Анализатор сигналов. Виды и устройство. Работа и как выбрать

Анализатор сигналов представляет собой перечень контрольно-измерительных устройств, которые призваны проводить анализ мощности импульсных сигналов, фазовых помех, модуляции и так далее. Эти приборы применяются с целью исследования различных характеристик во время передачи сигналов. Необходимость их использования вызвана тем, что специалистам часто требуется понять, какие проблемы в работе имеются у того или иного прибора. Для этого этими приборами измеряются входные и выходные сигналы. При помощи этих устройств можно наблюдать и измерять распределение энергии колебаний на определенных частотах.

К примеру, различные устройства должны работать на конкретной частоте. Если происходит смещение сигналов в приборе, то они могут наслаиваться друг на друга. Это может приводить к помехам, которые и нужно устранить. Анализатор как раз и позволяет разглядеть границы частот, что позволяет заглушить или удалить ненужный сигнал, то есть заставить работать оборудование так как надо. Впервые о создании подобного оборудования задумались в двадцатом веке. В нашей стране такие анализаторы стали выпускаться в 1949 году, что было вызвано стремительным развитием радиовещания, военно-промышленного комплекса, а также сопутствующих областей.

Виды

Анализатор сигналов можно классифицировать по следующим признакам:

• Диапазону частот. Они могут быть оптическими, широкополосными, низкочастотными.
• По методу обработки полученной информации и выдачи информации они могут быть аналоговыми и цифровыми.
• Методу действия они могут быть параллельными, то есть многоканальными, а также последовательными, то есть сканирующими.
• Метод анализа: скалярными, то есть демонстрирующими данные об амплитудах сигналов, а также векторными, то есть предоставляющими данные о фазовых соотношениях.

Низкочастотные анализаторы применяются в диапазонах частот в пределах 10 Герц до 10-100 КГц. Данные приборы применяются в акустике, к примеру, с целью исследования шумовых параметров, для создания и эксплуатации аудиоаппаратуры и так далее. Также они могут применяться для контролирования качества электрической сети.

Радиочастотные анализаторы в большей части случаев являются широкополосными, что дает возможность использовать их в работе в пределах нескольких килогерц до сотен гигагерц. Их используют для анализа радиосигналов, а также исследования их характеристик.

Устройства последовательного вида чаще всего применяется с целью измерения радиосигналов. Их принцип функционирования строится на сканировании частот при помощи изменения параметров гетеродина. Перестраивание частот гетеродина соответствует перемещению спектра необходимого сигнала.

Анализатор параллельного типа включает набор похожих фильтров в узкой полосе. Они настраиваются на конкретную частоту. Когда измеряемый сигнал начинает действовать на фильтры, то каждый из них дает частоту, которая соответствуют его спектру. Параллельный анализатор быстрее анализирует, но несколько сложнее последовательных устройств.

Цифровые устройства способны работать двумя методами. Это могут быть приборы последовательного типа, где частоты сканируются при помощи гетеродина. После этого они обрабатываются центральным процессором. Во втором случае применяются цифровые эквиваленты, при помощи которых вычисляет алгоритм работы сигнала с использованием дискретного преобразования.

Также можно выделить и другие виды анализаторов:

• Стоечный анализатор – используется для серверной стойки.
• Портативное устройство – применяется в полевых условиях.
• Промышленные приборы – применяются для анализа сигналов в условиях производственных помещений.
• Анализатор сигналов с повышенным диапазоном температур – незаменим в случае необходимости проведения измерений в условиях повышенных либо пониженных температур,
• Динамический прибор – применятся для анализа датчиков, имеющих повышенную частоту сигнала.

Устройство

Классический анализатор сигналов включает следующие элементы:

Сигнал измеряемого устройства поступает на радиочастотный аттенюатор. В его задачи входит обеспечение подачи сигнала требуемого значения на смеситель, чтобы не возникло перегрузок и других помех.

Преселектор или так называемый низкочастотный фильтр блокирует поступление высокочастотных сигналов в смеситель. Благодаря этому элементу предотвращается смешивание внеполосных сигналов с сигналами, который выдает гетеродин. Это значит, что не будет нежелательных помех на промежуточных частотах. На смесителе происходит смешивание входного сигнала с сигналом от гетеродина.

Усилитель используется для настраивания вертикального расположения сигнала в дисплее без воздействия на сигнал во входном смесителе. Логарифмический усилитель обеспечивает логарифмическую амплитуд­ную характеристику при линейном напряжении регулировки. Гетеродин представляет маломощный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот сигнала. Генератор развертки необходим для появления на экране трубки развернутого во времени изображения сигнала.

Детектор огибающей выполняет преобразование сигнала в видеосигнал. Если рассматривать его устройство, то он выполнен из диода, резистивной нагрузки и фильтра НЧ. На дисплее отражается показатели сигналов.

В цифровых устройствах большинство аналоговых цепей заменяются цифровыми элементами. При этом в одном устройстве могут совмещаться сразу несколько устройств. Так USB анализатор сигналов имеет цифровой вольтметр, анализатор спектра и осциллограф. У него 4 измерительных канала, что позволяет вести контроль сигнала в 4-х точках схемы. Устройство выполнено в виде USB-приставки, она может работать с персональным компьютером. Все органы управления и индикаторы высвечиваются на мониторе. Питание подается через порт USB. Вместе с ноутбуком его можно использовать в качестве многофункционального аппаратно-программного измерительного комплекса.

Принцип действия

Анализатор сигналов работает по следующему принципу. Исследуемый входной сигнал направляется на аттенюатор и проходит через сглаживающий фильтр. Далее он идет на смеситель, куда в это же время подается напряжение гетеродина. В результате сигнал получается разностным по частоте. Затем данный преобразованный сигнал направляется на фильтры, после чего происходит его усиление и направление на детекторное устройство. Здесь происходит его сглаживание, оцифровка и выдача на монитор. Здесь показан общий принцип работы. При этом у каждого конкретного прибора могут быть собственные индивидуальные особенности и настройки.

В современных цифровых устройствах специфические функции целого ряда приборов моделируются при помощи компьютерных программ, что позволяет вызвать необходимую программу, чтобы произвести требуемое измерение. Принцип действия таких устройств базируется на вычислительных процедурах выявления параметров и характеристик происходящих процессов.

Применение

Анализатор сигналов может применяться в самых разных областях для:

• Измерения частотных характеристик в микро- и радиоволновой области.
• Тестирования сетей связи, а также кабельного телевидения.
• Изучения спектральных показателей.
• Решения узкоспециализированных задач, в частности определения электромагнитной совместимости изделий, соответствия приборов стандартам помехозащищенности, контролирования каналов, работающих под нагрузкой, для анализа работы оборудования.
• Диагностики импульсного соответствия, измерения параметров синхронизации, функционирования генераторов.
• Тестирования аппаратуры.
• Калибровки генераторов.
• Испытания, аттестации, а также контроля при производстве изделий.
• Обеспечения соответствия устройств мобильной связи стандартам, разработка микроволновых систем, усилителей мощности и другого оборудования.

Как выбрать

• Анализатор сигналов следует выбирать с учетом необходимости решения конкретных задач.
• Анализаторы продаются как бюджетные так и дорогие. Однако необходимо учитывать, что у недорогих вариантов довольно ограниченный функционал, что может ограничивать их применение. Однако если функционала дешевого устройства вполне хватает для решения поставленной задачи, то можно подобрать устройство и в данной ценовой категории.
• Среди достоинств устройств премиального класса можно назвать не только функциональность, но и довольно высокую чувствительность, а также точность измерений. В большинстве случаев премиальные приборы могут находить и исследовать сигналы, которые дешевые приборы не смогут распознать. Однако дороговизна не всегда является признаком лучшего качества, в ряде случаев приходится переплачивать за бренд.
• При помощи модульных устройств можно одновременно подключать сразу несколько измерительных приборов. Благодаря подключению дополнительных плат имеется возможность модернизировать устройство согласно меняющихся условий.

Источник:https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/analizator-signalov/

🔗 Анализатор сигналов. Виды и устройство. Работа и как выбрать