Theory of operation[edit]
Swept-tuned[edit]
As discussed above in types, a swept-tuned spectrum analyzer down-converts a portion of the input signal spectrum to the center frequency of a band-pass filter by sweeping the voltage-controlled oscillator through a range of frequencies, enabling the consideration of the full frequency range of the instrument.
The bandwidth of the band-pass filter dictates the resolution bandwidth, which is related to the minimum bandwidth detectable by the instrument. As demonstrated by the animation to the right, the smaller the bandwidth, the more spectral resolution. However, there is a trade-off between how quickly the display can update the full frequency span under consideration and the frequency resolution, which is relevant for distinguishing frequency components that are close together. For a swept-tuned architecture, this relation for sweep time is useful:
S T = k ( S p a n ) R B W 2 {displaystyle ST={frac {k(mathrm {Span} )}{RBW^{2}}}}
Where ST is sweep time in seconds, k is proportionality constant, Span is the frequency range under consideration in hertz, and RBW is the resolution bandwidth in Hertz.[3] Sweeping too fast, however, causes a drop in displayed amplitude and a shift in the displayed frequency.[4]
Also, the animation contains both up- and down-converted spectra, which is due to a frequency mixer producing both sum and difference frequencies. The local oscillator feedthrough is due to the imperfect isolation from the IF signal path in the mixer.
For very weak signals, a pre-amplifier is used, although harmonic and intermodulation distortion may lead to the creation of new frequency components that were not present in the original signal.
FFT-based[edit]
With an FFT based spectrum analyzer, the frequency resolution is Δ ν = 1 / T {displaystyle Delta
u =1/T} , the inverse of the time T over which the waveform is measured and Fourier transformed.
With Fourier transform analysis in a digital spectrum analyzer, it is necessary to sample the input signal with a sampling frequency ν s {displaystyle
u _{s}} that is at least twice the bandwidth of the signal, due to the Nyquist limit.[5] A Fourier transform will then produce a spectrum containing all frequencies from zero to ν s / 2 {displaystyle
u _{s}/2} . This can place considerable demands on the required analog-to-digital converter and processing power for the Fourier transform, making FFT based spectrum analyzers limited in frequency range.
Frequency spectrum of the heating up period of a switching power supply (spread spectrum) incl. waterfall diagram over a few minutes.
Hybrid superheterodyne-FFT[edit]
Since FFT based analyzers are only capable of considering narrow bands, one technique is to combine swept and FFT analysis for consideration of wide and narrow spans. This technique allows for faster sweep time.
This method is made possible by first down converting the signal, then digitizing the intermediate frequency and using superheterodyne or FFT techniques to acquire the spectrum.
One benefit of digitizing the intermediate frequency is the ability to use digital filters, which have a range of advantages over analog filters such as near perfect shape factors and improved filter settling time. Also, for consideration of narrow spans, the FFT can be used to increase sweep time without distorting the displayed spectrum.
Realtime FFT[edit]
Illustration showing Spectrum Analyzer Blind Time
Comparison between Swept Max Hold and Realtime Persistence displays
Bluetooth signal hidden behind wireless LAN signal
A realtime spectrum analyser does not have any such blind time—up to some maximum span, often called the "realtime bandwidth". The analyser is able to sample the incoming RF spectrum in the time domain and convert the information to the frequency domain using the FFT process. FFT's are processed in parallel, gapless and overlapped so there are no gaps in the calculated RF spectrum and no information is missed.
Online realtime and offline realtime[edit]
In a sense, any spectrum analyzer that has vector signal analyzer capability is a realtime analyzer. It samples data fast enough to satisfy Nyquist Sampling theorem and stores the data in memory for later processing. This kind of analyser is only realtime for the amount of data / capture time it can store in memory and still produces gaps in the spectrum and results during processing time.
FFT overlapping[edit]
Minimizing distortion of information is important in all spectrum analyzers. The FFT process applies windowing techniques to improve the output spectrum due to producing less side lobes. The effect of windowing may also reduce the level of a signal where it is captured on the boundary between one FFT and the next. For this reason FFT's in a Realtime spectrum analyzer are overlapped. Overlapping rate is approximately 80%. An analyzer that utilises a 1024-point FFT process will re-use approximately 819 samples from the
ทฤษฎีการแก้ไข ]กวาดปรับ [ แก้ไข ]ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นในประเภท , กวาดสัญญาณวิเคราะห์สเปกตรัมลงแปลงส่วนของสัญญาณคลื่นความถี่ไปยังศูนย์ความถี่ของตัวกรอง band-pass โดยกวาดแรงดันควบคุม Oscillator ผ่านช่วงของความถี่ ให้พิจารณาจากความถี่ในช่วงเต็มของเครื่องมือแบนด์วิดธ์ของไส้กรอง band-pass สั่งการความละเอียดแบนด์วิธซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นต่ำแบนด์วิธได้โดยเครื่องมือ ดังที่แสดงโดยภาพเคลื่อนไหวขวาขนาดแบนด์วิดธ์ , ความเงามากขึ้น อย่างไรก็ตาม มีการแลกเปลี่ยนระหว่างวิธีการได้อย่างรวดเร็วแสดงสามารถปรับปรุงช่วงความถี่เต็มรูปแบบภายใต้การพิจารณาและความถี่ละเอียดซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการแยกความถี่ต่างๆ ที่ใกล้ชิดกัน สำหรับกวาดปรับสถาปัตยกรรมนี้ความสัมพันธ์เวลากวาดเป็นประโยชน์ :s t = k ( S P A N ) R B W 2 { displaystyle ST = { frac { K ( mathrm { ( } ) } { rbw ^ { 2 } } } }ที่ St กวาดเวลาในวินาที , k เป็นค่าคงที่ได้สัดส่วน ช่วงคือ ช่วงความถี่ภายใต้การพิจารณาในเฮิรตซ์ และมีความละเอียด rbw แบนด์วิดธ์ในเฮิร์ตซ์ . [ 3 ] กวาดเร็วมาก อย่างไรก็ตาม สาเหตุการลดลงของการแสดงและการเปลี่ยนแปลงในแสดงความถี่ [ 5 ]นอกจากนี้ ภาพเคลื่อนไหว มีทั้งขึ้นและลงแปลงสเปกตรัม ซึ่งเกิดจากการผสมผลิตทั้งผลรวมความถี่และความถี่แตกต่าง การ feedthrough oscillator ท้องถิ่น เนื่องจากการแยกสัญญาณไม่สมบูรณ์จากเส้นทางในการผสมสำหรับสัญญาณอ่อนแอมาก , ปรีแอมป์ใช้ ถึงแม้เสียงประสานและ intermodulation บิดเบือนอาจนำไปสู่การสร้างใหม่ของความถี่ส่วนประกอบที่ถูกไม่ได้อยู่ในสัญญาณเดิมหน่วยพื้นฐาน [ แก้ไข ]กับหน่วยวิเคราะห์สเปกตรัมความถี่ตาม มติΔν = 1 / T { displaystyle เดลต้าu = 1 T / } , 3 เวลา t ซึ่งเป็นตัววัดและฟูเรียร์แปลงด้วยการวิเคราะห์ฟูเรียร์ในการวิเคราะห์สเปกตรัมดิจิตอล มันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะใช้สัญญาณที่มีความถี่ในการสุ่มตัวอย่างν S { displaystyleคุณ _ { S } } ที่อย่างน้อยสองครั้งแบนด์วิดท์ของสัญญาณ เนื่องจากข้อจำกัดของไนควิสต์ [ 5 ] ฟูเรียร์แล้วจะผลิตคลื่นที่มีความถี่ทั้งหมดจากศูนย์ν S / 2 { displaystyleคุณ _ { s } 2 } นี้สามารถวางความต้องการมากในความต้องการงูปล้องทองและพลังการประมวลผลการแปลง , การใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม FFT จำกัดในช่วงความถี่ความถี่สเปกตรัมของความร้อนขึ้นช่วงเวลาของการสลับแหล่งจ่ายไฟ ( แผ่สเปกตรัม ) รวมน้ำตกแผนภาพไปไม่กี่นาทีแบบ FFT ซึ่งรับสัญญาณวิทยุ [ แก้ไข ]ตั้งแต่ใช้ FFT วิเคราะห์จะสามารถพิจารณาวงแคบ เทคนิคหนึ่งคือการรวมกวาดและการวิเคราะห์ FFT การพิจารณาขยายกว้างและแคบ เทคนิคนี้จะช่วยให้เวลากวาดเร็วขึ้นวิธีนี้จะทำให้เป็นไปได้โดยก่อนลงแปลงสัญญาณแล้ว digitizing ความถี่กลางและใช้เทคนิคซึ่งรับสัญญาณวิทยุหรือหน่วยรับคลื่นหนึ่งประโยชน์ของ digitizing ความถี่ปานกลาง มีความสามารถในการใช้ตัวกรองแบบดิจิตอลซึ่งมีช่วงของข้อได้เปรียบกว่าตัวกรองอนาล็อกเช่นใกล้ปัจจัยรูปร่างที่สมบูรณ์แบบและการปรับปรุงตัวกรอง . นอกจากนี้ การพิจารณาครอบคลุมแคบ หน่วยสามารถใช้เพิ่มเวลากวาด โดยไม่บิดเบือนแสดงสเปกตรัมเรียลไทม์ศ. [ แก้ไข ]ภาพประกอบแสดงเวลาวิเคราะห์สเปกตรัม ตาบอดการเปรียบเทียบระหว่างกวาดแม็กซ์ถือและเรียลไทม์การแสดงสัญญาณที่ซ่อนอยู่หลังสัญญาณ LAN ไร้สายบลูทู ธเรียลไทม์วิเคราะห์สเปกตรัม ไม่ได้มีเวลาใด ๆเช่นตาบอดถึงบางช่วงสูงสุด มักจะเรียกว่า " เรียลไทม์แบนด์วิดธ์ " Analyser สามารถใช้คลื่นความถี่ RF เข้ามาในการแปลงข้อมูลไปยังโดเมนความถี่ โดยใช้กระบวนการเกิด . ของหน่วยประมวลผลแบบขนานได้ ถุงยางกัน ไม่มีช่องว่างในการคํานวณ Rf สเปกตรัมและไม่มีข้อมูลพลาดเรียลไทม์เรียลไทม์ออนไลน์และออฟไลน์ [ แก้ไข ]ในความรู้สึกใด ๆ , เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมที่มีความสามารถวิเคราะห์สัญญาณเวกเตอร์เป็นเรียลไทม์วิเคราะห์ มันตัวอย่างข้อมูลที่รวดเร็วเพียงพอที่จะตอบสนอง Nyquist สุ่มทฤษฎีบทและเก็บข้อมูลในหน่วยความจำสำหรับการประมวลผลในภายหลัง ชนิดนี้ของเครื่องเป็นเรียลไทม์สำหรับปริมาณของข้อมูล / จับเวลา มันสามารถจัดเก็บในหน่วยความจำและยังสร้างช่องว่างในสเปกตรัมและผลลัพธ์ในการประมวลผลเกิดซ้อนกัน [ แก้ไข ]การลดความเพี้ยนของข้อมูลสำคัญในเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมทั้งหมด กระบวนการเกิดใช้หน้าต่างเทคนิคเพื่อปรับปรุงผลผลิตสเปกตรัมเนื่องจากผลิตน้อยข้างติ่ง ผลของหน้าต่างนอกจากนี้ยังอาจช่วยลดระดับของสัญญาณที่ถูกจับในเขตแดนระหว่างหนึ่งหน่วยและถัดไป เพราะเหตุนี้เกิดในเรียลไทม์วิเคราะห์สเปกตรัมจะคาบเกี่ยวกัน ซ้อนเท่ากันคือประมาณ 80% เป็นการวิเคราะห์ที่ใช้เป็น 1024 จุดเกิดกระบวนการจะใช้ประมาณ 819 ตัวอย่างจาก
การแปล กรุณารอสักครู่..
