обращайте внимание на положение тумблера на щупе, во избежании ошибок измерения.

Щуп имеет встроенный компенсационный конденсатор. В полосе низких частот (ниже 300Гц) его влияния на усиление нет, но в полосе 3кГц — 100МГц очевидно существенное изменение усиления.

В осциллографах имеется внутренний генератор меандра, сигнал которого выведен на переднюю панель, на клемму «калибровка». Калибровочный сигнал предусмотрен специально для подстройки компенсационной емкости. Частота этого сигнала обычно равна 1кГц, при размахе в 1В. Щуп подключается к клемме «калибровка» и подстраивается для получения наиболее правильной формы сигнала.

Подключаем щуп к осциллографу.

Вход осциллографа может быть закрытым или открытым. Это позволяет подключать сигнал к усилителю Y либо напрямую, либо через разделительный конденсатор. Если вход открытый, то на усилитель Y будет подана и постоянная составляющая и переменная. Если закрытый только переменная.

Пример 1. Нам нужно посмотреть уровень пульсаций блока питания. Допустим, что напряжение блока питания 12 вольта. Величина пульсаций может быть не более 100 милливольт. На фоне 12 вольт пульсации будут совсем незаметны. В таком случае мы используем закрытый вход. Конденсатор отфильтровывает постоянное напряжение. На усилитель Y поступает только переменный сигнал. Теперь пульсации можно усилить и проанализировать!

Для масштабирования осциллограммы на экране служат ручки Усиление и Длительность .

Ручка Усиление масштабирует сигнал по оси Y. Она определяет цену деления одной клетки по вертикали в вольтах.

Ручка Длительность масштабирует сигнал по оси X. Она определяет цену деления одной клетки по горизонтали в секундах.

Пример 2. Основываясь на значениях которые указывают эти ручки и количество клеток занимаемых сигналом можно определить временные параметры сигнала в секундах и его амплитуду в вольтах. Основываясь на этих данных можно вычислить длительность импульса, паузы, периода и частоту сигнала.

В том случае, когда осциллограмма не помещается на экране и необходимо переместить её вертикально или горизонтально используются ручки вертикального и горизонтального перемещения .

Для удобного отображения циклично повторяющихся сигналов применяется синхронизация . Синхронизация обеспечивает прорисовку отдельных импульсов, начиная всегда с одной и той же точки экрана, благодаря чему создаётся эффект неподвижного изображения.

Режим развёртки определяет поведение осциллографа. Предполагается три режима: автоматический (AUTO), ждущий (Normal), и однократный (Single).

Автоматический режим позволяет получать изображения входного сигнала даже когда не происходит выполнения условий запуска. Осциллограф ожидает выполнения условий запуска в течении определённого периода времени и при отсутствии требуемого пускового сигнала производит автоматический запуск регистрации.

Ждущий режим позволяет осциллографу регистрировать форму сигналов только при выполнении условий запуска. При отсутствии выполнения этих условий осциллограф ждёт их появления, на экране сохраняется предыдущая осциллограмма, если она была зарегистрирована.

В режиме однократной регистрации после нажатия кнопки RUN/STOP осциллограф будет ожидать выполнения условий запуска. При их выполнении осциллограф произведёт однократную регистрацию и остановится.

Система запуска Trigger , определяет момент начала регистрации данных и отображения формы сигнала осциллографом. Если система запуска настроена правильно на экране будут чёткие осциллограммы.

Осциллограф поддерживает ряд видов запуска развёртки : запуск по фронту, запуск по срезу, запуск произвольным фронтом.

Уровень запуска – это значение напряжения, по достижении которого осциллограф начинает прорисовывать осциллограмму.

Работа с анализатором спектра.

Существует общая методика исследования сигналов, которая основана на разложении сигналов в ряд Фурье при помощи алгоритма быстрого вычисления дискретного преобразования Фурье, Fast Fourier Transform ( FFT ).

Данная методика основывается на том, что всегда можно подобрать ряд сигналов с такими амплитудами, частотами и начальными фазами, алгебраическая сумма которых в любой момент времени равняется величине исследуемого сигнала.

Благодаря этому стало возможным анализировать спектр сигналов в реальном времени.

Рассмотрим принцип работы типичного FFT-анализатора .

На его вход поступает исследуемый сигнал. Анализатор выбирает из сигнала последовательные интервалы («окна»), в которых будет вычисляться спектр, и производит FFT в каждом окне для получения амплитудного спектра.

Вычисленный спектр отображается в виде графика зависимости амплитуды от частоты.

Параметр FFT Length , длинна окна – число анализируемых отсчётов сигнала – имеет решающее значение для вида спектра. Чем больше FFT Length, тем плотнее сетка частот, по которым FFT раскладывает сигнал, и тем больше деталей по частоте видно на спектре.

Для достижения более высокого частотного разрешения приходится анализировать более длинные участки сигнала.

Когда нужно проанализировать быстрые изменения в сигнале, длину окна выбирают маленькой. В этом случае разрешение анализа по времени увеличивается, а по частоте – уменьшается. Таким образом, разрешение анализа по частоте обратно пропорционально разрешению по времени.

Один из простейших сигналов – синусоидальный. Как будет выглядеть его спектр на FFT-анализаторе? Оказывается, это зависит от его частоты. FFT раскладывает сигнал не по тем частотам, которые на самом деле присутствуют в сигнале, а по фиксированной равномерной сетке частот.

Если частота тона совпадает с одной из частот сетки FFT, то спектр будет выглядеть «идеально»: единственный острый пик укажет на частоту и амплитуду тона.

Если же частота тона не совпадает ни с одной из частот сетки FFT, то FFT «соберёт» тон из имеющихся в сетке частот, скомбинированных с различными весами. График спектра при этом размывается по частоте. Такое размытие обычно нежелательно, так как оно может закрыть собой более слабые сигналы на соседних частотах.

Чтобы уменьшить эффект размытия спектра, сигнал перед вычислением FFT умножается на весовые окна – гладкие функции спадающие к краям интервала.

Они уменьшают размытие спектра за счёт некоторого ухудшения частотного разрешения.

Простейшее окно – прямоугольное: это константа 1, не меняющая сигнала. Оно эквивалентно отсутствию весового окна.

Одно из популярных окон – окно Хэмминга . Оно уменьшает уровень размытия спектра примерно на 40 дБ относительно главного пика.

Весовые окна различаются по двум основным параметрам: степени расширения главного пика и степени подавления размытия спектра («боковых лепестков»). Чем сильнее мы хотим подавить боковые лепестки, тем шире будет основной пик. Прямоугольное окно меньше всего размывает верхушку пика, но имеет самые высокие боковые лепестки.

Окно Кайзера обладает параметром, который позволяет выбирать нужную степень подавления боковых лепестков.

Другой популярный выбор – окно Хана . Оно подавляет максимальный боковой лепесток слабее, чем окно Хэмминга , но зато остальные боковые лепестки быстрее спадают при удалении от главного пика.

Окно Блэкмана обладает более сильным подавлением боковых лепестков, чем окно Хана .

Для большинства задач не очень важно, какой именно вид весового окна использовать, главное, чтобы оно было. Популярный выбор – Хан или Блэкман . Использование весового окна уменьшает зависимость формы спектра от конкретной частоты сигнала и от её совпадения с сеткой частот FFT.

Чтобы компенсировать расширение пиков при применении весовых окон, можно использовать более длинные окна FFT: например, не 4096, а 8192 отсчета. Это улучшит разрешение анализа по частоте, но ухудшит по времени.

Работа с генератором сигналов.

Когда речь идёт об измерительной технике, то первое, что приходит в голову, это, как правило, осциллограф или логический анализатор ( регистрирующие приборы ).

Однако эти приборы способны выполнять измерения лишь в том случае, если на них поступает сигнал.

Можно привести множество примеров, когда такой сигнал отсутствует, пока на исследуемое устройство не будет подан внешний сигнал.

Пример. Нужно измерить характеристики разрабатываемой схемы и убедиться, что она соответствует требованиям.

Поэтому набор приборов для измерения характеристик электронных схем должен включать в себя источники воздействующего сигнала и регистрирующие приборы.

Генератор сигналов представляет собой источник воздействующего сигнала.

В зависимости от конфигурации генератор может формировать аналоговые сигналы, цифровые последовательности, модулированные сигналы, преднамеренные искажения, шум и многое другое.

Генератор может создавать «идеальные» сигналы или добавлять к сигналу заданные искажения или ошибки нужной величины и типа.

Сигналы могут иметь всевозможные формы:

синусоидальные сигналы;
меандры и прямоугольные сигналы;
треугольные сигналы и пилообразные;
перепады и импульсные сигналы;
сложные сигналы.

К сигналам сложной формы относятся:

сигналы с аналоговой, цифровой, широтно-импульсной и квадратурной модуляцией;
цифровые последовательности и кодированные цифровые сигналы;
псевдослучайные потоки битов и слов.

Одной из разновидностей генераторов является генератор качающейся частоты. Это особый вид генератора сигналов, в котором частота выходного сигнала плавно изменяется в определенном интервале, а затем быстро возвращается к начальному значению. В это время амплитуда выходного сигнала остается постоянной.

Если в распоряжении радиолюбителя есть осциллограф, то пользуясь им совместно с генератором качающейся частоты можно легко проверить и настроить кварцевые, электромеханические и LC-фильтры, радиочастотный и ПЧ тракты приемника или передатчика, исследовать АЧХ радио- и телеаппаратуры в широком интервале частот.

Результаты сравнения технических характеристик и внутреннее устройство измерительного комплекса будут подробно описаны в следующем видео.