Что такое трекинг генератором

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 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 нескольки десятков миллисекунд. Максимальное время цикла, при необходимости, может быть практически сколь угодно долгим. [4]

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]

Ликбез по массовым цифровым анализаторам спектра радиочастот

Маркерные измерения

В дальнейших экспериментах нам потребуется достаточно точный цифровой генератор сигналов, например Tektronix AFG 3000 [6]. Подключите выход генератора к входу анализатора. Будьте внимательны: генератор может развивать недопустимо большой сигнал! Установите генерацию треугольного сигнала с частотой 1 МГц и двойной амплитудой 1 В. Включите выход генератора кнопкой Chanel On и, нажав кнопку Autoset анализатора, получите спектр сигнала и установите основные параметры анализатора в соответствии с рис. 20. Будет отчетливо виден спектр с первой гармоникой и рядом быстро затухающих высших гармоник.

Рис. 20. Пример построения спектра треугольного сигнала с установкой 4 маркеров на пики первых четырех гармоник

Полноценные маркерные измерения у анализатора спектра сосредоточены в позиции меню Marker, которая выводится при нажатии кнопки Marker в одноименной группе из трех кнопок. Одновременно с меню появляется сам маркер в виде белого ромбика на пике спектральной линии (рис. 20). Маркер можно перемещать по кривой спектра вращением поворотной ручки. Значения уровня и частоты сигнала в месте расположения маркера выводятся на экран дисплея. Всего можно вывести 4 маркера или 4 пары дельта-маркеров.

Меню Marker имеет следующие позиции:

• Select Marker — выбор и включение до четырех маркеров.
• Normal — установка обычного маркера (с перемещением поворотной ручки и захватом максимума ближайшего пика).
• Delta — установка дельта-маркера (маркера для измерения приращений относительно опорного маркера), перемещаемого относительно опорного маркера IR (рис. 21).

Рис. 21. Пример вывода пары дельта-маркеров

Delta Pair — вывод пары дельта-маркеров с независимым управлением.

Span Pair — задание Span маркерами с независимым управлением.

Off— отключение изображения маркера.

More — вызов второй части меню.

Marker Trace — привязка маркера к кривой спектра.

Readout — вывод вида измерений (Frequency — частота, Period — период, Time — время).

Marker Тable — вывод таблицы с параметрами маркеров (рис. 22).

Рис. 22. Пример вывода таблицы с данными маркеров (спектр дан для треугольного сигнала)

Marker All Off— отключение изображения всех маркеров.

Маркеры обеспечивают гораздо более высокую точность измерений, чем масштабная сетка или курсор. Особенно это касается измерений положения и высоты пиков спектра. Дело в том, что маркер автоматически устанавливается на цифровой отсчет с максимальным уровнем и запускает измерение частоты и уровня отсчета цифровыми методами. Например, положение пика измеряется входящим в прибор цифровым частотомером, и при удачном выборе условий измерения погрешность может уменьшаться до значений порядка 10 -6 -10 -5 , сравнимых с погрешностью опорной частоты. Конкретные значения погрешности маркерных измерений указаны в техническом описании к прибору, и при ответственных измерениях их надо внимательно изучить.

Параметры (частота и уровень) последнего установленного маркера отображаются на экране. Уровень измеряется в различных единицах, которые задаются в позиции Y Axis Units меню установок уровня. Учтите, что уровень гармоник (высоты спектральных линий гармоник) и амплитуда синусоидальных сигналов — это разные понятия. Уровень гармоник задается в средних значениях сигнала или в децибелах мощности:

где Р₁ — это 1 Вт для дБВт, 1 мВт для дБмВт и т. д. Речь идет о мощности, выделяемой на входном сопротивлении анализатора спектра с номиналом 50 Ом. Иногда используются и децибелы напряжения:

где U₁ — единица измерения напряжения, например 1 В, 1 мВ, 1 мкВ и т. д.

Исследование сигналов со специальными спектрами

Импульсные сигналы имеют спектр с большим числом высших гармоник. Теоретическое описание спектров таких сигналов можно найти в учебниках по радиотехнике и в [3, 7]. Подавать такие сигналы на вход анализатора спектра надо с большой осторожностью. Так, сигналы с большой скважностью могут иметь недопустимо большую амплитуду. Сигналы в виде треугольных симметричных импульсов и меандра со скважностью 2 не имеют постоянной составляющей, и их можно спокойно подавать на вход анализатора прямо, ограничив амплитуду по мощности на допустимой величине. Они имеют только нечетные гармоники.

Часто применяемые несимметричные прямоугольные импульсы имеют постоянную составляющую, которую лучше исключить. Например, прямоугольные импульсы с коэффициентом заполнения 0,1 и двойной амплитудой 1 В надо просто задать с верхним уровнем 0,9 и нижним -0,1. Для импульсов с уровнями 0 и 1 В можно также использовать сдвиг уровня генератора OffSet = -0,1 В. Установки анализатора, показанные на рис. 23, обеспечивают построение спектра таких импульсов. Он очень напоминает классический спектр этих импульсов, часто приводимый в учебниках. Но есть отличия: вид огибающей спектра характерен для логарифмического масштаба по вертикали, а спад огибающей амплитуды гармоник происходит не до нуля, а до конечного малого уровня. Внизу видна шумовая дорожка. В спектре есть как четные, так и нечетные гармоники.

Рис. 23. Спектр прямоугольного импульса с коэффициентом заполнения 0,1

Этот сигнал обладает широким и практически неограниченным (при идеальных перепадах) спектром. Теоретически огибающая спектра периодически обращается в нуль на частотах 1/t_и, где t_и — длительность импульса.

Важной задачей радиотехники является создание и применение сигналов с ограниченным спектром. Лишь анализатор спектра способен полноценно исследовать сигналы с подобным спектром. Интересными спектральными свойствами обладает сигнал вида sin(t /τ _и)/(t /τ _и) (рис. 24).

Рис. 24. Осциллограмма импульса sin(t /τ _и)/(t /τ _и)

Теоретически он имеет спектр, у которого амплитуда гармоник постоянна до частоты f = 1/τ_и, где τ_и — постоянная времени изменения амплитуды, а затем она становится нулевой. Гармоники имеют частоты, кратные частоте повторения импульсов (1 МГц в нашем примере).

Реальный спектр такого сигнала, полученный от генератора произвольных функций AFG 3000 фирмы Tektronix, показан на рис. 25. Обрыв амплитуды гармоник хотя происходит и не идеально, но достаточно резко. Спектральный пик первой гармоники отмечен маркером. По спектру легко определить параметр τ_и, который по осциллограмме определить трудно.

Рис. 25. Спектр сигнала sin(t /τ _и)/(t /τ _и) при частоте повторения 1 МГц

Еще один интересный сигнал — импульс Гаусса. Осциллограмма таких импульсов показана на рис. 26. Она маловыразительна. Для уменьшения постоянной составляющей кривая сигнала смещена примерно на 200 мВ вниз. На ограниченность спектра указывает лишь плавный переход пиков сигнала к нулю.

Рис. 26. Осциллограмма импульсов Гаусса

А вот спектр такого сигнала (рис. 27) показывает, что после довольно резкого спада амплитуд гармоник их уровень становится пренебрежительно малым. Модуляция таким сигналом ВЧ-сигналов позволяет эффективно решить проблему уменьшения паразитных частот за пределами полосы частот модулированного сигнала. Это важно для многоканальных систем связи.

Рис. 27. Спектр импульсов Гаусса

Оценка искажений спектра в низкочастотной области

Приведенные примеры наглядно показывают, что даже массовый анализатор спектра радиочастот позволяет эффективно строить спектры импульсных сигналов с достаточно высокими частотами повторения. Низкочастотная граница у этих анализаторов равна 9 кГц, так что можно ожидать, что в области десятков кГц спектры импульсов будут отображаться без заметных искажений. Но насколько хорошо?

Тут вновь полезен сигнал sin(t /τ _и)/(t /τ _и), имеющий, что уже отмечалось, практически постоянную амплитуду гармоник спектра в определенном диапазоне частот. Задав такой сигнал с частотой повторения 10 кГц, можно просмотреть спектр (рис. 28), дающий прекрасное представление об искажениях анализатора в области низких частот. Нетрудно заметить, что пики гармоник имеют практически постоянную высоту начиная с 70-80 кГц. На более низких частотах уровень гармоник начинает заметно снижаться. Первая гармоника с частотой 10 кГц едва фиксируется.

Рис. 28. Спектр сигнала sin(t /τ _и)/(t /τ _и) при частоте повторения 10 кГц

Эти данные нужно учитывать при оценке возможностей описанных здесь анализаторов и при исследовании низкочастотных сигналов. Следует учитывать и то, что речь идет об анализаторах спектра радиочастот, которые начинаются со 100 кГц. Так что приборы вполне оправдывают свое назначение, а нижняя частота в 9 кГц, скорее, имеет рекламный «оттенок».

Спектральный анализ модулированных сигналов

В радиосвязи используются различные типы модуляции сигналов. Даже простейшая модуляция — амплитудная (АМ) — может вызвать проблемы при исследовании спектров сигналов. Теоретически спектр синусоидального сигнала с АМ другим, более низкочастотным сигналом имеет три спектральные линии: линию несущей частоты f и две расположенные по обе стороны от несущей линии боковых частот f₀-f_M и f₀-f_M. Например, в радиовещании на коротких волнах частота f₀ лежит в пределах от 1,5 до 30 МГц, а f_u куда ниже: от десятков Гц до десятка кГц. Таким образом, обычно f₀ >> f_H, и при RBW > f_u спектральные линии могут сливаться из-за конечной ширины пиков.

Спектры реальных АМ сигналов легко строятся только дорогими анализаторами спектра с малыми RBW 24.06.2011 | Измерительное оборудование
Оставить комментарий

Портативный анализатор спектра с трекинг-генератором Arinst SSA TG LC

Arinst SSA TG LC – это портативный панорамный анализатор спектра, который предназначен для отображения спектров сигналов в основном диапазоне частот от 36 до 3000 МГц.

Прибор позволяет определить амплитуду и частоту спектральных компонент, входящих в состав сигнала.

Анализатор спектра отображает спектры сигналов всех распространенных технологий: Wi-Fi, 2G, 3G, 4G, LTE, CDMA, DCS, GSM, GPRS, ГЛОНАСС и т.д.

Важной особенностью устройства является наличие дополнительной функции следящего генератора.

Кроме основного диапазона частот 36-3000 МГц прибор имеет дополнительный расширенный диапазон от 3000 до 5990 МГц, в котором ошибка измерений выше, чем в основном диапазоне. При работе в расширенном диапазоне следует использовать прибор только для отображения сигналов для их оценки, но не для измерений.

Для кого?

Прибор предназначен в первую очередь для полевых работ, он имеет очень малые размеры и вес, отличается невысоким энергопотреблением. С его помощью сервисные центры и ремонтные бригады могут на месте выполнить ВЧ-анализ для проведения пусконаладочных или ремонтных работ. Кроме этого, наш анализатор идеально подходит для мастерских и радиолюбителей.

Например, с помощью прибора можно выполнить следующие работы:

• навести внешнюю антенну на базовую станцию
• провести экспресс-анализ радиочастотной обстановки
• проверить правильность работы репитера сотовой связи
• провести ремонт и настройку репитера, генератора, фильтра и т.д.

Как работает?

Анализатор спектра выполнен в виде мобильного прибора, который подключается в измеряемую цепь. В отличие от анализатора Arinst SSA TG анализатор Arinst SSA TG LC, во-первых, не имеет встроенного аккумулятора и питается по USB кабелю и, во-вторых, не имеет Bluetooth-модуля. Передача всех данных и питание происходит по USB кабелю. Данное решение позволило снизить стоимость анализатора Arinst SSA TG LC по сравнению с Arinst SSA TG.

Прибор управляется одним из двух способов:

— при помощи смартфона или планшета под управлением Android

— через компьютер или ноутбук с операционной системой Windows.

Так как данные между прибором и смартфоном/планшетом/компьютером передаются по USB-кабелю, и по нему также осуществляется питание прибора, то смартфон и планшет должны поддерживать USB OTG (обычно это все новые устройства с Android 6 или выше).

Все измеренные данные в реальном времени отображаются на экране смартфона/планшета/компьютера.

Программу для управления анализатором спектра при помощи смартфона или планшета можно установить из Google Play или скачать отсюда .

Программу для управления анализатором спектра при помощи компьютера или ноутбука можно скачать отсюда .

Управление анализатором при помощи внешних программ

Существует возможность управления устройством при помощи внешних программ.

Можно отправить на устройство команду совершить измерение (сканирование диапазона) со следующими параметрами:

• начальная частота
• конечная частота
• шаг измерения
• значение аттенюатора

После выполнения команды устройство Arinst SSA TG LC отправит клиенту (микроконтроллеру, компьютеру, мобильному устройству и т.п.) сообщение, содержащее измеренные значения амплитуд при заданных значениях частот. Пользователь может записывать полученные данные в файл, базу данных и т.п.

Пользователь имеет возможность настроить автоматические измерения спектра и использовать анализатор Arinst SSA TG LC в своей системе.

Пример использования функции можно скачать отсюда .

Arinst SSA-TG R2s портативный анализатор спектра с трекинг-генератором

Диапазон частот 35—6200 МГц
Динамический диапазон 75-80 дБ
Высокая скорость сканирования при любой полосе обзора
Диаграмма «водопад» (ЧВД)
Диаграмма «цифровой фосфор»
Встроенный генератор сигнала

• Описание
• Характеристики
• Комплектация
• Видеообзоры
• Скачать (2)

• Руководство по эксплуатации. Анализатор спектра Arinst SSA-TG R2s.pdf
• Паспорт. Анализатор спектра Arinst SSA-TG R2s.pdf

Портативный анализатор спектра ARINST SSA TG R2s предназначен для отображения спектров сигналов в диапазоне частот 35-6200 МГц. Прибор предназначен для определения амплитуды и частоты спектральных компонент, входящих в состав сигнала. Прибор отображает спектры сигналов всех распространенных технологий: Wi‑Fi, 2G, 3G, 4G, LTE, CDMA, DCS, GSM, GPRS, ГЛОНАСС и т.п. Сигнал отображается на экране прибора в виде графика спектра, частотно-временной диаграммы, трассы и диаграммы с технологией «цифрового фосфора». Наличие встроенного генератора сигналов позволяет производить замеры АЧХ активных и пассивных устройств (усилителей, репитеров, фильтров) и измерять коэффициент отражения и коэффициент стоячей волны (КСВ).

Отличия ARINST SSA-TG R2s от ARINST SSA-TG R2 :

• высокая полка шума (низкая чувствительность) во всем диапазоне частот. Не подходит для монтажных бригад.
• нет возможности управления прибором и передачи данных по Bluetooth;
• нет ПО для управления прибором при помощи устройств на базе Android и Windows;
• не нормирован уровень выходной мощности трекинг-генератора;
• вертикально ориентированный экран.

Применение

ARINST SSA—TG R2s предназначен в первую очередь для эксплуатации в полевых условиях. Устройство с малым энергопотреблением выполнено в легком и прочном корпусе. С помощью прибора сервисные центры и ремонтные бригады могут оперативно проводить ВЧ-анализ при выполнении пусконаладочных или ремонтных работ. Кроме этого, прибор идеально подходит для ремонтных мастерских и радиолюбителей.

ВНИМАНИЕ! Данный анализатор не подходит для монтажных бригад, занимающихся установкой антенн для мобильного интернета по причине низкой чувствительности (высокой полке шума) прибора.

С помощью прибора можно выполнить следующие работы:

• навести внешнюю антенну на базовую станцию;
• провести экспресс-анализ радиочастотной обстановки;
• проверить правильность работы (усилителя) репитера сотовой связи;
• провести ремонт и настройку (усилителя) репитера, генератора, фильтра и т.д.;
• измерить АЧХ устройств, КСВ и коэффициент отражения при использовании внешнего направленного ответвителя и комплекта калибровочных мер.

Управление прибором

Анализатор спектра представляет собой портативное устройство, которое подключается к измеряемой цепи и имеет независимый источник питания. Прибор имеет 3,2-дюймовый цветной резистивный сенсорный экран для отображения спектра сигнала и управления устройством.

Преимущества

• низкая цена;
• 3,2” цветной резистивный дисплей;
• широкий диапазон отображаемых частот: 35-6200 МГц;
• быстрое сканирование частотного диапазона: 2,2 ГГц/с;
• высокая точность измерений в пределах динамического диапазона;
• встроенный генератор сигнала с диапазоном частот от 35 до 6200 МГц;
• малая масса и размеры: 400 грамм при габаритах 155х81х27 мм;
• автономный источник питания обеспечивает до 3 часов непрерывной работы.

график спектра, ЧВД, трасса, цифровой фосфор

Основные функции приложения для управления прибором:

• Просмотр спектра сигналов в виде графиков с установкой диапазона частот и референсного уровня

• В дополнительном режиме «трасса» происходит отображение минимальных значений сигнала (зеленая трасса), максимальных значений (красная трасса) или средних значений (желтая трасса)

• Дополнительный режим отображения частотно-временной диаграммы сигнала (ЧВД) позволяет анализировать предысторию сигнала за некоторый интервал времени. За счет избирательности цветового восприятия человека с помощью ЧВД возможно обнаружение сигналов на уровне шума

• Дополнительный режим отображения «цифровой фосфор» является альтернативным способом визуализации частотно-временной диаграммы, при котором амплитуды сигналов отображаются на шкале, а их временное расположение задается цветом

• В режиме работы «Трекинг» встроенный генератор формирует сигналы в заданном пользователем диапазоне частот обзора. В режиме «Трекинг» можно снять амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) исследуемого оборудования

• Прибор в режиме измерений параметра S11 использует скалярную SOL калибровку. Данные измерения не являются векторными, то есть обеспечивают компенсацию только амплитуды сигнала без учета фазы

• В режиме измерения КСВ график отображается с вертикальной осью в виде числового коэффициента стоячей волны, на горизонтальной оси отображается заданный диапазон частот сигнала

Не входит в комплект поставки

• внешние аттенюаторы. Максимальная мощность входного сигнала ограничена значением +5 дБм. Если необходимо измерить большее значение, пользователь должен самостоятельно подобрать аттенюаторы с необходимыми значениями;
• измерительные антенны, СВЧ переходники, разъемы, согласованные нагрузки, направленные ответвители и т.п.

Ограничения

Анализатор спектра ARINST SSA-TG R2s не является измерительным прибором, так как не имеет утвержденного типа средства измерений. Утверждение типа средства измерений негативно повлияло бы на доступность и цену прибора. Поэтому анализатор спектра с официальной точки зрения является индикатором поля. Однако, несмотря на это, прибор полностью соответствует всем заявленным техническим характеристикам.

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?

Что такое трекинг генератором

_________________
Ничто так не укрепляет взаимное доверие, как 100% предоплата! Дмитрий, RK3AOR.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

_________________
Ничто так не укрепляет взаимное доверие, как 100% предоплата! Дмитрий, RK3AOR.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Приглашаем всех желающих 13 октября 2021 г. посетить вебинар, посвященный искусственному интеллекту, машинному обучению и решениям для их реализации от Microchip. Современные среды для глубинного обучения нейронных сетей позволяют без детального изучения предмета развернуть искусственную нейронную сеть (ANN) не только на производительных микропроцессорах и ПЛИС, но и на 32-битных микроконтроллерах. А благодаря широкому портфолио Microchip, включающему в себя диапазон компонентов от микроконтроллеров и датчиков до ПЛИС, средств скоростной передачи и хранения информации, возможно решить весь спектр задач, возникающий при обучении, верификации и развёртывании модели ANN.

Компания TRACO представила ультракомпактные ИП, монтируемые на печатную плату. В семейство входят три серии с выходной мощностью 3, 5 и 10 Вт. Особенность серий – малогабаритность; серии на 3 и 5 Вт имеют посадочный размер 1″x1″ (25,4×25,4 мм), а модели на 10 Вт имеют размер 1,5″х1″ (38,5х25,4 мм). При этом эти серии ИП обладают усиленной изоляцией и предназначены для широкого применения в различных приложениях.

С моими данными совпадает. В Нижнем, года 3 назад мне предлагали по 2-2,5 за горелый. Так что, если речь вести об аналоговом измерении, то вполне можно взять 1-2 неисправных и починить. Тем более, что у такого прибора будут настроены входные делители, выведены правильные разъёмы, что уже таких денег стоит. Х1-50 можно использовать и на гармониках, к примеру до 2 ГГц без проблем.

Другое дело цифровой прибор. И автор поднимает вопрос до 150 МГц. Сейчас есть МС детекторов аж до 8 ГГц по ценам до 10-15 Евро и DDS немного дороже, но за то, всё это будет цифра.
Вот на вскидку — AD8307: Low Cost, DC to 500 MHz, 92 dB Logarithmic Amplifier — разумеется это маленький чип, который может уместиться прямо в детекторной головке.
То же и с DDS.. хоть специально я не задумывался, но в принципе возможно сделать цифровой ГКЧ так де в виде утолщённого щупа, при этом, отпадает необходимость таскать за собой кабель от источника сигнала.

А вот, кстати, сходу и нашёл про ДГ на AD8307:

Источник

_________________
Искусство общения было до нас.

_________________
Ничто так не укрепляет взаимное доверие, как 100% предоплата! Дмитрий, RK3AOR.

_________________
Искусство общения было до нас.

Это я тоже знаю, но без треккинг генератора мне не подходит и выше 200МГц тоже не нужно. Получается как кувалдой забивать маленький гвоздь. Стоимость приборов сильно повышается с повышением частоты и если СВЧ не используется, то зачем деньги выбрасывать на ветер?

_________________
Валерий YL2GL http://yl2gl.ucoz.net

Если трекинг-генератор при анализаторе спектра, то какая разница, какой спектр у трекинга — все равно анализатором будет выделяться основная гармоника? Это же не Х1-47 с детекторной головкой!

UA3BL
Но любые отзывы было бы увидеть интересно!
Поздравляю с покупкой!

Если трекинг-генератор при анализаторе спектра, то какая разница, какой спектр у трекинга — все равно анализатором будет выделяться основная гармоника? Это же не Х1-47 с детекторной головкой!

UA3BL
Но любые отзывы было бы увидеть интересно!
Поздравляю с покупкой!