Hướng dẫn sử dụng máy phân tích phổ

Hướng dẫn sử dụng máy phân tích phổ

Máy phân tích phổ RF là công cụ kiểm tra được sử dụng để xem xét các tín hiệu trong miền tần số, tức là biểu đồ cường độ tín hiệu so với tần số.

Máy phân tích phổ được tìm thấy trong nhiều phòng thí nghiệm và các khu vực khác, nơi cần các dụng cụ thử nghiệm để kiểm tra và xác minh hiệu suất của tần số vô tuyến RF.

Máy phân tích phổ là thiết bị kiểm tra được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng cần kiểm tra RF: trong thiết kế RF, thiết kế mạch điện tử nói chung, kiểm tra; sản xuất điện tử; dịch vụ cơ sở và sửa chữa, và ngày càng tăng trong lắp đặt và dịch vụ hiện trường.

Trong các ứng dụng này, máy phân tích phổ RF có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc hiệu quả về hiệu suất RF của mạch, mô-đun hoặc hệ thống.

Như tên máy phân tích phổ chỉ ra, loại thiết bị kiểm tra này cung cấp thông tin về phổ của tín hiệu. Khi các tín hiệu trên các tần số khác nhau có thể được nhìn thấy, nó cho phép hiển thị các tín hiệu giả cũng như phổ của các dạng sóng phức tạp ngày nay để điều tra xem chúng có nằm trong giới hạn yêu cầu trên các tần số khác nhau hay không.

Với việc sử dụng ngày càng nhiều của truyền thông không dây, máy phân tích phổ là một phần thiết yếu của hộp công cụ thiết kế RF và ngày càng được nhìn thấy nhiều hơn trong nhiều lĩnh vực thiết kế mạch điện tử.

Mặc dù máy phân tích phổ từ trước đến nay là các hạng mục của thiết bị thử nghiệm để bàn độc lập, PXI, VXI hoặc các máy phân tích tương tự có sẵn cùng với máy phân tích phổ USB. Ngay cả các thiết bị kiểm tra hàng đầu cũng có khả năng liên kết với máy tính để chúng có thể được kiểm soát và kết quả của chúng cũng được phân tích chi tiết hơn.

 

Máy phân tích quang phổ là gì?

Mặt hàng được sử dụng phổ biến nhất của thiết bị kiểm tra hiển thị dạng sóng là máy hiện sóng. Dụng cụ kiểm tra này hiển thị các tín hiệu trong miền thời gian, tức là biên độ so với thời gian. Máy hiện sóng là một trong những công cụ kiểm tra cốt lõi cho bất kỳ phòng thí nghiệm thiết kế hoặc thử nghiệm RF nào và cho phép hiển thị nhiều dạng sóng cũng như hiệu suất của mạch. mô-đun và thiết bị cần phân tích.

Máy hiện sóng hiển thị biên độ của dạng sóng trên trục tung so với thời gian trên trục hoành – tín hiệu được hiển thị trong miền thời gian.

Mặc dù điều này rất hữu ích, nhưng khi kiểm tra các mạch và hệ thống tần số vô tuyến nói riêng, rất hữu ích để có thể nhìn thấy phổ của tín hiệu – có thể xem xét các khía cạnh như vị trí của tín hiệu giả, độ rộng của tín hiệu. có điều chế trên đó, liệu tiếng ồn có được tạo ra hay không và nhiều hơn nữa.

Khi nhìn vào phổ của một tín hiệu, biên độ của tín hiệu được hiển thị theo trục tung và tần số theo trục hoành – tín hiệu được hiển thị trong miền tần số.

Bằng cách xem xét biên độ của các tín hiệu ở các tần số khác nhau, có thể đo được biên độ của các tín hiệu này, tìm ra những tín hiệu nào đang có và những thứ tương tự.

 

Máy phân tích phổ hiển thị các tín hiệu trong miền tần số

 

Bằng cách này, có thể đo tần số của tín hiệu và cũng có thể kiểm tra mức của chúng. Với nhiều tín hiệu truyền thông không dây hiện đại ngày nay chiếm băng thông rộng, có thể đo được băng thông của tín hiệu.

Theo đó, máy phân tích phổ là một hạng mục thiết bị đo kiểm đặc biệt quan trọng đối với bất kỳ ai thực hiện việc kiểm tra và đo lường các mạch và hệ thống liên quan đến tần số vô tuyến hoặc tín hiệu RF. Ngoài ra, máy phân tích phổ cũng có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác bao gồm phân tích âm thanh và những thứ tương tự.

Thiết kế RF ngày càng trở nên quan trọng với việc sử dụng ngày càng nhiều các hệ thống truyền thông không dây với mọi thứ, từ Wi-Fi đến điện thoại di động và cảm biến không dây từ xa trên Internet of Things, cũng như radar, liên lạc vô tuyến truyền thống và một loạt các ứng dụng khác.

 

Máy phân tích phổ điển hình hiển thị phổ tín hiệu RF

 

Máy phân tích phổ thường sử dụng thang đo tuyến tính cho tần số trên trục hoành hoặc trục x, nhưng chúng thường sử dụng thang đo logarit cho biên độ trên trục tung hoặc trục y. Bằng cách sử dụng thang đo logarit hoặc decibel cho thang biên độ, có thể thấy các tín hiệu có sự khác biệt lớn về biên độ.

Các tín hiệu được xem trên máy phân tích phổ có thể chênh lệch 60dB, 70 dB hoặc hơn. Sử dụng thang đo logarit là cách duy nhất để xem các tín hiệu này trên cùng một màn hình. Đối với một số ứng dụng, có thể cần sử dụng thang biên độ tuyến tính và thường có một công tắc để thực hiện điều này.

Các máy phân tích phổ hiện đại có khả năng cao. Vì hầu hết sử dụng các kỹ thuật kỹ thuật số, việc xử lý tín hiệu không chỉ được thực hiện bằng cách sử dụng xử lý tín hiệu kỹ thuật số bằng cách sử dụng Fast Fourier Analysis, FFT, mà còn các điều khiển và màn hình phía trước được điều khiển bằng bộ xử lý điều khiển. Điều này cho phép máy phân tích phổ kết hợp nhiều khả năng và bao gồm một số quy trình tự động tốt.

Màn hình hiển thị thông thường có thể xác định tín hiệu đỉnh, hiển thị tần số và mức công suất của nó hoặc nó có thể xác định giá trị của tín hiệu tại một điểm cụ thể hoặc giá trị của đỉnh thứ hai, v.v. dụng cụ kiểm tra.

 

Hướng dẫn sử dụng máy phân tích phổ

Các phòng thí nghiệm thiết kế mạch điện tử ngày nay sẽ sử dụng rất nhiều dụng cụ thử nghiệm. Mọi thứ từ đồng hồ vạn năng kỹ thuật số đơn giản đến máy hiện sóng, bộ tạo tín hiệu và hơn thế nữa.

Máy phân tích phổ đặc biệt được sử dụng trong các phòng thí nghiệm điện tử liên quan đến thiết kế và thử nghiệm RF.

Trong những lĩnh vực này, chúng có thể cung cấp một cái nhìn về tín hiệu theo cách mà không một dạng công cụ kiểm tra nào khác có thể. Điều này cung cấp thông tin chi tiết về hoạt động của các khía cạnh tần số vô tuyến của mạch.

Máy phân tích phổ có thể được sử dụng cho một số nhiệm vụ:

Nhìn vào phổ tần số của tín hiệu để xem các mục như sau:

Phổ tổng thể của tín hiệu đã được điều chế để xem nó đủ rộng hay quá hẹp, v.v. Nếu quá rộng thì nó có thể gây nhiễu cho người dùng ở các kênh lân cận.
Để điều tra xem có bất kỳ tín hiệu giả hoặc không mong muốn nào không. Những tín hiệu này có thể gây nhiễu cho người dùng trên các tần số khác là tín hiệu được truyền đi.
Để tìm hiểu xem một tín hiệu có ở đúng tần số hay không, chẳng hạn như ở băng tần khác.
Để điều tra các vấn đề chung với một tín hiệu. Thường thì nó chỉ có thể giúp nhìn vào một tín hiệu để biết vấn đề là gì. Với tín hiệu RF, một máy phân tích quang phổ có thể trở thành đôi mắt của người điều tra vấn đề.
Đôi khi máy phân tích phổ có thể được sử dụng để đo công suất, mặc dù đồng hồ đo công suất có thể được áp dụng nhiều hơn trong một số trường hợp.
Đôi khi máy phân tích phổ có thể được sử dụng để đo tần số, mặc dù máy đếm tần số có thể được áp dụng nhiều hơn trong một số trường hợp.
Máy phân tích phổ cũng có thể được sử dụng để đo nhiễu pha trên tín hiệu. Điều này có thể đạt được với điều kiện là nhiễu đặt ra trên bộ dao động cục bộ của máy phân tích phổ thường tốt hơn 10dB so với tiếng ồn của bộ dao động được thử nghiệm. Các dụng cụ kiểm tra này là một trong những cách tốt nhất để đo nhiễu pha với điều kiện bộ dao động cục bộ của máy phân tích phổ có mức nhiễu pha đủ thấp.
Một ứng dụng khác cho các dụng cụ thử nghiệm này là đo độ ồn của một vật phẩm. Mặc dù phương pháp thử nghiệm bao gồm một số giai đoạn, nhưng nó có thể được thực hiện tương đối dễ dàng.
Máy phân tích phổ thường được sử dụng khi thực hiện các phép đo EMI & EMI (nhiễu điện từ và tương thích điện từ). Máy phân tích có thể được sử dụng để xác định tần số và bản chất của tín hiệu có thể gây ra sự cố.

Máy phân tích phổ RF điển hình

 

Mặc dù máy phân tích phổ RF có thể được sử dụng cho nhiều phép thử tần số vô tuyến, bảng dưới đây đưa ra tóm tắt về các loại dụng cụ kiểm tra khác nhau được sử dụng để kiểm tra RF và các ứng dụng điển hình của chúng.

Các loại máy phân tích phổ: Có một số loại máy phân tích phổ khác nhau có thể được mua và sử dụng. Mỗi loại có đặc điểm riêng: hiệu suất và chi phí có thể được cân bằng để đưa ra lựa chọn tốt nhất cho bất kỳ ứng dụng nào.

Các loại cũ hơn thường dựa trên nguyên tắc superheterodyne, quét máy thu trên một dải tần số và ghi nhận đầu ra. Các máy phân tích phổ hiện đại hơn sử dụng các phép biến đổi Fourier nhanh, FFT, chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang dạng số và sau đó sử dụng phép phân tích Fourier để theo dõi dấu hiệu.

Ngoài ra còn có các máy phân tích phổ thời gian thực. Chúng dựa trên khái niệm tương tự như máy phân tích phổ FFT, nhưng các thiết bị kiểm tra này sử dụng các mẫu chồng chéo thời gian để đảm bảo rằng không có quá độ bị mất. Mặc dù bên trong phức tạp hơn, vì chúng cần có khả năng lấy mẫu rất nhanh và chồng chéo, chúng đảm bảo rằng tất cả các tín hiệu có thể được nhìn thấy. Chúng thường rất cần thiết để giải quyết một số vấn đề với các thiết bị rất phức tạp đang được sản xuất ngày nay cho các hình thức truyền thông không dây khác nhau: 5G; Wi-Fi, v.v. .

Ngoài ra còn có các biến thể trong định dạng của các dụng cụ thử nghiệm. Các thiết bị hộp tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi và không chỉ cung cấp khả năng điều khiển bằng tay mà còn cung cấp khả năng vận hành từ xa thông qua một số giao diện khác nhau thường bao gồm Ethernet, USB và GPIB.

Ngoài ra còn có các tùy chọn cho máy phân tích phổ gắn trên giá. VXI là một hệ thống rack ban đầu, nhưng ngày nay PXI được sử dụng rộng rãi hơn. Dựa trên hệ thống PCI, PXI đã được điều chỉnh cho việc sử dụng thiết bị đo đạc. Một bộ điều khiển hoặc giao diện nằm trong một khe, để lại những cái còn lại cho các dụng cụ thử nghiệm. Bộ điều khiển có thể điều khiển hệ thống hoặc nhiều hơn thường được liên kết với máy tính. Đây là loại phương pháp lý tưởng để điều khiển máy tính tập hợp các công cụ kiểm tra cần thiết để kiểm tra một hệ thống dưới sự điều khiển của máy tính.

Một cách tiếp cận khác là có một máy phân tích phổ USB. Các máy phân tích phổ USB này có chức năng chính là máy phân tích trong một hộp nhỏ, nhưng nó được kết nối với PC thông qua cáp USB để nó có thể sử dụng xử lý hiển thị, điều khiển và kiểm soát và thường được cấp nguồn từ PC để giảm chi phí. trong khi thường xuyên duy trì các mức hiệu suất. Một số máy phân tích phổ USB có thể cung cấp mức hiệu suất rất cao với chi phí khá hợp lý.

 

Thông số kỹ thuật của máy phân tích phổ:

Khi chọn máy phân tích phổ RF, cần phải hiểu các thông số kỹ thuật và ý nghĩa của chúng. Có nhiều thông số kỹ thuật khác nhau liên quan đến hiệu suất của máy phân tích phổ, và cần phải hiểu ý nghĩa của chúng và cách chúng phản ánh vào hiệu suất thực tế của thiết bị thử nghiệm.

Có nhiều thông số kỹ thuật cần được xem xét khi lựa chọn máy phân tích phổ. Các thông số kỹ thuật khác nhau bao gồm nhiều khía cạnh về hiệu suất của chúng. Phạm vi tần số: tần số trên và dưới rõ ràng là quan trọng, cùng với độ chính xác của tần số và biên độ. Nhiễu pha là một vấn đề quan trọng khác vì nhiều thiết bị thử nghiệm này thường cần có khả năng đo hiệu suất nhiễu pha của các thiết bị khác và để đạt được điều này, hiệu suất của chúng cần phải tốt hơn hiệu suất của thiết bị được thử nghiệm.

Nhiều khía cạnh khác của hoạt động, bao gồm cả các phương tiện sẵn có cần được tính đến khi thực hiện và lựa chọn.

Cách sử dụng máy phân tích phổ:   Máy phân tích phổ là một loại dụng cụ kiểm tra phức tạp. Bản tóm tắt kèm theo video này cung cấp một hướng dẫn thực sự hữu ích về việc sử dụng chúng.

Để có được hiệu quả tốt nhất từ ​​bất kỳ máy phân tích phổ nào, cần phải hiểu hoạt động của các bộ điều khiển khác nhau. Đối với bất kỳ ai sử dụng loại thiết bị thử nghiệm này lần đầu tiên, có thể mất một chút thời gian để nắm rõ các điều khiển khác nhau, nhưng chúng sẽ sớm trở thành bản chất thứ hai.

Máy phân tích phổ RF là một hạng mục thiết bị kiểm tra thiết yếu đối với bất kỳ kỹ sư tần số vô tuyến nào cho dù được sử dụng để thiết kế RF, thiết kế mạch điện tử nói chung, sản xuất điện tử, dịch vụ, sửa chữa và kiểm tra RF chung.

 

Mặc dù máy phân tích phổ thường là những thiết bị kiểm tra đắt tiền để mua, nhưng đôi khi chúng có thể được mua trên thị trường đồ cũ và điều này sẽ giúp chúng có thể tiếp cận được với những người làm thí nghiệm RF nhiệt tình và những người đam mê radio.

Ngoài ra, một số máy phân tích phổ USB cung cấp các mức giá trị rất cao khi chúng sử dụng các phần tử của PC để hiển thị và nhập các điều khiển. Thông thường, hầu hết việc phân tích tín hiệu được thực hiện bởi FPGA trong chính máy phân tích phổ USB và điều này có nghĩa là có thể thu được các mức chức năng và hiệu suất cao với chi phí hợp lý hơn nhiều.

Máy phân tích phổ cũng có thể được lấy ở dạng lắp trên giá. Có sẵn máy phân tích phổ VXI và PXI nếu các hệ thống giá đỡ này đang được sử dụng.

Máy phân tích phổ là mặt hàng thiết yếu của thiết bị thử nghiệm được sử dụng trong các phòng thí nghiệm thiết kế RF và thử nghiệm RF, nơi chúng được sử dụng rộng rãi, nhưng chúng thường không được tìm thấy bên ngoài các môi trường này, mặc dù máy phân tích âm thanh được sử dụng cho một số thử nghiệm cụ thể.