เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมคืออะไร: การทำงานและการใช้งาน

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเป็นหนึ่งในการทดสอบที่สำคัญซึ่งใช้ในการวัด ความถี่ และพารามิเตอร์อื่น ๆ อีกมากมาย ที่น่าสนใจคือเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมใช้ในการวัดสัญญาณที่เรารู้จักและค้นหาสัญญาณที่เราไม่รู้จัก เนื่องจากความแม่นยำของมันเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมจึงได้รับการใช้งานมากมายในด้านการวัดทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ใช้เพื่อทดสอบวงจรและระบบต่างๆ วงจรและระบบเหล่านี้ทำงานในระดับความถี่วิทยุ

ด้วยการกำหนดค่าโมเดลที่แตกต่างกันอุปกรณ์นี้จึงมีความเก่งกาจในด้านเครื่องมือวัดและการวัด มาพร้อมกับข้อกำหนดขนาดและแม้กระทั่งที่มีอยู่ตามการใช้งานเฉพาะ การใช้อุปกรณ์ในช่วงความถี่สูงที่ระดับความถี่อัลตร้าความถี่อยู่ในการวิจัย สามารถเชื่อมต่อกับระบบคอมพิวเตอร์และสามารถบันทึกการวัดบนแพลตฟอร์มดิจิทัลได้

Spectrum Analyzer คืออะไร?

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเป็นเครื่องมือทดสอบที่วัดค่าพารามิเตอร์ต่างๆในวงจรหรือในระบบที่ช่วงความถี่วิทยุ อุปกรณ์ทดสอบปกติชิ้นหนึ่งจะวัดปริมาณตามแอมพลิจูดเทียบกับเวลา ตัวอย่างเช่นโวลต์มิเตอร์จะวัดแอมพลิจูดแรงดันไฟฟ้าตามโดเมนเวลา เราจะได้เส้นโค้งรูปซายน์ของ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ หรือเส้นตรงสำหรับ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง . แต่เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมจะวัดปริมาณในรูปของแอมพลิจูดเทียบกับความถี่

การตอบสนองของโดเมนความถี่

ดังแสดงในแผนภาพเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมจะวัดแอมพลิจูดในโดเมนความถี่ สัญญาณยอดสูงแสดงถึงขนาดและในระหว่างนั้นเรามีสัญญาณรบกวนด้วย เราสามารถใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนและทำให้ระบบมีประสิทธิภาพมากขึ้น ปัจจัยการยกเลิกสัญญาณรบกวน (SNR) เป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญในปัจจุบันสำหรับการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่นหูฟังมีลักษณะการตัดเสียงรบกวน สำหรับการทดสอบอุปกรณ์ดังกล่าวจะใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม

ไดอะแกรมบล็อกตัววิเคราะห์

แผนภาพบล็อก

แผนภาพบล็อกของเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแสดงไว้ด้านบน ประกอบด้วยตัวลดทอนอินพุตซึ่งลดทอนสัญญาณความถี่วิทยุอินพุต สัญญาณที่ลดทอนจะถูกป้อนไปยังตัวกรองความถี่ต่ำเพื่อกำจัดเนื้อหาที่กระเพื่อม

สัญญาณที่กรองแล้วจะผสมกับออสซิลเลเตอร์ที่ปรับแรงดันไฟฟ้าและป้อนเข้ากับเครื่องขยายเสียง เครื่องขยายเสียง ถูกป้อนเข้ากับออสซิลโลสโคปรังสีแคโทด ในอีกด้านหนึ่งเรามีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกวาดด้วย ทั้งสองถูกป้อนเข้าสู่ CRO สำหรับการเบี่ยงเบนแนวตั้งและแนวนอน

หลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมโดยพื้นฐานแล้วจะวัดเนื้อหาสเปกตรัมของสัญญาณเช่นป้อนไปยังเครื่องวิเคราะห์ ตัวอย่างเช่นหากเรากำลังวัดเอาต์พุตของตัวกรองให้เราพูดว่า low pass filter จากนั้นเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมจะวัดเนื้อหาสเปกตรัมของตัวกรองเอาต์พุตในโดเมนความถี่ ในกระบวนการนี้จะวัดเนื้อหาเสียงรบกวนและแสดงใน CRO

ดังที่แสดงในแผนภาพบล็อกการทำงานของเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถแบ่งได้โดยพื้นฐานว่าเป็นการสร้างการกวาดแนวตั้งและแนวนอนบนออสซิลโลสโคปรังสีแคโทด เรารู้ว่าการกวาดในแนวนอนของสัญญาณที่วัดได้จะเกี่ยวกับความถี่และการกวาดแนวตั้งจะขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของมัน

กำลังทำงาน

ในการสร้างการกวาดในแนวนอนของสัญญาณที่วัดได้สัญญาณที่ระดับความถี่วิทยุจะถูกป้อนไปยังตัวลดทอนสัญญาณขาเข้าซึ่งจะลดทอนสัญญาณที่ระดับความถี่วิทยุ เอาต์พุตของตัวลดทอนจะถูกป้อนเข้ากับตัวกรองความถี่ต่ำเพื่อกำจัดเนื้อหาที่กระเพื่อมในสัญญาณ จากนั้นจะส่งไปยังเครื่องขยายเสียงซึ่งจะขยายขนาดของสัญญาณถึงระดับหนึ่ง

ในกระบวนการนี้ยังผสมกับเอาท์พุตของออสซิลเลเตอร์ซึ่งถูกปรับที่ความถี่หนึ่ง ออสซิลเลเตอร์ช่วยสร้างลักษณะสลับของรูปคลื่นป้อน หลังจากผสมกับออสซิลเลเตอร์และขยายสัญญาณแล้วสัญญาณจะถูกส่งไปยังเครื่องตรวจจับแนวนอนซึ่งจะแปลงสัญญาณเป็นโดเมนความถี่ ในเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมปริมาณสเปกตรัมของสัญญาณจะแสดงในโดเมนความถี่

สำหรับการกวาดแนวตั้งจำเป็นต้องมีแอมพลิจูด เพื่อให้ได้แอมพลิจูดสัญญาณจะถูกป้อนไปยังออสซิลเลเตอร์ที่ปรับแรงดันไฟฟ้า ออสซิลเลเตอร์ที่ปรับแรงดันไฟฟ้าจะถูกปรับที่ระดับความถี่วิทยุ โดยทั่วไปจะใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุรวมกันเพื่อให้ได้วงจรออสซิลเลเตอร์ สิ่งนี้เรียกว่า RC oscillators ที่ระดับออสซิลเลเตอร์สัญญาณจะเลื่อนเฟสไป 360 องศา สำหรับการเปลี่ยนเฟสนี้จะใช้วงจร RC ในระดับต่างๆ โดยปกติเรามี 3 ระดับ

บางครั้งแม้แต่หม้อแปลงก็ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการเปลี่ยนเฟส ในกรณีส่วนใหญ่ความถี่ของออสซิลเลเตอร์จะถูกควบคุมโดยใช้เครื่องกำเนิดทางลาด บางครั้งเครื่องกำเนิดทางลาดยังเชื่อมต่อกับโมดูเลเตอร์ความกว้างพัลส์เพื่อรับทางลาดของพัลส์ เอาต์พุตของออสซิลเลเตอร์จะถูกป้อนเข้ากับวงจรกวาดแนวตั้ง ซึ่งให้แอมพลิจูดบนออสซิลโลสโคปรังสีแคโทด

ประเภทของเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท อนาล็อกและดิจิตอล

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมอนาล็อก

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมอนาล็อกใช้หลักการซูเปอร์ฮีเทอโรไดน์ เรียกอีกอย่างว่าเครื่องวิเคราะห์แบบกวาดหรือแบบกวาด ดังที่แสดงในแผนภาพบล็อกเครื่องวิเคราะห์จะมีวงจรกวาดแนวนอนและแนวตั้งที่แตกต่างกัน ในการแสดงเอาต์พุตเป็นเดซิเบลเครื่องขยายเสียงลอการิทึมยังใช้ก่อนวงจรกวาดแนวนอน นอกจากนี้ยังมีตัวกรองวิดีโอเพื่อกรองเนื้อหาวิดีโอ การใช้เครื่องกำเนิดทางลาดทำให้แต่ละความถี่มีตำแหน่งที่ไม่ซ้ำกันบนจอแสดงผลซึ่งสามารถแสดงการตอบสนองความถี่ได้

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมดิจิตอล

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบดิจิทัลประกอบด้วยบล็อกการแปลงฟูเรียร์ (FFT) อย่างรวดเร็วและบล็อกตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) เพื่อแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล โดยการแสดงแผนภาพบล็อก

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมดิจิตอล

ดังที่แสดงโดยการแสดงแผนภาพบล็อกสัญญาณจะถูกป้อนไปยังตัวลดทอนซึ่งจะลดระดับของสัญญาณจากนั้นป้อนไปยัง LPF เพื่อกำจัดเนื้อหาที่กระเพื่อม จากนั้นสัญญาณจะถูกป้อนไปยังตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) ซึ่งจะแปลงสัญญาณเป็นโดเมนดิจิทัล สัญญาณดิจิตอลจะถูกป้อนไปยังเครื่องวิเคราะห์ FFT ซึ่งจะแปลงสัญญาณเป็นโดเมนความถี่ ช่วยในการวัดสเปกตรัมความถี่ของสัญญาณ สุดท้ายจะแสดงโดยใช้ CRO

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องวิเคราะห์

มีข้อดีหลายประการเนื่องจากวัดปริมาณสเปกตรัมในสัญญาณในช่วงความถี่วิทยุ นอกจากนี้ยังมีการวัดจำนวน ข้อเสียเพียงอย่างเดียวคือต้นทุนซึ่งสูงกว่าเมื่อเทียบกับมิเตอร์ทั่วไปทั่วไป

การใช้งานเครื่องวิเคราะห์

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมซึ่งใช้โดยพื้นฐานเพื่อวัตถุประสงค์ในการทดสอบสามารถใช้เพื่อวัดปริมาณต่างๆได้ การวัดทั้งหมดนี้ทำที่ระดับความถี่วิทยุ ปริมาณที่วัดบ่อยโดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมคือ -

• ระดับสัญญาณ - สามารถวัดความกว้างของสัญญาณตามโดเมนความถี่ได้โดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม
• เสียงเฟส - เมื่อทำการวัดบนโดเมนความถี่และมีการวัดเนื้อหาสเปกตรัมจึงสามารถวัดสัญญาณรบกวนเฟสได้อย่างง่ายดาย ปรากฏเป็นระลอกคลื่นในเอาต์พุตของออสซิลโลสโคปรังสีแคโทด
• ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิก - นี่เป็นปัจจัยหลักที่ต้องพิจารณาสำหรับคุณภาพของสัญญาณ จากการบิดเบือนฮาร์มอนิกความเพี้ยนรวม (THD) จะถูกคำนวณเพื่อประเมินคุณภาพกำลังไฟฟ้าของสัญญาณ สัญญาณต้องได้รับการบันทึกจากการหย่อนและบวม การลดระดับความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียที่ไม่จำเป็น
• Intermodulation บิดเบือน - ในขณะที่ปรับสัญญาณขึ้นอยู่กับความผิดเพี้ยนของแอมพลิจูด (แอมพลิจูดแอมพลิจูด) หรือความถี่ (การมอดูเลตความถี่) จะเกิดในระดับกลาง ต้องหลีกเลี่ยงการบิดเบือนนี้เพื่อให้มีการประมวลผลสัญญาณ สำหรับสิ่งนี้จะใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อวัดความผิดเพี้ยนระหว่างการมอดูเลต เมื่อความผิดเพี้ยนลดลงโดยใช้วงจรภายนอกสามารถประมวลผลสัญญาณได้
• สัญญาณปลอม - สัญญาณเหล่านี้เป็นสัญญาณที่ไม่ต้องการที่จะตรวจจับและกำจัด สัญญาณเหล่านี้ไม่สามารถวัดได้โดยตรง เป็นสัญญาณที่ไม่รู้จักซึ่งจำเป็นต้องวัด
• ความถี่สัญญาณ - นี่เป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องประเมินด้วย เนื่องจากเราใช้เครื่องวิเคราะห์ที่ระดับความถี่วิทยุแถบความถี่จึงสูงมากและเป็นสิ่งสำคัญในการวัดเนื้อหาความถี่ของแต่ละสัญญาณ สำหรับสเปกตรัมนี้จะใช้เครื่องวิเคราะห์โดยเฉพาะ
• มาสก์สเปกตรัม - เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมยังมีประโยชน์ในการวิเคราะห์หน้ากากสเปกตรัม

ดังนั้นเราจึงได้เห็นหลักการทำงานการออกแบบข้อดีและการประยุกต์ใช้ คลื่นความถี่ เครื่องวิเคราะห์ ต้องคิดว่าจะจัดเก็บข้อมูลที่วัดในเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมได้อย่างไร? และจะถ่ายโอนไปยังสื่ออื่น ๆ เช่นคอมพิวเตอร์เพื่อวัดผลต่อไปได้อย่างไร