Spektrianalüsaator

Spektrianalüsaator on seade elektriliste võnkumiste spektri energia suhtelise sagedusjaotuse kuvamiseks ja mõõtmiseks. Sagedusjaotus kuvatakse graafiliselt seadme ekraanil – rõhtteljel sagedus ja püstteljel sagedusele vastav amplituud, tavaliselt logaritmilisel skaalal.

RohdeSchwarzi spektrianalüsaator FSP

Üldinfo

Spektrianalüsaatorite liigitus

• Sagedusvahemiku järgi – madalsageduslikud, raadiosageduslikud ja optilise spektri analüsaatorid.
• Tööpõhimõtte järgi – jadalaotusega (skaneerivad) ja paralleellaotusega (mitmekanalilised).
• Mõõteinfo töötlemise ja tulemuste esitamise meetodi järgi – analoogsed ja digitaalsed.
• Analüüsi olemuse järgi – skalaarsed, mis annavad teavet ainult spektri harmooniliste komponentide amplituudide kohta, ja vektoriaalsed, mis annavad teavet ka faasisuhete kohta.

Analüüsi põhiomadused

Spektrianalüsaator võimaldab määrata analüüsitavas protsessis sisalduvate spektraalkomponentide amplituudi ja sagedust. Seadme kõige olulisem omadus on eraldusvõime: väikseim sagedusvahemik $\mathrm{\Delta }f$ kahe spektrijoone vahel, mida analüsaator veel eraldab. Spektrianalüsaator saab anda tõese spektri ainult siis, kui analüüsitav võnkumine $x$ on perioodiline või eksisteerib ainult kindlas vahemikus $T$.

Madal- ja ja raadiosagedusspektri analüsaatorid

Madalsagedusanalüsaatorid

LMadalsagedusanalüsaatoreid on enemasti paralleeltüüpi ning mõeldud töötama sagedusvahemikus mõnest hertsist kuni kümnete ja sadade kilohertsideni. Neid kasutatakse akustikas näiteks müra omaduste uurimisel, heliseadmete väljatöötaqmisel, kasutamisel ja hooldamisel ning muudel eesmärkidel. Elektritoitevõrgu kvaliteedi jälgimiseks kasutatavaid seadmeid nimetatakse harmooniliste analüsaatoriteks.

Raadiosagedusanalüsaatorid

Enamik raadiosagedusanalüsaatoreid on laiaribalised, võimaldades töötada sagedusalas mõnest kilohertsist kuni sadade mega- või gigahertsideni. Peamiselt on need jadatüüpi analüsaatorid. Neid kasutatakse raadiosignaalide omaduste analüüsimiseks ja raadioseadmete omaduste uurimiseks.

Jadalaotusega analüsaatorid

Jadalaotusega analüsaatorid on levinuim raadiosignaalide uurimise analüsaatoritüüp, mille töö põhineb sagedusriba skaneerimisel häälestatava heterodüüni abil. Spektri komponendid kantakse jadamisi üle vahesagedusele. Heterodüüni sagedust häälestatakse ümber vastavalt uuritava signaali spektril liikumisega. Selektiivne vahesagedusvõimendi eraldab järgemööda spektri komponendid ja tänu ostsilloskoobi sünkroonsele laotusele esitatakse spektri iga komponendi väärtused järjestikku selle ekraanil.

Paralleellaotusega analüsaatorid

Paralleellaotusega analüsaatorid sisaldavad komplekti identseid kitsaribalisi suure hüveteguriga filtreid, millest igaüks on häälestatud kindlale sagedusele (madalsageduslike mõõtmiste valdkonnas võib filtritel olla ühesugune suhteline, mitte absoluutne ribalaius). Kui uuritavat signaali rakendatakse samaaegselt kõikidele filtritele, valib igaüks neist oma seadistusele vastava spektrikomponendi. Paralleellaotusega analüsaatorid on suure analüüsikiirusega, kuid ehituselt keerukamad kui jadaanalüsaatorid .

Digitaalsed analüsaatorid

Digitaalseid analüsaatoreid saab üles ehitada kahel viisil. Esimesel juhul on tegemist tavapärase jadaanalüsaatoriga, milles heterodüüni abil sagedusriba skaneerimisel saadud mõõteinfo digiteeritakse analoogdigitaalmuunduri (ADC) abil ja seejärel töödeldakse seda digitaalselt. Teisel juhul realiseeritakse paralleellaotusega digitaalne ekvivalent DFT-analüsaatori näol, mis arvutab spektri diskreetse DFT (diskreetse Fourier' teisenduse) algoritmide abil. Võrreldes digitaalsete DFT-jadaanalüsaatoritega on digitaalsetel DFT-paralleelanalüsaatoritel mitmeid eeliseid: suurem eraldusvõime ja töökiirus, võimalus analüüsida impulss- ja ühekordseid signaale. Samuti on nad võimelised arvutama peale amplituudi ka faasispektreid ning esitama signaale korraga aja- ja sagedusvahemikes. Paraku töötavad DFT-paralleelanalüsaatorid ainult suhteliselt madalatel sagedustel, sest nende ADC-muundurid on piiratud võimalustega.

Peamised parameetrid

• Sagedusvahemik
• Ribalaius
• Kuvatav amplituud
• Amplituudi mõõteviga
• Sageduse mõõteviga
• Tundlikkus ja dünaamikaulatus
• Suhteline omamüra tase
• Amplituudi-sageduse karakteristiku ebaühtlus

Optilised spektrianalüsaatorid

Tööpõhimõte

Optilised spektrianalüsaatorid töötavad difraktsioonivõre, Michelsoni interferomeetri, Fabry-Pérot’ resonatori ja muude interferentsiskeemide alusel. Praegusajal on enim kasutusel difraktsioonivõrel põhinevad analüsaatorid ja ainult nende ebapiisava lahutusvõime korral kasutatakse spektri mõõtmisel kallimaid interferomeetrilistel meetoditel põhinevaid seadmeid.

Rakendused

Optiline spektrianalüüs on seoses telekommunikatsiooni tehnoloogia arenguga saamas üheks olulisemaks mõõtmisliigiks tänapäevastes kiudoptilistes sidesüsteemides. Seda tüüpi mõõtmise vajadus on seotud eelkõige optilise kiirguse allikate spektri monitooringuga, samuti selleks, et kindlaks teha spektraalkomponentide mõju kiudoptiliste komponentide parameetritele ja andmeedastusele kiudoptiliste sideliinide kaudu. Samal ajal on üheks oluliseks kiirete sideliinide ribalaiust piiravaks teguriks optilise kiu kromaatiline dispersioon, mille määrab kiirgusallika spektri laius ja mis väljendub edastatava impulsi kestuse pikenemises ja nõuab samuti optilise spektri analüüsi. Lisaks on optiliste võimendite ja lainepikkusjaotusega multipleksimise tehnoloogia kasutuselevõtt muutnud optilise spektri analüüsi kiudoptiliste ülekandeliinide paigaldamisel ja käitamisel kui kõige asjakohasemaks mõõtmisviisiks.

Peamised parameetrid

• Lainepikkuste vahemik
• Lainepikkuse eraldusvõime
• Lainepikkuse mõõteviga
• Kuvatav amplituud
• Amplituudi mõõteviga
• Dünaamikaulatus

Vaata ka

• Spektrianalüüs
• Spektromeeter