Spektrální analyzátory – Co byste o nich měli vědět

Datum 17.02.2020

Co je to spektrální analyzátor?

Spektrální analyzátor reprezentuje elektrický signál v rámci konkrétní frekvenční oblasti. Na rozdíl od osciloskopů, které mapují signál v čase, spektrální analyzátor zobrazuje průběh signálu v závislosti na jeho frekvenci. Moderní spektrální analyzátory pracují s vysoce výkonnými procesory a vyjma grafického výstupu umožňují provádění dalších analýz a měření signálu. Většina spektrálních analyzátorů disponuje frekvenčním rozsahem v řádu od několika kilohertz (kH) až do několika gigahertz (GH). Laboratoře, servisní střediska, výroba a měření EMC – tam všude se spektrální analyzátory používají.

Typy a provedení spektrálních analyzátorů

Přestože jsou na současném trhu k dispozici přenosná zařízení a přístroje vybavené USB portem, patří pořád mezi nejžádanější typy analyzátorů samostatné „stand-alone“ přístroje s výkonnými displeji. Displeje spektrálních analyzátorů mohou poskytovat různá rozlišení a velikost oblasti pro zobrazení. Některé přístroje přitom mohou mít pouze monochromatický LCD displej. Vyjma univerzálních analyzátorů existují zařízení, která jsou vybavena speciálně pro měření v oblasti EMC. Kromě toho že mají tyto přístroje možnost měření signálu v určitém frekvenčním rozsahu, disponují i speciálními měřicími funkcemi, které jsou nezbytné pro jeho přizpůsobení prakticky pro každou oblast.

Důležitá kritéria pro nákup vhodného spektrálního analyzátoru

Nejdůležitějším parametrem pro nákup vhodného analyzátoru je jeho frekvenční rozsah, který může splňovat požadavky pro konkrétní aplikaci. Dalším kritériem při výběru spektrálního analyzátoru je rozlišení výstupu. Rozlišení přitom musí být dostatečně vysoké, avšak s možností pro maximální potlačení šumu při měření signálu. Na druhé straně musí mít spektrální analyzátory dostatečný rozsah pro detekci sporadických signálů a jejich správnou demodulaci.

Hodnota pro rozlišení šířky pásma je vždy uvedena v datovém listu přístroje jako RBW (Resolution Bandwidth). Velikost a rozlišení displeje jsou zásadní údaje pro dobrou čitelnost výstupních hodnot a podrobné grafické znázornění frekvenčního spektra. Integrovaný předzesilovač zvyšuje citlivost analyzátoru a umožňuje tak měřit i velmi malé amplitudy signálu. Na druhé straně útlum vstupního signálu umožňuje měřit i signál s vysokou úrovní.

S použitím tracking generátoru jsou pak měřicí funkce rozšířeny o měření odrazu a frekvenční odezvy. Výkonné modely analyzátorů jsou navíc vybaveny i výstupem DVI, který umožňuje zobrazení výstupu obrazovky na větším monitoru. Dalšími důležitými parametry u spektrálních analyzátorů jsou ergonomie obsluhy, tedy uživatelsky komfortní struktura ovládacích prvků, a přehledný a dobře čitelný displej.

Stejně jako většinu ostatních měřicích přístrojů je možné kalibrovat i spektrální analyzátory. Pro profesionální použití je proto vhodné vybrat přístroj, který lze kalibrovat podle zavedených standardů (ISO nebo DaKKs). Analyzátory vybavené funkcí pro demodulaci AM nebo FM signálu pak většinou mají integrovaný reproduktor. Není tak zapotřebí pro poslech signálu používat sluchátka a poslech je tak k dispozici i pro ostatní.

FAQ – Nejčastěji kladené dotazy na téma spektrálních analyzátorů

Některé osciloskopy nabízejí funkci spektrálního analyzátoru. Je pak vůbec zapotřebí specializovaný přístroj v podobě samostatného spektrálního analyzátoru?

Frekvence a výkon této integrované funkce jsou nesrovnatelné s výkonem profesionální spektrálního analyzátoru. Osciloskopy s podporou této funkce poskytují spíše velmi jednoduchá měření v nízkofrekvenčním rozsahu a s omezenou přesností.

Některé spektrální analyzátory podporují funkci čítače frekvence. Nahrazuje tato funkce samostatný frekvenční čítač?

Z technických důvodů je rozlišení a přesnost této funkce omezena, a především podstatně nižší než u výkonného frekvenčního čítače.

Může spektrální analyzátor nahradit osciloskop?

Z principu spektrální analyzátor nemá za úkol sledovat tvar signálu v časovém průběhu. Z těchto důvodů nemůže žádný spektrální analyzátor plně nahradit funkci osciloskopu a stejně tak tomu je i naopak – žádný osciloskop nemůže nahradit funkci spektrálního analyzátoru.

Závěr: Jak vybrat správný spektrální analyzátor pro konkrétní aplikaci

K provádění předběžného měření v oblasti EMC doporučujeme zakoupit spektrální analyzátor s frekvenčním rozsahem min. 3 GHz. Pro tyto účely je nutné použít vhodné měřicí sondy, které se vyplatí pořídit v rámci jedné sady spolu s přístrojem. V naší nabídce proto využijte možnost zakoupení spektrálního analyzátoru včetně potřebného příslušenství, které zahrnuje měřicí sondy a další kabely.

V rámci konkrétní aplikace je většinou zapotřebí kvantifikovat několik hodnot frekvenčního spektra. Pro tyto účely je tak důležité, aby měl spektrální analyzátor k dispozici dostatečný počet markerů, které mohou být použity současně a nedocházelo k jejich odstraňování a opětovnému resetu v případě měření komplexního spektra.

Frekvenční analýza prováděná prostřednictvím filtrů a zesilovačů vyžaduje sledovací generátor (tracking generator). Pakliže tuto funkci základní verze přístroje nepodporuje, ujistěte se o tom, že existuje možnost o její dodatečné rozšíření.

V závislosti na nabídce určitého výrobce je třeba vybrat model s komplexní výbavou všech dostupných funkcí, popřípadě přístroj, který je možné o další funkce dodatečně vybavit. Dodatečné rozšíření se provádí prostřednictvím licencí nebo různými přídavnými moduly. Stejně tak je možné u většiny přístrojů rozšiřovat a dále upravovat komunikační rozhraní pro jeho připojení do počítače nebo některého testovacího systému. Nejpoužívanější komunikační rozhraní jsou USB, GPIB/IEEE-488, ethernet a port RS-232 .

Při nákupu spektrálního analyzátoru věnujte zvláštní pozornost rozlišení a kvalitě zobrazení na dostatečně velkém TFT displeji. Přestože bude mít spektrální analyzátor k dispozici možnost měření širokého frekvenčního spektra, důležitým faktorem pro výstup naměřených hodnot bude vysoké rozlišení s optimálním kontrastem displeje. Stejně tak jako je u digitálního osciloskopu s paměťovými funkcemi důležitý rozsah, má rozsah vysoký význam i v případě spektrálních analyzátorů. Přední USB port se většinou používá pro ukládání snímků obrazovky „Print Screen“ z komplexních měřicích úloh a jejich další přenos do počítače nebo pro účely zálohování a obnovu konfigurace přístroje. Při použití spektrálního analyzátoru pro profesionální použití v průmyslové oblasti doporučujeme spolu s přístrojem objednat zároveň i kalibrační protokol.

Příslušenství pro spektrální analyzátory

Pro připojení zkušebních sond, antén a přídavných tlačítek slouží standardní BNC konektory. Pro měření prostřednictvím spektrálních analyzátorů jsou k dispozici různé antény a sondy, které pokrývají celou škálu aplikací pro RF technologie. Výrobce spektrálních analyzátorů poskytují pravidelné aktualizace software a různé přídavné moduly, které rozšiřují základní funkce přístroje nebo zvyšují jeho výkon. K měření fázových a stojatých vln je přitom možné zakoupit speciální měřicí adaptéry. Modely v provedení 19“ je možné instalovat do standardních skříní (racku) a stojanů a pro účely přepravy přístroje a jeho příslušenství použít originální ochranná pouzdra.

Mezi přední a světové výrobce spektrálních analyzátorů patří například společnost GW Instek, Rigol a Rohde & Schwarz.