СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2013

В ВЕДЕНИЕ Для многих поколений радиоинже неров существовали простые правила: хочешь исследовать сигнал в частотной области–используй анализатор спект ра, а хочешь исследовать сигнал во вре менной области – бери осциллограф. Классический анализатор спектра, в сущности, был построенна основе сме сителя, использующего перестраивае мый гетеродин для сканирования диа пазона частот. Осциллограф устроен ещё проще: напряжение входного сиг нала использовалось для отклонения луча ЭЛТ вверх и вниз по экрану для отображения изменений сигнала во времени. Измерения в частотнойоблас ти (частота, мощность в полосе частот, полоса сигнала и т.п.) выполнялись с помощьюанализатора спектра, а изме рения во временной области (длитель ность импульса и частота повторения, временные характеристики сигнала и т.п.) – с помощью осциллографа. Когда цифровая революция упрости ламетодыобработкисигналовисделала их широкодоступными, грань между двумя платформами стала размываться. Осциллографы начали использовать быстрое преобразование Фурье (БПФ), рассчитывающее по показаниям этих приборов представление в частотной области. Анализаторы спектра стали за хватывать сигналывовременнойоблас ти и обрабатывать их, чтобы получить изображение спектра. И всё же, неко торые различия между этими двумя платформами до сих пор сохранились. Осциллографы имеют ограниченную частоту дискретизации и позволяют ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013 наблюдатьсигналыотпостоянноготока, нолишьдонесколькихГГц. Анализаторы спектрамогут заглянутьдалековмикро волновый диапазон, но упускают в ходе качаниячастотыпереходныепроцессы. А что, если вы хотите увидеть сигнал во временнойобласти, но егонесущая час тота составляет 40 ГГц? Или захватить весьширокополосныйимпульс вX диа пазоне? По мере развития технологий РЭБ, РЛС и радиосвязи требования к контрольно измерительному оборудо ваниюпостоянно ужесточаются. Методыцифровой обработки сигна лов (ЦОС) открыли новые перспекти выне только для ВЧ и СВЧ оборудова ния, но и для контрольно измеритель ных приборов. Анализаторы спектра и осциллографы могут теперь значи тельно больше, чем всего несколько лет назад, и по мере расширения их возможностей различия между ними становятся всё меньше и иногда исче зают полностью. Следует отметить, что желание исследовать сигнал в частот ной или временной области практи чески не оказывает влияния на выбор платформы. Имеющееся программное обеспечение (ПО) анализа данных (та кое как Agilent 89601B) одновременно отображает сигнал во временной и час тотной областях, а также предлагает многие другие режимы анализа. При наличии такого ПО разница между анализатором спектра, как устройст вом, работающим в частотной области, и осциллографом, как устройством, ра ботающим во временной области, практически исчезает. Цифровая ре волюция изменила принципы работы анализаторов спектра и осциллогра фов на фундаментальном уровне. А НАЛИЗАТОРЫ СПЕКТРА Сегодня большинство анализаторов спектра имеют полностью цифровую схемуобработкисигнала(ЦПОС).Нари сунке1представленаупрощённаяструк турная схема рассматриваемого прибо ра. Как и в классическом анализаторе спектра, частотавходногосигналапони жаетсядозначительноболеенизкойпро межуточной частоты (ПЧ). Этот сигнал оцифровывается аналого цифровым преобразователем (АЦП) и обрабатыва ется с помощью ЦПОС. Современный анализатор спектра предлагает два ре жимаработы:качаниечастотыгетероди надляотображениясигналоввшироком диапазоне частот или фиксированную частотугетеродинадляотображениявсех составляющихвполосеанализа,которая определяется частотой дискретизации. Основнымпреимуществомэтогометода является повышенная точность и на дёжность, поскольку вместо аналоговых компонентов работают цифровые, и погрешности, свойственные аналого вым компонентам, можно существенно уменьшить. Классические компоненты анализатора спектра, такие как поло совые фильтры ПЧ и логарифмические усилители, реализуются теперь в циф ровомвиде,чтоделаетихболееточными ивоспроизводимыми. Два дополнительных преимущества обеспечиваются возможностьюостано вакачаниягетеродинаисбораданныхна одной частоте. Первое преимущество заключаетсяввозможностинаблюдения широкополосного сигнала во времен ной области, поскольку сигнал теперь оцифровываетсяизаписывается.Основ ноеотличиеотосциллографазаключает сявтом,чтоанализаторспектрапонижа ет частоту сигнала, поэтому данные ото Вход ВЧ Перестраиваемый аттенюатор Полосовой фильтр ВЧ ПЧ LO 14-разрядный АЦП Генератор качающейся частоты Гетеродин Частота дискретизации ЦОС Сохранение и отображение Пред- усилитель Рис. 1. Упрощённая структурная схема анализатора спектра Измерения в частотной области: анализатор спектра или осциллограф? Дональд Вандервейт Развитие контрольно измерительных технологий размывает грань между измерительными платформами и открывает перед инженерами новые возможности. ©СТА-ПРЕСС