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Was ist ein Signalanalysator?
Ein Spektrumanalysator tut, was der Name vermuten lässt: Er erkennt die in einem ausgewählten Spektrumbereich vorhandenen Signale. Die Grundfunktion besteht darin, die Signale in einer grafischen Anzeige als Amplitude – oder Leistungspegel – auf der y-Achse und in Abhängigkeit von der Frequenz auf der x-Achse darzustellen. Die Amplituden der erkannten Signale werden im Frequenzbereich dargestellt.
Genauigkeit
Signalanalysatoren bieten eine hohe Präzision und Genauigkeit bei Messungen und stellen sicher, dass die erhaltenen Ergebnisse zuverlässig und konsistent sind.
Geschwindigkeit
Signalanalysatoren sind in der Lage, Proben schnell zu analysieren und ermöglichen so eine schnelle und effiziente Verarbeitung großer Probenmengen.
Automatisierung
Signalanalysatoren verfügen über automatisierte Funktionen, die den Bedarf an manuellen Eingaben reduzieren, Zeit sparen und Fehler reduzieren.
Skalierbarkeit
Signalanalysatoren können einfach skaliert werden, um steigende Probenvolumina zu bewältigen, ohne Einbußen bei Genauigkeit oder Qualität.
Vielseitigkeit
Signalanalysatoren können ein breites Spektrum an Proben analysieren und eignen sich daher für den Einsatz in verschiedenen Branchen, darunter Gesundheitswesen, Lebensmittel und Getränke, Umweltüberwachung und mehr.
Standardisierung
Signalanalysatoren bieten standardisierte Verfahren für die Probenanalyse, wodurch das Risiko von Schwankungen zwischen verschiedenen Tests verringert und konsistente Ergebnisse gewährleistet werden.
Kontinuierliche Überwachung
Einige Signalanalysatoren können eine kontinuierliche Überwachung durchführen und Echtzeitdaten über Änderungen der Probeneigenschaften im Laufe der Zeit liefern.
Gefahrenreduzierung
Signalanalysatoren verringern das Risiko einer Exposition gegenüber gefährlichen Materialien und Chemikalien und sind daher sicherer in der Anwendung als herkömmliche Analysemethoden.
Funktion des Signalanalysators
Die Grundfunktion des Signalanalysators besteht darin, die Signale in einer grafischen Anzeige als Amplitude – oder Leistungspegel – auf der y-Achse und in Abhängigkeit von der Frequenz auf der x-Achse darzustellen. Die Amplituden der erkannten Signale werden im Frequenzbereich dargestellt. Ein HF-Spektrumanalysator deckt Radio- und Mikrowellenfrequenzen ab. Der derzeit maximal verfügbare Frequenzbereich mit Vorwahl reicht von 2 Hertz bis 85 GHz; Höhere Frequenzen sind mit externen Mischern möglich. Üblicherweise wird auf der x-Achse eine lineare Skala für die Frequenz und auf der y-Achse eine logarithmische oder Dezibel-Skala (auch logarithmische) für die Amplitude verwendet, sodass gleichzeitig Signale mit stark variierender Amplitude sichtbar sind. Spektrumanalysatoren werden häufig in HF-Tests eingesetzt, um nicht nur die Eigenschaften gewünschter Signale anzuzeigen, z. B. ob ein Signal die vorgesehene Bandbreite belegt, sondern auch, um nach unerwünschten Signalen zu suchen.
Für HF-Tests gibt es kaum noch einen reinen Spektrumanalysator zur Erkennung des Pegels gewünschter und unerwünschter Signale durch Anzeige der Spektralkomponenten in einem Frequenzbereich. Die Natur vieler moderner gepulster Signale sowie die Notwendigkeit, transiente Signale zu erkennen und zu untersuchen, bedeutet, dass der klassische Spektrumanalysator, der das gleiche Super-Heterodyn-Prinzip wie Radioempfänger verwendet, nicht zuverlässig alle zeitweise als transienten Signale vorhandenen Signale erkennen oder die Phase eines Signals messen kann . Da der interessierende Frequenzbereich (die Frequenzspanne) die Fähigkeit des Spektrumanalysators zur gleichzeitigen Datenverarbeitung übersteigt, wird die Frequenzspanne von niedrig nach hoch abgetastet (gewobbelt). Wenn während des Frequenzdurchlaufs kein transientes Signal vorhanden ist, wird es nicht erkannt.
Die digitale Verarbeitung mithilfe der Fast Fourier Transformation (FTT) vom Zeitbereich in den Frequenzbereich hat sowohl die Signalerkennungs- als auch die Analysefunktionen des Super-Heterodyn-Spektrumanalysators erheblich erweitert. FFT ermöglicht eine deutlich schnellere Erfassung und Analyse der Frequenzspanne: Durch die parallele Nutzung von FFTs ergibt sich eine größere Momentanbandbreite, so dass mit geeigneten Filtern auch gepulste und transiente Signale erfasst werden. Viele Spektrumanalysatoren bieten auch einen Zero-Span-Modus, um Phase und Amplitude eines Signals zu analysieren und das Signal bei der ausgewählten Frequenz zu demodulieren. Neben der einfachen Darstellung der erkannten Signale auf einem Bildschirm sind auch Messungen von Rauschen, Verstärkung, Phase, belegter Signalbandbreite und Nachbarkanalleistung möglich. Das digitale Signal kann zur Nachbearbeitung durch Softwaretools exportiert werden, die eine zusätzliche Analyse ermöglichen.
Durch Durchsuchen des Frequenzspektrums liefert ein Signalanalysator eine detaillierte Analyse der Leistung eines Signals auf jeder Frequenzebene. Diese Informationen identifizieren, welche Frequenzen für die Gesamtstärke des Signals verantwortlich sind, und beheben alle Probleme, die zu einem Abfall der Signalstärke führen. Darüber hinaus überwachen Signalanalysatoren den Zustand eines Systems, indem sie Veränderungen in der Stärke verschiedener Signale im Laufe der Zeit verfolgen.
Ein Signalanalysator ist ein leistungsstarkes Werkzeug für:
● Telekommunikation, um die Leistung von Mobilfunknetzen zu messen und drahtlose Kommunikation zu debuggen.
● Die Verteidigungsindustrie testet Radarsysteme und erkennt feindliche Emittenten.
● Satellitenkommunikation zur Bewertung der Verbindungsqualität und Überwachung von Störungen.
● Rundfunk, um die Einhaltung von Vorschriften sicherzustellen und die Senderleistung zu optimieren.
● Die Luft- und Raumfahrtindustrie testet Flugzeugavionik und bodengestützte Radarsysteme.
● Medizinische Forschung zur Untersuchung von Gehirnwellen und zur Untersuchung der Auswirkungen elektromagnetischer Strahlung.
Spektrumanalysatoren mit gewobbelter Abstimmung
Gewobbelte Spektrumanalysatoren stammen von Radioempfängern ab. Daher sollte es nicht überraschen, dass gewobbelte Analysatoren entweder abgestimmte Filteranalysatoren (analog zu einem TRF-Radio) oder Superheterodynanalysatoren sind. In seiner einfachsten Form könnte man sich einen Spektrumanalysator mit gewobbelter Abstimmung tatsächlich als nichts anderes als ein frequenzselektives Voltmeter mit einem automatisch abgestimmten (gewobbelten) Frequenzbereich vorstellen. Es handelt sich im Wesentlichen um ein frequenzselektives, auf Spitzenwerte reagierendes Voltmeter, das so kalibriert ist, dass es den Effektivwert einer Sinuswelle anzeigt. Der Spektrumanalysator kann die einzelnen Frequenzkomponenten anzeigen, aus denen ein komplexes Signal besteht. Es liefert jedoch keine Phaseninformationen, sondern nur Größeninformationen. Die in Keysight-Spektrumanalysatoren verwendete Technik des gewobbelten Superheterodynempfängers kann eine Vielzahl von Frequenzbereichsmessungen über einen großen Dynamikbereich und einen breiten Frequenzbereich (30 Hz bis 325 GHz) durchführen.
Moderne gewobbelte Analysatoren (insbesondere Superheterodyn-Analysatoren) sind Präzisionsgeräte, die eine Vielzahl von Messungen durchführen können. Sie werden jedoch hauptsächlich zur Messung stationärer oder sich wiederholender Signale verwendet, da sie nicht alle Frequenzen in einem bestimmten Bereich gleichzeitig auswerten können. Die Fähigkeit, alle Frequenzen gleichzeitig auszuwerten, gehört ausschließlich dem Echtzeitanalysator.
Echtzeit-Spektrumanalysatoren
Trotz der hohen Leistungsfähigkeit moderner Superheterodyn-Analysatoren ist es ihnen noch immer nicht möglich, Frequenzen gleichzeitig auszuwerten und gleichzeitig ein gesamtes Frequenzspektrum darzustellen. Es handelt sich also nicht um Echtzeitanalysatoren. Außerdem können die Messzeiten sehr lang sein, da die Wobbelgeschwindigkeit eines gewobbelten Analysators immer durch die Zeit begrenzt ist, die zum Einschwingen seiner internen Filter erforderlich ist.
Parallelfilter-Analysatoren
Eine andere Möglichkeit, einen Spektrumanalysator aufzubauen, besteht darin, mehrere Bandpassfilter mit jeweils unterschiedlichen Durchlassfrequenzen zu kombinieren. Jeder Filter bleibt jederzeit mit dem Eingang verbunden. Diese Art von Analysator wird als Parallelfilteranalysator bezeichnet. Nach einer anfänglichen Einschwingzeit kann der Parallelfilter-Analysator alle Signale innerhalb des Messbereichs des Analysators sofort erkennen und anzeigen. Daher bietet der Parallelfilteranalysator eine Echtzeit-Signalanalyse.
Eine besondere Stärke des Parallelfilter-Analysators ist seine Messgeschwindigkeit, die es ihm ermöglicht, transiente und zeitvariante Signale (auch dynamische Signale genannt) zu messen. Allerdings ist die Frequenzauflösung eines Parallelfilteranalysators viel gröber als die eines typischen gewobbelten Analysators. Dies liegt daran, dass die Auflösung durch die Breite der Bandpassfilter bestimmt wird.
Fourier- (oder FFT-)Analysatoren
Der Fourier- oder FFT-Spektrumanalysator ist eine weitere Implementierung eines Echtzeit-Spektrumanalysators. Der Fourier-Analysator, auch dynamischer Signalanalysator genannt, nutzt die digitale Signalverarbeitung, um das Eingangssignal abzutasten und in den Frequenzbereich umzuwandeln. Diese Konvertierung erfolgt mithilfe der Fast Fourier Transformation (FFT). Die FFT ist eine Implementierung der Diskreten Fourier-Transformation, des mathematischen Algorithmus, der zum Transformieren von Daten vom Zeitbereich in den Frequenzbereich verwendet wird.
FFT-Spektrumanalysatoren sind leistungsstarke Instrumente, da ihre Rechenleistung mehr Informationen aus einem Eingangssignal extrahieren kann als nur die Amplitude einzelner Frequenzkomponenten. FFT-Analysatoren können beispielsweise sowohl Betrag als auch Phase messen und auch problemlos zwischen Zeit- und Frequenzbereich wechseln. Dies macht sie zu idealen Instrumenten für die Analyse von Kommunikations-, Ultraschall- und modulierten Signalen.
Vektorsignalanalyse (VSA)
In der Vergangenheit deckten gewobbelte und Superheterodyn-Spektrumanalysatoren große Frequenzbereiche ab, von Audio über Mikrowellen bis hin zu Millimeterfrequenzen. Darüber hinaus ermöglichten schnelle Fourier-Transformationsanalysatoren (FFT) mit intensiver digitaler Signalverarbeitung (DSP) eine hochauflösende Spektrum- und Netzwerkanalyse, waren jedoch aufgrund der Grenzen der Analog-Digital-Umwandlungs- und Signalverarbeitungstechnologien auf niedrige Frequenzen beschränkt. Die heutigen breitbandigen, vektormodulierten (auch komplex oder digital modulierten) zeitvariablen Signale profitieren stark von den Möglichkeiten der FFT-Analyse und anderen DSP-Techniken. VSAs kombinieren Superheterodyn-Technologie mit Hochgeschwindigkeits-ADCs und anderen DSP-Technologien, um schnelle hochauflösende Spektrumsmessungen, Demodulation und erweiterte Zeitbereichsanalyse zu ermöglichen. Der VSA eignet sich besonders zur Charakterisierung komplexer Signale wie Burst-, Transienten- oder modulierter Signale, die in Kommunikations-, Video-, Rundfunk-, Sonar- und Ultraschallbildgebungsanwendungen verwendet werden.
Testen der Leistung von Signalquellen der nächsten Generation wie spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCOs), Oberflächenwellen-Oszillatoren (SAW), dielektrischen Resonator-Oszillatoren (DROs), PLL-Synthesizern, RFICs, Sendern und Taktgeneratoren in Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationssystemen und andere Geräte können eine Herausforderung sein – insbesondere bei einem Tisch voller Instrumente. Es wird wertvolle Zeit damit verbracht, den Umgang mit mehreren Werkzeugen zu erlernen, das beste Werkzeug zu ermitteln, jedes Instrument zu kalibrieren, Messungen einzurichten und dann die richtigen Parameter zu ermitteln. Leistungseinschränkungen bei einer Reihe älterer Instrumente machen es außerdem schwierig und zeitaufwändig, die richtigen Parameter für genaue Messungen zu ermitteln.
Der Signalanalysator ermöglicht eine echte einstufige Phasenrauschmessung. Dadurch entfallen zeitaufwändige Messaufbauten und Systemkalibrierungen. Integrierte rauscharme Referenzquellen koppeln das System an den Träger des gemessenen Signals, wodurch die Messgeschwindigkeit automatisch aktiviert und erheblich verbessert wird. Aufwändige Messungen des Phasenrauschens sind jetzt mehr als zehnmal schneller.
Die Messgeschwindigkeit ist außergewöhnlich schnell. Bei einem Frequenzversatzbereich zwischen 1 kHz und 100 MHz dauern Messungen nur 0,45 Sekunden pro Messung. Phasenrauschmessungen in Echtzeit verkürzen nicht nur die Testzeit erheblich, sie helfen auch dabei, schnell die Grundursache für unerwünschtes Verhalten einer zu testenden Quelle zu identifizieren.
Zweikanalempfänger ermöglichen eine „Kreuzkorrelationstechnik“, um das Grundrauschen des Instruments bei allen Offset-Frequenzen zu senken. Traditionell begrenzt das Phasenrauschen der im System verwendeten Referenzquelle die Messempfindlichkeit. Diese Technik unterdrückt jedoch im Wesentlichen das Rauschen eingebauter Referenzquellen und überwindet diese Einschränkung. Das Ausmaß der Geräuschunterdrückung hängt von der „Anzahl“ der Korrelationen ab. Beispielsweise reduziert eine 100-fache Korrelation das Phasenrauschen um 10 dB. Korrelationen von bis zu 10,000--fachen führen zu einer Verbesserung der Phasenrauschempfindlichkeit um 20 dB.
Integriertes Phasenrauschen zwischen zwei durch die Bandmarkierungsfunktion angegebenen Punkten kann automatisch berechnet werden. Sowohl RMS-Jitter als auch Rest-FM werden ebenfalls angezeigt. Mit dieser Funktion können Sie den Rauschbeitrag in den Kommunikationskanälen oder den zufälligen Jitter von Taktquellen schnell und genau bewerten.
Die Bedienelemente und die Schnittstelle eines Signalanalysators können je nach Modell und Hersteller variieren, die meisten Signalanalysatoren verfügen jedoch über mehrere Standardfunktionen.
Sie steuern den Frequenzbereich, den Bereich und die Auflösung über Drehregler oder Tasten auf der Vorderseite. Durch Anpassen dieser Einstellungen ändert sich der auf dem Bildschirm angezeigte Frequenzbereich.
Die Spur oder Linie auf dem Bildschirm stellt die Stärke der Signalfrequenz dar. Sie passen die Amplitude der Kurve mit dem vertikalen Skalenknopf an. Bewegen Sie die Spur auf dem Bildschirm nach oben und unten, indem Sie den Versatz anpassen.
Die Pegeleinstellung steuert die maximale und minimale Leistungsstufe, die auf dem Bildschirm angezeigt wird und als vertikale Skala bezeichnet wird. Es ist wichtig zu beachten, dass die Pegeleinstellung keinen Einfluss auf die tatsächliche Leistung des gemessenen Signals hat. Sie passen die Pegeleinstellung mit dem Drehknopf an der Frontplatte an.
Die Zeitbasis oder Sweep-Geschwindigkeit ist eine weitere wichtige Funktion des Signalanalysators. Dies steuert, wie lange es dauert, bis sich die Spur über den Bildschirm bewegt. Eine schnellere Abtastgeschwindigkeit ermöglicht es Ihnen, kurze Signalanomalien zu erkennen. Passen Sie die Zeitbasis an Ihre gewünschte Geschwindigkeit an, indem Sie einen Drehknopf auf der Vorderseite des Analysators verwenden. Die meisten Signalanalysatoren verfügen über eine automatische Skalierungsfunktion, die die Pegel- und Wobbelgeschwindigkeitseinstellungen automatisch anpasst. Dies ist eine praktische Funktion, wenn Sie nicht sicher sind, welche Einstellungen Sie verwenden sollen.
Vorbeugende Wartung des Signalanalysators
Stellen Sie beim Herstellen von Verbindungen zum Signalanalysator sicher, dass der Leistungspegel des angelegten Signals unter dem angegebenen Schadenspegel für jeden der Anschlüsse liegt. Bei RF-Ports werden diese Informationen normalerweise am Port und im Abschnitt „Spezifikationen“ der Produkthandbücher angezeigt. Die Schaltkreise des Analysators können beschädigt werden, wenn übermäßige HF-Leistung angelegt wird und/oder der DC-Grenzwert überschritten wird. Um Schäden zu verhindern, können in den meisten Situationen externe Hochleistungsdämpfer verwendet werden.
Eine regelmäßig geplante vorbeugende Wartung, die Reinigung, Einstellung und Überprüfung umfasst, hilft Ihnen dabei:
● Stellen Sie sicher, dass Ihr Instrument verfügbar ist, wenn Sie es benötigen.
● Sorgen Sie für eine optimale Instrumentenleistung.
● Stellen Sie sicher, dass Ihr Instrument über die neuesten Funktionsaktualisierungen und -erweiterungen verfügt.
● Vermeiden Sie teure ungeplante Ausfallzeiten und Reparaturen.
● Verlängern Sie die Nutzungsdauer Ihres Instruments.
Hier finden Sie allgemeine Informationen zur vorbeugenden Wartung, sofern diese für alle Signalanalysatoren gelten, sowie gerätespezifische Informationen zur vorbeugenden Wartung, sofern zutreffend.
Der Produktbetrieb/die Überprüfung besteht aus Funktionstests verschiedener Geräteparameter, die ein hohes Maß an Sicherheit dafür bieten, dass der Analysator ordnungsgemäß funktioniert. Sie werden zur Funktionskontrolle des Analysators bei der Eingangskontrolle oder nach einer Reparatur empfohlen. Für Funktionstests ist keine Messunsicherheitsanalyse verfügbar, und der Analysator wird anhand von Grenzwerten überprüft, die über die veröffentlichten Spezifikationen hinausgehen. Die Funktionstests dienen dazu, einen Analysator zu testen, der innerhalb des in den Analysatorspezifikationen definierten Temperaturbereichs mit einem minimalen Satz an Testgeräten arbeitet. Wenn ein Test nicht bestanden wird, müssen Leistungstests durchgeführt werden, um zu bestätigen, dass das Problem behoben ist.
Unsere Fabrik
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F: Was ist der Unterschied zwischen einem Signalanalysator und einem Signalgenerator?
F: Was ist der Unterschied zwischen Signalanalysator und Oszilloskop?
F: Was ist der Unterschied zwischen Netzwerkanalysator und Signalanalysator?
F: Welche verschiedenen Arten von Signalanalysatoren gibt es?
F: Warum verwenden wir einen Signalanalysator?
F: Wie wird ein Netzwerkanalysator auch genannt?
F: Was ist ein Kommunikationssignalanalysator?
F: Was ist ein Spektrum- und Signalanalysator?
F: Wie visualisiert man Signale?
F: Was ist der Zweck des Signalsystems?
F: Wie viele Arten von Analysegeräten gibt es?
F: Was ist der Unterschied zwischen einem Messgerät und einem Analysator?
F: Welche zwei Dinge kann ein WLAN-Analysator leisten?
F: Welche verschiedenen Arten von Signalanalysatoren gibt es?
F: Was ist ein dynamischer Signalanalysator?
F: Was ist ein Beispiel für Signalverarbeitung?
F: Was sind die fünf Anwendungen der Signalverarbeitung?
F: Wie sollte ein Spektrumanalysator aussehen?
F: Wie teste ich meine Antenne mit einem Spektrumanalysator?
F: Wie genau ist ein Spektrumanalysator?
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