Различие между измерительным приемником и анализатором спектра

Различие между измерительным приемником и анализатором спектра

Измерительный приемник

Измерительные приёмники построены по принципу приёмников супергетеродинного типа, так как они должны иметь большую чувствительность и высокую селективность. При испытаниях с целью подтверждения соответствия требованиям ЭМС обычно используются измерительные приемники, параметры которых оптимизированы для осуществления указанных испытаний.

Ранее измерительные приемники имели ручное управление, и оператор должен был снимать показания измерительного прибора на каждой частоте, где эти показания близки к предельно допустимому значению. Это была длительная процедура, при которой были возможны ошибки. Современные измерительные приемники полностью автоматизированы и функционируют с использованием специального программного обеспечения при управлении через стандартный интерфейс, соответствующий требованиям IEEE-488.

Это позволяет осуществлять измерения, устанавливая правильные параметры измерительного приемника во всей полосе частот измерений с помощью персонального компьютера. В результате минимизируется время измерений при перекрытии полосы частот без пропусков. Результаты измерений сохраняются в памяти персонального компьютера и могут быть представлены в виде файла или в распечатанном виде.

Измерительный приемник имеет отличительные особенности в сравнении с анализатором спектра, указанные ниже:

• существенно более высокая чувствительность, что позволяет отделять полезные сигналы от шумов при уровнях сигналов гораздо более низких, чем предельно допустимые уровни помех;

• избирательность входных цепей и стойкость к перегрузкам;

• измерительный приемник специально предназначен для осуществления измерений в соответствии с требованиями стандартов СИСПР. Для этой цели выбираются соответствующие полосы частот, виды детекторов, динамический диапазон сигналов;

• точность измерений частоты и амплитуды сигналов выше, чем у анализаторов спектра;

Анализатор спектра

Это прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот. Обычный анализатор спектра стоит, безусловно, значительно дешевле, чем измерительный приемник. Оборудование этого вида широко используется при таких испытаниях и проверках, когда необходимо обеспечить быстрый просмотр полосы частот.

Спектральный дисплей с немедленным отображением исключительно полезен для выявления частот, на которых действуют нежелательные радиочастотные помехи, и характера этих помех, особенно если имеется возможность сузить полосу просмотра до небольшой части полного спектра. Анализатор спектра, имеющий в своем составе следящий генератор, пригоден для проведения контроля высокочастотных откликов цепей.

Вместе с тем, обычный анализатор спектра не является альтернативой по отношению к измерительному приемнику в установках для проведения испытаний на соответствие требованиям ЭМС вследствие ограниченных чувствительности и динамического диапазона сигналов, а также восприимчивости к перегрузкам.
На рис. 1 приведена структурная схема типичного анализатора спектра.

  Рис. 1. Структурная схема анализатора спектра

Входной сигнал подается непосредственно на смеситель, где определяется полная полоса частот анализатора. При этом не предусматривается повышение избирательности входных цепей или возможность предварительного усиления сигналов. Это приводит к трем последствиям:

1. Повышается уровень собственных шумов, и если принять во внимание ослабление сигналов в преобразователях и кабелях, то чувствительность анализатора оказывается едва достаточной для выделения сигнала из шумов при уровнях сигналов, близких к предельно допустимым уровням помех.

2. Диодный смеситель является весьма недолговечным компонентом и легко повреждается при воздействии кратковременного входного сигнала переходного характера или при наличии длительной перегрузки на входе. Если вы не будете предпринимать меры для защиты входных цепей, то обнаружите, что перечень необходимых ремонтных работ будет быстро увеличиваться.

3. Широкополосные сигналы большой мощности могут перегрузить смеситель, в результате чего возникает нелинейный режим работы, даже если уровень сигнала в полосе частот детектора находится в пределах, не выходящих за динамический диапазон работы прибора.

Преселектор

Вы можете найти анализатор спектра, характеристики которого будут эквивалентны характеристикам измерительного приемника, но и стоимость его в этом случае будет примерно эквивалентной стоимости измерительного приемника. Поэтому для большинства компаний более приемлемым компромиссом является улучшение характеристик анализатора спектра за счет использования следящего преселектора.

Преселектор (рис.2) представляет собой отдельное устройство, которое обеспечивает защиту входных цепей, предварительное усиление сигналов и содержит сканирующий перестраиваемый фильтр, связанный с местным генератором анализатора спектра. Предварительный усилитель улучшает шумовые характеристики анализатора спектра таким образом, что они становятся эквивалентными характеристикам измерительного приемника.

Также важно и то обстоятельство, что наличие защиты входных цепей позволяет безопасно использовать измерительный прибор в условиях значительных перегрузок, так как перестраиваемый входной фильтр снижает мощность сигнала, поступающего на смеситель, в сравнении с мощностью широкополосного сигнала, в результате чего повышается эффективный динамический диапазон анализатора спектра.

Рис. 2. Следящий преселектор

Негативной стороной применения следящего преселектора является то обстоятельство, что его стоимость может быть равной стоимости самого анализатора спектра, что приводит к удвоению стоимости всей системы. В продаже существуют преселекторы с ручным управлением, неудобные в использовании, но вы можете улучшить их характеристики путем доработки прибора.

При разработке изделия анализатор спектра может использоваться в соответствии с назначением для проведения диагностических испытаний, и вы можете подключить к нему преселектор только тогда, когда наступит время для проведения испытаний изделия на соответствие требованиям ЭМС.

Подобно измерительным приемникам, современные анализаторы спектра с преселекторами являются программированными и управляются через стандартный интерфейс по IEEE-488. Для них имеется в наличии необходимое программное обеспечение, что позволяет использовать эти приборы при проведении испытаний на соответствие требованиям ЭМС так же, как и измерительные приемники (т.е. с применением персонального компьютера для управления и обработки данных).

Следящий генератор

Применение следящего генератора, совместно с анализатором спектра, позволяет без значительного увеличения стоимости существенно увеличить измерительные возможности анализатора спектра. С помощью следящего генератора и анализатора спектра вы получаете возможность выполнять большой объем измерений, связанных с частотной восприимчивостью к помехам, являющихся необходимой составной частью полного комплекса испытаний изделий в области ЭМС.

Следящий генератор (рис.3) представляет собой генератор сигналов, выходная частота которого связана с частотой измерений анализатора спектра и сканируется по одному и тому же закону. Выходное напряжение генератора поддерживается постоянным с достаточно высокой точностью, обычно с отклонениями менее ± 1 дБ, в полосе частот от 100 кГц до 1 ГГц. Это напряжение подается на вход исследуемой цепи, выход которой подключается к анализатору спектра.

При этом на дисплее анализатора спектра можно анализировать амплитудно-частотную характеристику исследуемой цепи. Динамический диапазон теоретически равен динамическому диапазону анализатора спектра (около 120 дБ), но на практике он ограничен из-за возникновения паразитной связи при подключении кабелей к исследуемой цепи.

Рис. 3. Следящий генератор.

Вы можете использовать комбинацию следящий генератор/анализатор спектра для проведения нескольких видов испытаний в области ЭМС, в целях:

• оценки затухания в кабелях. Ослабление сигнала в кабеле, как функция от частоты, должно учитываться при проведении всех видов испытаний на помехоэмиссию;

• проведения калибровки открытой испытательной площадки. Затухание сигнала между двумя калиброванными антеннами, размещаемыми на площадке, как функция от частоты, является важнейшим параметром открытых испытательных площадок;

• оценки характеристик компонентов, фильтров, аттенюаторов и усилителей, что является важнейшим условием эффективного применения средств обеспечения ЭМС;

• оценки эффективности экранирования камер и помещений

• определения структурных и схемных резонансов.

Ширина полосы пропускания

Уровень помехи, являющийся результатом измерений на некоторой частоте, зависит от ширины полосы пропускания измерительного приемника и импульсного отклика его детектора. Эти параметры точно установлены в специальном стандарте, на который даны ссылки во всех коммерческих стандартах в области помехоэмиссии, основанных на работах СИСПР, и прежде всего в ЕН55011, ЕН55014 и ЕН55022.

Указанным специальным стандартом является Публикация СИСПР 16-1*. СИСПР 16-1 подразделяет общий диапазон частот измерений от 9 кГц до 1000 МГц на четыре полосы частот и устанавливает значения измерительной ширины полосы пропускания измерительного приемника, постоянные для каждой их этих полос частот (таблица 1).

Источники помехоэмиссии могут быть отнесены к создающим узкополосные помехи (как правило, гармонические составляющие генераторов и сигналов) и широкополосные помехи (как правило, вызванные повторяющимися включениями аппаратуры, действием контроллеров и преобразованиями цифровых данных). Реальное различие между узкополосными и широкополосными помехами основано на том, как соотносится между собой ширина полосы частот помехи и ширина полосы пропускания измерительного приемника.

Помеха является широкополосной, если ширина ее полосы частот превышает ширину полосы пропускания измерительного приемника. Таким образом, помеху, имеющую ширину полосы частот 30 кГц на частоте 20 МГц (полоса частот B, в соответствии с СИСПР), следует классифицировать, как широкополосную, в то время как эту же помеху на частоте 40 МГц (полоса частот C в соответствии с СИСПР) следует отнести к узкополосной.

Таблица 1. Ширина полосы пропускания измерительного приемника и параметры детектора квазипиковых значений, установленные в СИСПР 16-1

Зависимость уровня шума от ширины полосы пропускания приемника

Измеренный уровень широкополосной радиочастотной помехи изменяется в зависимости от ширины полосы пропускания измерительного приемника. При увеличении ширины полосы пропускания возрастает число спектральных составляющих помехи, воздействующих на измерительный приемник, и, следовательно, увеличивается измеренный уровень помехи. С другой стороны, на измеренный уровень узкополосной помехи ширина полосы пропускания измерительного приемника влияния не оказывает.

Собственный шум приемника, учитывая причины его возникновения, естественно, является: широкополосным, и, следовательно, существует прямая корреляция между шумовым порогом измерительного приемника или анализатора спектра и его шириной полосы пропускания. Минимальный уровень шума (максимальная чувствительность) измерительного приемника достигается при минимальной ширине его полосы пропускания. Зависимость между уровнем шума и шириной полосы пропускания приемника (BW) определяется выражением:

Изменение уровня шума (дБ) = 10*lg(BW1/BW2)

Например, изменение ширины полосы пропускания приемника от 10 кГц до 120 кГц приведет к увеличению шумового порога на 10,8 дБ.

Разница основных функций и областей применения измерительного приемника и анализатора спектра приведена в Таблице 2.

Таблица 2.

Выводы

И все же, что выбрать? Измерительный приемник или анализатор спектра? Все зависит от задач, которые они должны решать.

• Измерительный приемник используется там, где требуется высокая точность измерений амплитудно-частотных характеристик радиосигналов, для исследования характеристик электромагнитной совместимости, автоматизации измерений и расчетов характеристик сигналов и электромагнитных полей.

• Анализатор спектра широко используется при таких испытаниях и проверках, когда необходимо обеспечить быстрый просмотр полосы частот, для анализа свойств радиосигналов и для исследования характеристик радиоустройств.

Все еще сомневаетесь с выбором? Обращайтесь к нам, мы Вам поможем!
Баширов Руслан - инженер департамента радиоизмерительного оборудования компании Серния.
e-mail: br@sernia.ru, тел.+7 495 932 92 42, доп.218

* СИСПР 16-1-4:2007 Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к аппаратуре для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости и методы измерений. Часть 1-4. Аппаратура для измерения параметров индустриальных радиопомех и помехоустойчивости. Устройства для измерения излучаемых радиопомех и испытаний на устойчивость к излучаемым радиопомехам