Что означает RBW?
Вы ищете значения RBW? На следующем изображении вы можете увидеть основные определения RBW. При желании вы также можете загрузить файл изображения для печати или поделиться им со своим другом через Facebook, Twitter, Pinterest, Google и т. Д. Чтобы увидеть все значения RBW, пожалуйста, прокрутите вниз. Полный список определений приведен в таблице ниже в алфавитном порядке.
Основные значения RBW
На следующем изображении представлены наиболее часто используемые значения RBW. Вы можете записать файл изображения в формате PNG для автономного использования или отправить его своим друзьям по электронной почте.Если вы являетесь веб-мастером некоммерческого веб-сайта, пожалуйста, не стесняйтесь публиковать изображение определений RBW на вашем веб-сайте.
Все определения RBW
Как упомянуто выше, вы увидите все значения RBW в следующей таблице. Пожалуйста, знайте, что все определения перечислены в алфавитном порядке.Вы можете щелкнуть ссылки справа, чтобы увидеть подробную информацию о каждом определении, включая определения на английском и вашем местном языке.
| Акроним | Определение |
|---|---|
| RBW | Британская Борьба революции |
| RBW | Обратный Рабочей группы |
| RBW | Остальные стенки тела |
| RBW | Поднятые волки |
| RBW | Правое полушарие мозга работает |
| RBW | Радуга цветная проволока |
| RBW | Разрешающая способность |
| RBW | Рональд Bilius Уизли |
| RBW | Роял/черный/белый |
| RBW | Ширина диапазона бин |
Анализатор спектра
Существует две различных версии Анализатора спектра в программном обеспечении р/приёмника G 313. Выбор между ними осуществляется, щелчком мышки на одну из виртуальных кнопок с изображением жёлтого треугольника слева от кнопки включения/выключения питания. При этом на экране всплывёт окошко анализатора спектра.
 |
Если нажата виртуальная кнопка с треугольником, направленным вверх, то на дисплее появится полноэкранная версия анализатора спектра большого размера, полностью перекрывая при этом основную панель регулировок р/приёмника:
 |
Если нажата виртуальная кнопка с треугольником, направленным вниз, то окошко анализатора спектра появится внизу основной панели регулирования и будет оставаться прикрепленной к нижней части основной панели, не перекрывая ее:
 |
Окно с этой уменьшенной версией анализатора спектра может быть изменено до удобного Вам размера путем перетаскивания нижней границы вверх или вниз.
Кнопки управления в нижней части окошек обоих анализаторов спектра идентичны друг другу. Полноэкранная версия также содержит основной набор регулировок р/приёмника в верхней части, так, чтобы пользователю не приходилось возвращаться к основной панели регулировок р/приёмника для того, чтобы изменить режим модуляции, уровень громкости, ослабления сигнала и т.д.
В отличие от изображения спектра частот, расположенного на панели демодулятора, который работает в режиме реального времени и в достаточно узком диапазоне, анализатор спектра имеет широкую полосу и изображение диаграммы происходит в результате быстрой настройки р/приёмника в пределах выбранного частотного поддиапазона, при этом происходит пошаговое увеличение спектра ПЧ в виде небольших частотных «пакетов», связанных между собой.
Для установки необходимой развёртки спектра наберите в окошках « Start »-«Начало» и « End »-«Конец» числовые значения частот для установки начала и конца того частотного поддиапазона, развёртку которого Вы хотите увидеть. Кроме того, Вы также можете набрать числовые значения частот в окошках « Center »-«Центральная» или « Span »—«Интервал».
Затем выберите режим RBW (Разрешающая способность полосы пропускания), которая определяет уровень детализации спектра (чем ниже значение RBW — «Разрешающая способность», тем более подробная детализация). Наилучшим значением для RBW является частота 15.625 Гц . Выбор значения разрешающей способности — RBW пропорционален значению скорости развёртки частотного спектра, т.е. чем больше значение RBW , тем больше скорость развертки, но при этом снижается детализация спектра.
Режим VBW (полоса пропускания видеосигнала) представляет собой НЧ фильтр, через который пропускается результирующий видеосигнал, отображаемый на экране в виде непрерывной графической линии, и этот фильтр даёт возможность сгладить неровности графика. Установка этого параметра имеет тот же эффект, что и режим видеофильтра на панели демодулятора.
При включенном анализаторе спектра АРУ не работает. Это сделано для того, чтобы получить в целом одинаковый коэффициент усиления при сканировании всего частотного поддиапазона – если бы коэффициент усиления изменялся в соответствии с работой АРУ, то графическое изображение спектра было бы искажено (более сильные сигналы выглядели бы слабее, а более слабые сигналы, наоборот, выглядели бы сильнее). Регулировка усиления (находящаяся в пределах от 0 до 120 дБ) используется для установки коэффициента усиления ПЧ в режиме анализатора спектра.
Имейте в виду, что если коэффициент усиления установлен довольно высокий, то р/приёмник может быть перегружен при приеме сильных радиосигналов и график спектра будет искажён в результате действия этих сигналов. С другой стороны, если коэффициент усиления слишком мал, то некоторые слабые сигналы просто будут пропущены.
Регулировка развёртки осуществляется при помощи ряда кнопок, аналогичных режиму аудиозаписи: Нажатие кнопки « Start »-«Старт» (с изображением треугольника внутри) запускает режим развёртки. Нажатие кнопки « Stop »-«Стоп» (с изображением квадратика внутри) останавливает режим развёртки, нажатие кнопки « Pause »-«Пауза» (с изображением двух вертикальных линий внутри) приостанавливает режим развёртки:
Виртуальная кнопка с красной круговой стрелкой даёт возможность выбора непрерывного режима развёртки, при котором развёртка начинается от начальной частоты, и при достижении конечной частоты режим развёртки продолжается в этом поддиапазоне до тех пор, пока Вы не остановите его вручную. Если эта кнопка не включена, то анализатор спектра будет отображать развёртку сигнала в одноразовом режиме без постоянного сканирования:
 |
Когда курсор мышки расположен на графическом изображении спектра, его цвет меняется на красный. Кликнув на любом месте на графике спектра, Ваш р/приёмник настроится на частоту, соответствующую данной точке графика. Вы также можете перемещать курсор мышки в горизонтальном направлении вдоль графика спектра и непрерывно осуществлять настройку р/приёмника.
Частота, соответствующая положению курсора, так же, как и уровень принимаемого сигнала, отображаются над графиком спектра. В дополнение к значениям частоты и уровня радиосигнала также отображаются их минимальное, максимальное значения и разность. Эти значения отображаются в течение всего периода времени развёртки анализатора спектра. Обратите внимание, что если установлен одноразовый режим работы анализатора спектра, минимальное и максимальное значение будут равны по истечении периода развёртки.
Кликнув правой кнопкой мышки на графике спектра, Вы увидите появление на экране постоянной вертикальной голубой линии, своеобразный «маркер» на графике. Эта маркерная линия может перемещаться либо мышкой, либо просто кликнув правой кнопкой мышки на любом месте графика. Данная маркерная линия может стать невидимой при отключении виртуальной кнопки « Show Marker »-«Изображение маркера»:
 |
Виртуальная кнопка изображения маркера автоматически включается щелчком правой кнопкой мышки на графике спектра.
Когда режим маркера включён, то на дисплее под значениями курсора будут отображаться маркерная линия частоты и связанные с ней значения параметров графика. Если включён дельта-режим работы маркера при нажатии виртуальной кнопки « Marker Delta Mode »-«Дельта-режим маркера», значения этих параметров становятся дифференциальными по отношению к значениям, соответствующим текущему положению курсора:
 |
Виртуальные кнопки « Min »-«Минимум», « Max »-«Максимум» и « Diff »-«Разность» дают возможность вывода на дисплей минимальных, максимальных и дифференциальных показаний значений при выборе режима непрерывной развёртки (шкала для изображения дифференциального графика будет отображаться с правой стороны окна на дисплее всякий раз при нажатии виртуальной кнопки « Diff »-«Разность»).
 |
Дифференциальный график очень полезен при исследовании активности установленного частотного диапазона. Ваш р/приёмник можно оставлять без присмотра в режиме непрерывной развёртки, и любой новый активный радиосигнал будет четко виден на дифференциальном графике.
Обратите внимание, что также возможно сохранить в памяти график спектра и затем вновь загрузить его позже для того, чтобы выполнить новую развёртку, и сравнить результаты с графиком, который Вы сохранили в памяти. В результате можно увидеть, что изменилось в данном частотном поддиапазоне за определенный промежуток времени.
В составе анализатора спектра р/приёмника G 313 также имеются специальные функциональные виртуальные кнопки для определения места расположения пиковых значений сигналов на частотном спектре:
 |
Кнопка « Find Maximum Peak »-«Нахождение максимального пика» (вверху слева в группе из 4-х кнопок) определяет место расположения максимального пика всего спектра и устанавливает маркерную линию на этом пике. Кнопка « Find Next Peak »-«Нахождение следующего пика» (справа вверху) определяет следующий по высоте пик сигнала. Две кнопки, расположенные ниже, « Find Peak Left »-«Поиск пика слева» или « Find Peak Right »-«Поиск пика справа» определяют место расположения следующих по высоте пиков в соответствующих направлениях.
Кнопка «Averaging»-« Усреднение » усредняет графическое изображение спектра . При включении функции усреднения изображаемый график представляет собой не реальное изображение текущего графика развёртки, а среднее значение текущего графика развёртки и предыдущего по времени графика того же режима развёртки:
 |
Также в Вашем р/приёмнике имеются три виртуальные кнопки, связанные с масштабированием изображения графика спектра:
 |
Первая из этих кнопок выполняет действие расширения для зоны маркера (если установлено положение маркерной линии) – если эта кнопка не включена, то увеличение будет происходить по отношению к центральной части экрана. Две оставшиеся виртуальные кнопки выполняют функции фактического увеличения и уменьшения изображения.
Для того, чтобы скрыть анализатор спектра, используйте виртуальную жёлтую кнопку с символом « X » внутри, расположенную справа в нижней части дисплея:
 |
Наибольшая по размерам из версий спектрального графика содержит основные регулировки р/приёмника, которые являются самодостаточными для выполнения с помощью них функций настройки:
 |
Единственной дополнительной функцией является « Tune to marker »-«Настройка на маркер». Она реализуется при помощи виртуальной кнопки моментального действия, при которой р/приёмник настраивается на текущее значение частоты маркера, если режим маркера включён:
 |
Что такое rbw
Параметры современных анализаторов спектра
Анализатор спектра – это измерительный прибор, который используется для отображения и анализа сигнала в спектральной области. Помимо спектральных измерений, современные анализаторы предоставляют множество других функций, таких как определение параметров модуляции (векторный анализ сигналов), измерение фазовых шумов, измерение коэффициента шума, измерение гармонических и негармонических искажений и другие.
Анализаторы спектра используются на производстве, в конструкторских бюро и научно-исследовательских (R&D) центрах, в задачах тестирования телекоммуникационных систем, радиомониторинга и во многих других областях, где необходимы измерения радиочастотных сигналов и характеристик радиоэлектронных трактов и устройств.
К основным параметрам анализатора спектра относятся: диапазон рабочих частот, погрешность измерения амплитуды, погрешность измерения частоты, скорость анализа, средний отображаемый уровень шумов, динамический диапазон, точка компрессии, фазовый шум, интермодуляционные искажения, уровень паразитных спектральных компонент, полоса единичного анализа, разрешение по частоте.
Диапазон рабочих частот – это частотная область, в которой анализатор позволяет осуществлять анализ спектра с допустимыми погрешностями измерения уровня и частоты.
Для проведения измерений параметров устройств и радиочастотных трактов часто требуется анализатор с диапазоном частот, превышающим диапазон рабочих частот исследуемого устройства. Примером необходимости расширенного частотного диапазона является беспроводная связь. Некоторые из беспроводных стандартов требуют, чтобы измерения проводились до десятой гармоники. Например, при работе на частоте 900 МГц требуется анализатор, имеющий верхнюю границу диапазона частот 10*900 МГц = 9 ГГц.
Погрешность измерения амплитуды – погрешность, определяющая ошибку определения амплитуды спектральных компонент сигнала. Единица измерения – дБ. Может задаваться во всем диапазоне рабочих частот или отдельно по поддиапазонам. Определяется инструментальными погрешностями анализатора спектра.
Погрешность измерения частоты определяет ошибку измерения частоты спектральных компонент. Как правило, основной вклад в данную погрешность вносит относительная нестабильность частоты опорного генератора и разрешение по частоте (RBW). Погрешность отличается для встроенного и внешнего опорного генератора и в абсолютном выражении увеличивается с ростом частоты. Единица измерения – Гц либо в относительном выражении к частоте сигнала.
В процессе производства анализаторы спектра калибруются. При калибровке определяются ошибки измерений для различных частот и уровней и сохраняются в память конкретного анализатора. Эти ошибки учитываются в индицируемом уровне, таким образом точность измерений повышается.
Почти все анализаторы спектра обладают встроенным прецизионным источником, который обеспечивает опорный сигнал заданной частоты и амплитуды. Затем полагаются на относительную калибровку анализатора, переносящего абсолютную калибровку опорного сигнала на другие частоты и амплитуды.
Скорость анализа – определяется как величина, равная полоса обзора/время обзора. Единица измерения – Гц/с. Высокая скорость анализа позволяет увеличить производительность работы с прибором, а также более корректно отображать быстроменяющиеся сигналы, производить поиск редких сигналов.
Современные анализаторы как правило вычисляют спектр посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ), что позволяет существенно увеличить скорость сканирования по сравнению с анализаторами спектра последовательного действия. В таких анализаторах на каждой частоте настройки гетеродина записывается временная выборка в полосе единичного анализа, и затем вычисляется спектр посредством БПФ во всей полосе единичного анализа. Такой метод позволяет также корректно отображать спектр нестационарных, меняющихся во времени сигналов, полоса которых не превышает полосу единичного анализа.
Таким образом, скорость анализа в современных анализаторах спектра определяется в основном полосой единичного анализа и скоростью перестройки синтезатора частот гетеродина.
Скорость анализа связана с разрешением по частоте – чем оно выше, тем меньше скорость. Это связано с ограниченной длиной БПФ и увеличением времени подсчета БПФ.
Средний отображаемый уровень шумов (DANL) – усредненная спектральная плотность собственных шумов прибора. Единица измерения – дБм/Гц. Определяет минимальную амплитуду входного сигнала, которую можно наблюдать и измерять при помощи анализатора спектра. Измеряется с подключенным ко входу анализатора терминатором 50 Ом при нормальных климатических условиях. Средний отображаемый уровень шумов, как правило, увеличивается с ростом частоты. Большинство современных анализаторов спектра имеет встроенный входной аттенюатор для наблюдения сигналов большой амплитуды, при включении входного аттенюатора DANL увеличивается на величину, равную ослаблению аттенюатора.
Динамический диапазон – разность между точкой компрессии по входу анализатора спектра и средним отображаемым уровнем шумов. Единица измерения – дБ/Гц. Определяет отношение максимальной амплитуды входного сигнала к минимальной, которые можно одновременно измерять при помощи анализатора спектра при фиксированном входном аттенюаторе.
Точка компрессии 1 дБ по входу – максимальный уровень входного сигнала, при котором ошибка измерения амплитуды сигнала за счет нелинейности трактов прибора достигает 1 дБ. Единица измерения – дБм. Определяет максимальную амплитуду сигнала, которую можно корректно измерять при помощи анализатора спектра. Измеряется при выключенном входном аттенюаторе, зависит от частоты. При включении входного аттенюатора точка компрессии увеличивается на величину, равную ослаблению аттенюатора.
Фазовый шум – спектральная плотность мощности фазовых флуктуаций, отображаемая анализатором спектра при подаче на его вход идеального монохроматического сигнала. Единица измерения – дБн/Гц на различных отстройках от частоты сигнала. На практике одним из методов измерений является подача на вход анализатора спектра сигнала с существенно меньшим уровнем фазовых шумов, чем собственные шумы анализатора. Фазовый шум является одной из важнейших характеристик анализатора спектра, определяющей минимальную амплитуду входного сигнала, которую можно наблюдать на малых отстройках от мощного мешающего сигнала, а также уровень спектральных искажений анализатора на небольших отстройках от входного сигнала.
Уровень паразитных спектральных искажений – уровень побочных спектральных компонент, вносимых анализатором спектра и отсутствующих во входном сигнале, относительно уровня входного сигнала. Единица измерения – дБн.
Полоса единичного анализа – полоса, в которой осуществляется одновременная обработка всех спектральных компонент анализатором спектра. Соответствует полосе БПФ. Измеряется в Гц. Если полоса сигнала превышает полосу единичного анализа и сигнал меняется во времени, спектр сигнала может отображаться анализатором спектра некорректно.
Разрешающая способность по частоте (RBW) – способность анализатора спектра различать близко расположенные по частоте спектральные компоненты и раздельно отображать их на экране. Измеряется в Гц.
Зависимости между настройками в анализаторах спектра
Некоторые настройки анализатора взаимозависимы. Чтобы избежать ошибок измерения, в обычном режиме работы современных анализаторов спектра эти параметры связаны друг с другом. То есть при изменении одной настройки все остальные зависимые параметры будут изменяться автоматически. Но эти параметры также могут быть установлены пользователем индивидуально. В таком случае особенно важно знать взаимосвязи и влияния различных настроек.
4.6.1 Время развертки (sweep time), полоса обзора (span), полоса разрешения (RBW) и полоса видеосигнала (VBW)
За счет использования аналоговых или цифровых фильтров ПЧ максимально допустимая скорость развертки ограничивается длительностями переходных процессов в фильтре ПЧ и в видеофильтре. Длительность переходного процесса в видеофильтре никак не влияет, если полоса пропускания видеосигнала (VBW) больше, чем полоса разрешения (RBW). В этом случае время переходного процесса увеличивается обратно пропорционально квадрату полосы разрешения, поэтому с уменьшением полосы разрешения в n раз минимально необходимое время развертки становится на n 2 больше. Применима следующая формула:
- T разв – минимально необходимое время развертки (при заданных полосе обзора и полосе разрешения);
- B пч – полоса разрешения;
- Δf – полоса обзора;
- k – коэффициент пропорциональности.
Коэффициент пропорциональности k зависит от типа фильтра и допустимой ошибки (выброса) отклика при переходном процессе. Для аналоговых фильтров, состоящих из четырех или пяти отдельных звеньев, коэффициент пропорциональности k равен 2,5 (максимальная ошибка переходного процесса составляет приблизительно 0,15 дБ). При использовании гауссовых фильтров с цифровой реализацией отклик при переходном процессе известен и точно воспроизводим. По сравнению с аналоговыми фильтрами, с помощью соответствующих поправочных коэффициентов могут быть получены более высокие скорости развертки без потерь при определении амплитуд, независимо от типа входного сигнала. Таким образом, можно получить коэффициент k равный 1. На рисунке 1 показано необходимое время развертки для полосы обзора 1 МГц как функция от ширины полосы разрешения.
Если ширина полосы видеосигнала (VBW) меньше, чем ширина полосы разрешения (RBW), на требуемое минимальное время развертки начинает влиять длительность переходного процесса в видеофильтре. Аналогично фильтру ПЧ, при уменьшении полосы пропускания фильтра (VBW) длительность переходного процесса в видеофильтре увеличивается. Видеофильтр, если он реализован в аналоговой форме, обычно представляет собой фильтр нижних частот 1-го порядка или простую RC-цепь. Следовательно, существует линейная зависимость между полосой пропускания видеосигнала (VBW) и временем развертки (sweep time). Уменьшение полосы пропускания видео в n раз увеличивает время развертки в n раз.
Если не удается обеспечить минимально необходимое время развертки, фильтр ПЧ или видеофильтр не смогут достичь установившегося состояния, что вызовет потери в определении амплитуды и искажения в отображении сигнала (смещение частоты). Например, для синусоидального сигнала не будут правильно отображаться ни уровень, ни частота (рисунок 2). Более того, эффективное разрешение может ухудшиться из-за расширенного отображения спектра сигнала.
Чтобы избежать ошибок измерений из-за короткого времени развертки, в нормальном рабочем режиме современных анализаторов спектра полоса разрешения (RBW), полоса видеосигнала (VBW), время развертки (sweep time) и полоса обзора (span) объединены и взаимосвязаны.
Полоса разрешения автоматически адаптируется к выбранной полосе обзора. Таким образом, можно избежать большого времени развертки из-за узкой полосы разрешения при больших полосах обзора или плохого разрешения из-за большой полосы разрешения при малых полосах обзора. В результате работа с анализатором спектра становится намного проще. Коэффициент связи между полосой обзора и полосой разрешения часто может быть установлен пользователем самостоятельно.
Также возможно частичное связывание этих параметров. Например, при ручной настройке полосы разрешения и полосы видеосигнала время развертки может подстраиваться автоматически.
При ручной настройке этих параметров, если минимальное время развертки не обеспечивается, то обычно выводится предупреждение ( UNCAL на рисунке 2 в верхнем левом углу).
При использовании фильтров БПФ длительность переходного процесса заменяется временем наблюдения, необходимым для заданного разрешения (уравнение 4 в разделе 3.1). В отличие от времени развертки при использовании аналоговых или цифровых фильтров, время наблюдения не зависит от полосы обзора, поэтому даже если бы полоса обзора была увеличена, время наблюдения при постоянном разрешении не увеличивается. Таким образом, время наблюдения как функция от разрешения (желтый график), показанная на рисунке 1, не зависит от полосы обзора.
На практике большие полосы обзора делятся на несколько поддиапазонов. При заданном разрешении для каждого поддиапазона требуется соответствующее время наблюдения. Общее время наблюдения прямо пропорционально количеству поддиапазонов. Таким образом, реальное время измерения значительно больше ожидаемого в теории. На рисунке 1 показано время развертки, которое может быть достигнуто с помощью современного анализатора спектра, использующего БПФ-фильтры. На нем ясно видно, что фильтры БПФ позволяют значительно сократить время развертки при больших отношениях полосы обзора к полосе разрешения, особенно при использовании очень узких полос разрешения.
В современных анализаторах спектра ширина полосы видеосигнала (VBW) также может быть связана с полосой разрешения (RBW). При изменении полосы пропускания сигнала ПЧ (RBW) ширина полосы видеосигнала подстраивается автоматически. Коэффициент связи (соотношение между полосой разрешения и полосой видеосигнала) зависит от режима применения и, следовательно, должен быть установлен пользователем (смотрите раздел 4.3). Помимо значения, задаваемого пользователем, часто доступны следующие варианты:
| Синусоидальный сигнал | RBW / VBW = 0,3 . 1 |
| Импульсный сигнал | RBW / VBW = 0,1 |
| Шум | RBW / VBW = 10 |
По умолчанию полоса пропускания видеосигнала обычно выбирается так, чтобы максимальное усреднение с помощью видеофильтра достигалось без увеличения требуемого времени развертки. При коэффициенте пропорциональности k = 2,5 (уравнение 1) ширина полосы видеофильтра должна быть, по крайней мере, равна полосе разрешения (RBW / VBW = 1). Если фильтр ПЧ реализован в цифровом виде, коэффициент пропорциональности k = 1 может быть достигнут посредством соответствующей компенсации, описанной выше, а минимальное требуемое время развертки может быть уменьшено в 2,5 раза. Чтобы обеспечить достижение видеофильтром установившегося состояния, несмотря на уменьшенное время развертки, выбранная полоса пропускания видеосигнала должна быть примерно в три раза больше, чем полоса разрешения (RBW / VBW = 0,3).
4.6.2 Опорный уровень (reference level) и ослабление РЧ сигнала (RF attenuation)
Анализаторы спектра позволяют проводить измерения в очень широком диапазоне уровней, который ограничивается с одной стороны собственным шумом и максимально допустимым входным уровнем с другой стороны (смотрите раздел 5.1 и раздел 5.4). В современных анализаторах этот диапазон уровней может простираться от -147 дБм до +30 дБм (при полосе разрешения 10 Гц), таким образом, охватывая почти 180 дБ. Однако достичь эти две границы диапазона одновременно невозможно, поскольку они требуют разных настроек, а динамический диапазон логарифмических усилителей, детекторов огибающей и аналого-цифровых преобразователей в любом случае намного меньше. В пределах всего диапазона уровней может использоваться только определенное окно, которое пользователь должен адаптировать к конкретному типу измерений, выбрав опорный уровень (reference level, максимальный уровень сигнала, который должен отображаться на дисплее). Ослабление РЧ сигнала aрч и усиление сигнала ПЧ gпч подстраиваются в зависимости от опорного уровня.
Чтобы избежать перегрузки или даже повреждения первого смесителя и последующих каскадов обработки, входные сигналы с высокими уровнями должны ослабляться аттенюатором, входящим в состав анализатора (рисунок 3). Ослабление, необходимое для конкретного опорного уровня, зависит от динамического диапазона первого смесителя и последующих блоков. Уровень на входе первого смесителя (т.е. уровень смесителя) должен быть заметно ниже точки компрессии 1 дБ. Из-за нелинейностей при увеличении уровня сигнала на входе смесителя уровни продуктов преобразования, формируемых в анализаторе спектра, увеличиваются непропорционально. Если уровень сигнала на входе смесителя слишком большой, эти продукты преобразования могут вызывать помехи на отображаемом спектре, и поэтому так называемый диапазон, свободный от продуктов интермодуляции, уменьшится, т.е. верхняя граница динамического диапазона анализатора опустится.
Если ослабление РЧ сигнала слишком велико, что приводит к слишком низкому уровню сигнала на входе смесителя, отношение сигнал/шум входного сигнала будет излишне уменьшено. В результате, как показано на рисунке 4, получаемый в итоге динамический диапазон уменьшается из-за более высокого уровня шума. На рисунке 5 показано влияние уровня сигнала на входе смесителя при входном сигнале, состоящем из одной синусоиды (смотрите раздел 5.2 «Нелинейность»).
Чтобы получить полный динамический диапазон логарифмического усилителя и детектора огибающей (при использовании аналоговых фильтров ПЧ) или аналого-цифрового преобразователя (при использовании цифровых фильтров ПЧ), уровень сигнала на последней ПЧ соответствующим образом усиливается с помощью усилителя ПЧ. Коэффициент усиления выбирается таким образом, чтобы сигналы, достигающие опорного уровня, вызывали полную загрузку логарифмического усилителя, детектора огибающей (при индикации уровней в линейном масштабе) или АЦП (при использовании цифровых фильтров ПЧ). Следовательно, коэффициент усиления сигнала ПЧ устанавливается косвенно через опорный уровень, хотя он также зависит и от выбранного значения аттенюатора. При поддержании опорного уровня на постоянном значении, при увеличении ослабления РЧ сигнала коэффициент усиления сигнала ПЧ должен быть увеличен (смотрите gпч,1 и gпч,2 на рисунке 4).
Если уровень входного сигнала, который необходимо вывести на дисплей, превышает опорный уровень, это может вызвать перегрузку. Коэффициент усиления сигнала ПЧ в этом случае необходимо уменьшить за счет увеличения опорного уровня.
Связь между опорным уровнем и ослаблением РЧ сигнала
В современных анализаторах спектра, ослабление РЧ сигнала может быть привязано к настройке опорного уровня. Критерий этой связи – максимальный уровень на входе смесителя, достигаемый при входном сигнале, соответствующем опорному уровню. Таким образом, уровень сигнала на входе смесителя, достигаемый при полной загрузке, (т.е. максимальный уровень смесителя при сохранении нелинейных искажений на допустимом уровне) определяется как разница между опорным уровнем и ослаблением РЧ сигнала. Применима следующая формула:
- Lсм – уровень на входе первого смесителя при полной загрузке, дБм;
- Lвх,max – уровень входного сигнала, вызывающий полную загрузку, (максимальный входной уровень при сохранении нелинейных искажений на допустимом уровне), дБм;
- Lопор – опорный уровень, дБм;
- aрч – ослабление РЧ сигнала, устанавливаемое аттенюатором, дБ.
При выборе уровня сигнала на входе смесителя необходимо найти компромисс между низким отношением сигнал/шум и низким уровнем искажений. Для того, чтобы оптимизировать уровень сигнала на входе смесителя для конкретных измерений, некоторые анализаторы позволяют пользователю свободно выбирать уровень смесителя для заданного опорного уровня. Часто в анализаторах предоставляются предварительно заданные настройки этой связи:
Низкое отношение сигнал/шум
Чем ниже ослабление РЧ сигнала, тем меньше снижается отношение сигнал/шум на входе первого смесителя. Для низкого отображаемого уровня шума требуется высокий уровень сигнала на входе смесителя (смотрите раздел 5.1 «Собственный шум»).
Низкие искажения
Чем ниже уровень сигнала на входе смесителя, тем меньше искажения, создаваемые анализатором спектра из-за нелинейностей. В этом режиме ослабление РЧ сигнала выше (смотрите раздел 5.2 «Нелинейность»).
В таблице 1 показаны некоторые типовые настройки ослабления ВЧ сигнала и усиления сигнала ПЧ при заданных значениях опорного уровня для различных режимов работы. Пример показывает, что даже при очень низких опорных уровнях ослабление РЧ сигнала всегда устанавливается не менее 10 дБ. Таким образом, выполняется защита первого смесителя, и достигается хорошее согласование по входу. Так достигается более высокая точность измерения абсолютных уровней (смотрите раздел 5.10.1 «Компоненты ошибки»). В этом примере ослабление РЧ сигнала может быть установлено на максимум 70 дБ, а усиление сигнала ПЧ – на максимум 50 дБ.
| Уровень сигнала на входе смесителя | –40 дБм (низкие искажения) |
–30 дБм (нормальный режим) |
–20 дБм (низкий шум) |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Опорный уровень | Ослабление РЧ сигнала | Усиление сигнала ПЧ | Ослабление РЧ сигнала | Усиление сигнала ПЧ | Ослабление РЧ сигнала | Усиление сигнала ПЧ |
| +30 дБм | 70 дБ | 30 дБ | 60 дБ | 20 дБ | 50 дБ | 10 дБ |
| +20 дБм | 60 дБ | 30 дБ | 50 дБ | 20 дБ | 40 дБ | 10 дБ |
| +10 дБм | 50 дБ | 30 дБ | 40 дБ | 20 дБ | 30 дБ | 10 дБ |
| 0 дБм | 40 дБ | 30 дБ | 30 дБ | 20 дБ | 20 дБ | 10 дБ |
| –10 дБм | 30 дБ | 30 дБ | 20 дБ | 20 дБ | 10 дБ | 10 дБ |
| –20 дБм | 20 дБ | 30 дБ | 10 дБ | 20 дБ | 10 дБ | 20 дБ |
| –30 дБм | 10 дБ | 30 дБ | 10 дБ | 30 дБ | 10 дБ | 30 дБ |
| –40 дБм | 10 дБ | 40 дБ | 10 дБ | 40 дБ | 10 дБ | 40 дБ |
| –50 дБм | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ |
| –60 дБм | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ |
| –70 дБм | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ |
| –80 дБм | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ |
| –90 дБм | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ |
| –100 дБм | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ | 10 дБ | 50 дБ |
4.6.3 Перегрузка
При использовании анализатора спектра следует быть осторожным, чтобы избегать перегрузки слишком высокими уровнями входных сигналов. Перегрузка может произойти в нескольких точках тракта прохождения сигнала. Чтобы избежать её, необходимо правильно установить как ослабление РЧ сигнала, так и опорный уровень (усиление сигнала ПЧ). Ниже описаны критические компоненты и критерии, которые необходимо соблюдать.
Первый смеситель
Чтобы охватить нижний частотный диапазон (до 3 ГГц, в случае описываемого здесь анализатора), во входной РЧ части обычно используется принцип высокой первой промежуточной частоты. Если в анализаторе спектра перед первым смесителем нет узкополосного преселектора, сигналы могут поступать на первый смеситель во всем диапазоне входных частот (до 3 ГГц в нашем примере) независимо от отображаемой на дисплее полосы обзора (span). Таким образом, смеситель может быть перегружен сигналами, лежащими далеко за пределами полосы обзора. В зависимости от полосы обзора, выбранной для отображения на дисплее, создаваемые из-за этой перегрузки побочные колебания (гармоники высших порядков) могут искажать показываемый спектр (рисунки 6 и 7).
Чтобы избежать перегрузки, уровень смесителя, т.е. общий уровень сигнала на входе первого смесителя должен быть ниже точки компрессии 1 дБ смесителя. Данный параметр указывается в техническом описании конкретного анализатора спектра (смотрите раздел 5.4). Как было описано в разделе 4.6.2, уровень смесителя устанавливается с помощью аттенюатора. Некоторые современные анализаторы спектра оснащены детектором перегрузки перед первым смесителем, и поэтому в случае перегрузки может отображаться предупреждение.
Если входная часть анализатора спектра оснащена узкополосным отслеживающим преселектором, риск перегрузки анализатора сигналами за пределами отображаемого спектра значительно снижается. Анализатор, описанный в этой книге, в тракте прохождения сигнала для диапазона частот от 3 ГГц до 7 ГГц содержит узкополосный преселектор в виде следящего ЖИГ-фильтра (YIG-фильтр, фильтр на основе резонатора из железо-итриевого граната). Если из этого частотного диапазона выводится на дисплей только небольшая полоса обзора, первый смеситель может быть перегружен только сигналами в пределах отображаемого спектра или близкими к нему. Из-за ограниченной избирательности ЖИГ-фильтра входные сигналы за пределами отображаемого спектра должны быть на определенном расстоянии от интересующего диапазона, чтобы они подавлялись фильтром в достаточной степени и не перегружали смеситель (рисунок 8).
Для измерений электромагнитной совместимости, которые часто подразумевают очень большое количество одновременно возникающих спектральных компонентов с высокими уровнями, согласно соответствующим стандартам анализаторы спектра обычно также могут быть оснащены дополнительными узкополосными следящими преселекторами в нижнем входном частотном диапазоне.
Обработка сигнала ПЧ до фильтра разрешения
За первым смесителем следуют каскады обработки аналогового сигнала, такие как усилители ПЧ и каскады преобразования. Эти каскады могут быть перегружены сильными сигналами только в пределах отображаемого спектра или вблизи него. Сигналы вне отображаемого спектра подавляются после первого преобразования последующими фильтрами ПЧ при условии, что расстояние от интересующего частотного диапазона достаточно велико (рисунок 9). Фильтры ПЧ на этапах 1-ой и 2-ой промежуточных частот обычно чрезвычайно широкополосные, поэтому расстояние по частоте, требуемое адекватного затухания, может быть очень большим (часто около 100 МГц).
В отличие от перегрузки первого смесителя, побочные колебания, вызванные перегрузкой компонентов обработки аналогового сигнала ПЧ, не появляются в отображаемом спектре. Они подавляются фильтром ПЧ и последующими узкополосными фильтрами разрешения (рисунок 10).
Описываемый здесь анализатор спектра имеет детекторы перегрузки на 2-ой и 3-ей ПЧ ( 44 и 45 ) и поэтому может указать на перегрузку блоков аналоговой обработки сигнала ПЧ.
Настраиваемый усилитель ПЧ и последующие блоки
Как уже отмечалось выше, усиление сигнала ПЧ зависит от настройки опорного уровня.
Если сигнал в отображаемом спектре превышает опорный уровень, настраиваемый усилитель ПЧ и последующие блоки обработки сигнала будут перегружены. Их реакция зависит от выбранных настроек. Исходя из структурной схемы анализатора спектра, представленной ниже, возможны следующие случаи:
Использование аналоговых фильтров ПЧ
Превышение опорного уровня вызывает перегрузку логарифмического усилителя (при отображении уровней в логарифмическом масштабе) или перегрузку детектора огибающей (при отображении уровней в линейном масштабе).
Для входного сигнала, уровень которого превышает опорный уровень, измерения выполнить невозможно. Однако эта перегрузка не влияет на измерения уровней слабых сигналов в непосредственной близости от сильного сигнала (рисунок 11). Как показано на структурной схеме, фильтр разрешения состоит из нескольких отдельных звеньев. Звенья фильтра перед настраиваемым усилителем ПЧ обеспечивают подавление сильных входных сигналов за пределами полосы пропускания. Следовательно, побочных колебаний, которые могут исказить отображаемый спектр, не будет.
Использование цифровых фильтров ПЧ или фильтров БПФ
При использовании цифровых фильтров ПЧ или фильтров БПФ сигнал ПЧ оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя. Если в отображаемом спектре уровень сигнала превышает опорный уровень, аналого-цифровой преобразователь может быть перегружен. В отличие от аналоговых фильтров, в этом случае создаются продукты преобразования, которые становятся видимыми на отображаемом спектре (рисунок 12).
Структурная схема анализатора спектра, описываемого в данной книге
