اسپکتروم آنالایزر چیست و چه کاری انجام می دهد؟

اسپکتروم آنالایزر یا طیف سنج وسیله ای برای آزمایش و بررسی ترکیب طیفی شکل موج سیگنال های الکتریکی، صوتی یا نوری است که ممکن است برای اندازه گیری توان طیف نیز از آن استفاده شود.

اسپکتروم آنالایزر برای اندازه گیری و نمایش انواع سیگنال های قوی و ضعیف مخابراتی در حوزه فرکانس. مقدار سیگنال نمایش داده شده در محور (X) این دستگاه بر حسب فرکانس و مقدار عمودی به موازات محور (Y) میزان آمپلی تیود سیگنال را نمایش می دهد. به این دستگاه فوریه نگار هم گفته می شود.

طیف چیست؟

قبل از ورود به توصیف جزئیات طیف سنج، ممکن است از خودمان بپرسیم که ” اصلا طیف چیست و چرا می خواهیم آن را آنالیز و تحلیل کنیم؟
اندازه گیری ها در حوزه فرکانس برای ما مشخص می کند که چه میزان انرژی در هر فرکانس وجود دارد.
طیف دسته ای از امواج سینوسی است که ترکیب صحیح آنها با هم ، سیگنال مورد بررسی را در حوزه زمان تولید می کنند.

هدف این است که توسط اسپکتروم آنالایزر پارامترهایی همچون شدت سیگنال، توان سیگنال بر حسب dB و watt، فاز نویز، و ... را در پهنای باندهای مختلف اندازه گیری کنیم.

کاربردهای اسپکتروم آنالایزر :

اسپکتروم آنالایزرها اغلب برای عیب یابی مدارهای الکتریکی با مشاهده شکل موج سیگنال های عبوری از آنها در فواصل کوتاه و طولانی استفاده می شوند. برای مثال، اگر می‌خواهید یک فرستنده RF را اندازه گیری کنید، ممکن است از یک آنالایزر برای اندازه‌گیری توان خروجی به عنوان تابعی از فرکانس استفاده کنید. از متداول ترین کاربرد های آن می توان به دو کاربرد زیر اشاره کرد.

• کاربرد های صوت شناسی(Acoustic uses)
• کاربرد های فرکانس رادیویی(RF uses)

1- کاربرد های صوت شناسی (Acoustic uses):

در صوت شناسی(acoustics)، طیف نگار(spectrograph)  موج صوتی را به طیف نگاشت صدا(sound spectrogram) تبدیل می کند. نخستین طیف نگار صوتی در طی جنگ جهانی دوم و در آزمایشگاه بل تولید شد و از آن استفاده های بسیاری در تحقیقات علوم گفتاری، صوت شناسی، آواشناسی (phonetics) و شنود شناسی (audiology) می‌شد، تا این‌که با ظهور تکنیک‌های پردازش سیگنال دیجیتال کنار گذاشته شد و حالا طیف سنج اندازه گیری‌های مربوط به این علوم را پوشش داده است.

2- کاربرد های فرکانس رادیویی (RF uses):

طیف سنج در علوم مخابراتی کاربرد های فراوانی دارد. به عنوان مثال برای تعیین پهنای باند اشغال شده شبکه و پیدا کردن منابع نویز از طیف سنج استفاده می شود.
افرادی که در زمینه مخابرات بی سیم کار می کنند، توجه شدیدی به سیگنال های ناخواسته ی خارج از باند و اعوجاج هارمونیک (harmonic distortion) سیگنال ها دارند. به عنوان مثال سیستم های رادیوی سلولی باید از نظر هارمونیک های سیگنال حامل چک شوند،  چون ممکن است با سیستم های دیگر که در همان فرکانس عمل می کنند تداخل هارمونیک پیدا کنند .
تصرف طیفی(spectral occupancy ) یا همان بازبینی (monitoring) طیف یکی دیگر از اندازه گیری های مهمی است که در حوزه فرکانس انجام می شود. دولت ها برای سرویس های مختلف رادیویی مانند پخش رادیویی و تلوزیونی ، سیستم های تلفن همراه ، ارتباطات پلیسی و اورژانسی و کاربرد های ارتباطی دیگر فرکانس های مختلفی را اختصاص داده اند. و اینکه هر یک از این سرویس ها در فرکانس تعیین شده و عمل کند و در داخل پهنای باند کانال اختصاص یافته باقی بماند، بسیار مهم است. اغلب اوقات ممکن است نیاز باشد فرستنده ها و دیگر منابع تعمدی تشعشع در فاصله دقیقی از فرکانس های مجاور عمل کنند. تمام محاسبات مربوط به این مسائل، توسط طیف سنج انجام می شود.

اسپکتروم آنالایزر ها چند نوع هستند؟

امروزه مدل های مختلفی از اسپکتروم آنالایزر در دنیا وجود دارد که عبارت اند از:

• vector signal analyzer
•  swept-tuned analyzer
• real-time spectrum analyzer

محدوده فرکانسی اسپکتروم آنالایزر چیست؟

اسپکتروم آنالایزرها از مینیمم 100 هرتز تا ماکزیمم 50 گیگاهرتز در دسترس هستند. اگر به اندازه گیری هایی تا فرکانس 2.4 گیگاهرتز نیاز دارید، یک اسپکتروم آنالایزر از 10MHz-2.4 GHz مناسب خواهد بود. پایداری فرکانس: ثبات فرکانس توانایی اسپکتروم آنالایزر برای حفظ فرکانس ها در یک Span مشخص است.

مولفه های اسپکتروم آنالایزر ؟

اجزای اصلی در یک اسپکتروم آنالایزر عبارت اند از: تضعیف کننده ورودی RF، میکسر، بهره IF (فرکانس متوسط)، فیلتر IF، آشکارساز، فیلتر ویدئویی، نوسان ساز داخلی، ژنراتور Sweep و نمایشگر CRT و یا LCD

مزایا ومعایب اسپکتروم آنالایزر ها در چیست ؟

اسپکتروم آنالایزر ها مزایای زیادی دارند، زیرا کمیت سیگنال را در محدوده فرکانس رادیویی اندازه گیری می کند. همچنین تعدادی زیادی از پارامترهای مرب.ط به سیگنال را اندازه گیری می کند. تنها عیب آن هزینه بالای آن در مقایسه دیگر تجهیزات اندازه گیری RF است.

سرعت نمونه برداری اسپکتروم آنالایزر ها چقدر است؟

درک اینکه دقیقاً چه وضوحی در هنگام تعیین سرعت پیمایش در نظر گرفته می شود، مهم است. برای شروع بحث، بیایید به تحلیلگرهای طیف OSCOR نگاه کنیم که از 10 کیلوهرتز تا 24 گیگاهرتز را در 1 ثانیه پیمایش می کنند. بنابراین سرعت جارو 24 گیگاهرتز بر ثانیه با وضوح فرکانس 12.2 کیلوهرتز است.

Zero Span در اسپکتروم آنالایزر به چه معناست؟

Zero Span می تواند جهت معین کردن سطح تریگر در اندازه گیری گیت یک طیف فرکانس نقش مهمی را ایفا کند. توان حامل یک فرستنده با اسپکتروم آنالایزر در حالت span صفر اندازه گیری می شود.

تفاوت اسپکتروم آنالایزر با سایر آنالایزر ها و دستگاه های اندازه گیری؟

• تفاوت اسپکتروم آنالایزر و نتورک آنالایز

• تفاوت اسپکتروم آنالایزر و اسیلوسکوپ 

• تفاوت اسپکتروم آنالایزر و FFT

• تفاوت اسپکتروم آنالایزر و لاجیک آنالایزر

تفاوت اسپکتروم آنالایزر و نتورک آنالایزر در چیست؟

دستگاه نتورک آنالایزر برای اندازه گیری خواص الکتریکی شبکه مخابراتی استفاده می شوند. از اسپکتروم آنالایزر برای اندازه گیری دامنه سیگنال در فرکانس های مختلف استفاده می شود.

تفاوت اسپکتروم آنالایزر و اسیلوسکوپ ؟

به زبان ساده، یک اسپکتروم آنالایزر برای اندازه گیری مشخصه فرکانس روی سیگنال استفاده می شود، در حالی که از اسیلوسکوپ ها برای اندازه گیری مشخصه سیگنال در حوزه زمان استفاده می شود. با این حال، در زندگی واقعی، ماهیت سیگنال ها از قبل شناخته شده نیستند، بنابراین داشتن هر دو ابزار امکان توصیف و تحلیل صحیح سیگنال را فراهم می کند. برای کسب اطلاعات بیشتر و تکمیلی نسبت به تفاوت اسپکتروم آنالایزر و اسلیوسکوپ به مقاله پایین مراجعه فرمایید.

آیا اسیلوسکوپ می تواند کار یک اسپکتروم آنالایزر رو انجام دهد؟

اسپکتروم آنالایزرها ذاتاً محدوده دینامیکی گسترده ای را نشان می دهند. اکثر اسیلوسکوپ های 8 بیتی فقط می توانند 48 دسی بل محدوده دینامیکی را در طیفی که می تواند 80 دسی بل یا بیشتر از محدوده دینامیکی را نشان دهد، ارائه دهند. یک اسیلوسکوپ 12 بیتی قابلیت نمایش تا 72 دسی بل محدوده دینامیکی را دارد.

تفاوت بین اسپکتروم آنالایرز و FFT چیست؟

تفاوت بین اسپکتروم آنالایزر و فانکشن FFT این است که آنالایزر FFT در به دست آوردن طیف بسیار سریعتر از اسپکتروم آنالایزر جاروب می کند. به خصوص اگر برای اندازه گیری FFT از آنالایزر DSP استفاده کنیم. اگر FFT آنالایزر یک سیستم بسیار سریع عمل کند می توانیم سیگنال را بدون از دست دادن هیچ یک از داده های فرکانس در طول زمان اندازه گیری کنیم.

تفاوت بین لاجیک آنالایزر و اسپکتروم آنالایزر؟

لاجیک آنالایزر می تواند سیستم های منطقی را آنالایز و اندازه گیری کند. اسپکتروم آنالایزر می تواند در آنالایر سیستم های real time استفاده شود.لاجیک آنالایزر آنالایز منطقی با خانواده های منطقی مختلف مانند TTL، CMOS، NMOS سازگار است. اسپکتروم آنالایزرها با خانواده های منطقی سازگار نیستند.

نحوه راه اندازی اسپکتروم آنالایزر ؟

پیشنهاد می کنیم جهت استفاده از اسپکتروم انالایزر همیشه از قطعاتی به نام DC blocker، اتنیتور توان و همچنین کابل Low Noice استفاده کنید. استفاده از دستبند آنتی استاتیک همیشه ضروری و جزو ارکان استفاده از اسپکتروم آنالایزرها می باشد.

نحوه کار کردن با اسپکتروم آنالایزر ؟

جهت استفاده از طیف آنالایزر یا همان اسپکتروم آنالایزر باید بر اساس نوع پروژه اندازه گیری ها مشخص و تعیین گردد. اما به طور مثل اگر بخواهیم پارامترهای یک آنتن بیرونی را اندازه گیری کنیم پس از نصب dc blocker، و اتنیتور مخصوص جهت کاهش توان های بالا آن را با کابل Low Ampedance به آنتن وصل نموده و Span را روی حالت صفر گذاشته و محدوده فرکانس را در منوی start، stop تعین میکنیم تا بتوانیم هارمونیک ها و توابع را به صورت میخی مشاهده کنیم. پس از مشخص شدن محدوده فرکانس مقدار center frequncy را روی آن عدد گذاشته تا فرکانس مرکزی به حالت center قرار بگیرد تا بتوانیم تمامی مشخصه های آن را ببینیم. جهت آموزش کامل اسپکتروم آنالایزر با شرکت شاهکار الکترونیک تماس (02166724102 و 02166723202) حاصل فرمائید.

محدودیت های اسپکتروم آنالایزرها در چیست؟

به طور خلاصه، Rigol DSA832E-TG بهترین اسپکتروم آنالایزر از لحاظ کیفیت و محدوده قیمتی است. اما به خاطر داشته باشید که ویژگی های خاصی مانند پهنای باند رزولوشن، تراکینگ ژنراتور و یا قابلیت SWR وجود دارد که برای استفاده از آنها باید از این طریق آن را خریداری کنید.

چرا اسپکتروم آنالایزر ها گران هستند؟

گرانی اسپکتروم آنالیزر به این دلیل است که وضوح سیگنال توسط عرض فیلترهای باند گذر تعیین می شود. برای به دست آوردن وضوح خوب در یک محدوده فرکانس به فیلترهای بسیار زیادی نیاز داریم - بنابراین هزینه و پیچیدگی چنین آنالایزری افزایش می یابد. به همین دلیل است که همه آنالایزرهای (فیلتر موازی) بسیار گران هستند.