EUR | USD

Spectrumanalysatoren: wat zijn dit en wat zijn de verschillende typen

Bent u een elektrotechnisch ingenieur…? Hebt u ooit een spectrumanalysator gebruikt?

De meeste (hopelijk alle!) elektrotechnisch ingenieurs, en misschien veel ingenieurs uit andere disciplines dan de elektrotechniek, weten wat een oscilloscoop is en hebben er een gebruikt. Ik vermoed dat de meeste elektrotechnisch ingenieurs in het eerste jaar van hun opleiding met de oscilloscoop te maken hebben gekregen. Maar als het over spectrumanalysatoren gaat, dan weten niet alle praktiserende elektrotechnisch ingenieurs wat dit zijn, laat staan dat ze er ooit een hebben gebruikt.

Wat is een spectrumanalysator?

Een spectrumanalysator ziet er voor veel elektrotechnisch ingenieurs uit als een oscilloscoop, maar dan met meer features en meer grafische mogelijkheden Maar hoewel zowel bij een oscilloscoop als bij een spectrumanalysator de amplitude van een signaal op de verticale as wordt afgebeeld, verschillen ze in wat er op de horizontale as wordt afgebeeld: bij een oscilloscoop is dit tijd, maar bij een spectrumanalysator is dit frequentie. In onderstaande afbeelding worden meerdere frequentiemetingen op de DSA815-TG spectrumanalysator van Rigol afgebeeld.

Afbeelding 1: Spectrumanalysatoren geven frequentiemetingen op de horizontale as weer. (Afbeelding: Rigol Technologies[1])

Keysight Technologies geeft de volgende definitie: Een spectrumanalysator 'meet en toont de amplitude van een ingangssignaal ten opzichte van de frequentie binnen het volledige frequentiebereik van het instrument. Hij is voornamelijk bedoeld om het vermogensspectrum van bekende en onbekende signalen te meten'[2] In andere woorden, gebruikers kunnen met een spectrumanalysator het 'spectrum analyseren', waarbij een spectrum wordt gedefinieerd als een verzameling sinusvormige golven die gecombineerd een signaal in het tijdsdomein produceren.

Als voorbeeld bekijken we een signaal op een oscilloscoop (Afbeelding 2).

Afbeelding 2 : Een op een oscilloscoop weergegeven signaal (Afbeelding: Agilent Technologies[3])

Hoewel dit signaal duidelijk geen zuivere sinusvorm heeft, bepaalt een spectrumanalysator de individuele sinusvormige golven waar dit signaal uit is samengesteld. En nadat een spectrumanalysator deze golven heeft geïdentificeerd, zet hij de amplitude uit tegenover de frequentie van de individuele golven.. Zoals uit Afbeelding 3 blijkt, is het signaal uit Afbeelding 2 uit slechts twee sinusvormige golven samengesteld.

Afbeelding 3: Relatie tussen een signaal in het tijdsdomein (zoals door oscilloscopen weergegeven) en in het frequentiedomein (zoals door spectrumanalysatoren weergegeven) (Afbeelding : Agilent Technologies[3])

Typen spectrumanalysator: technologieën en vormfactoren

Er zijn twee hoofdcategorieën spectrumanalysator: swept-spectrumanalysatoren en real-time spectrumanalysatoren of RTSA's. Beide typen zijn al jaren in gebruik en geven de amplitude op de verticale as weer en de frequentie op de horizontale as, maar de manier waarop ze 'het spectrum analyseren' maakt het verschil.

Ervan uitgaand dat een swept-spectrumanalysator 'niets meer is dan een frequentiegevoelige spanningsmeter met een automatische frequentieafstemming,'[4] is het niet verbazend dat deze traditionele typen analysatoren 'van radio-ontvangers afstammen.'[4] En omdat swept-spectrumanalysatoren 'in één doorgang niet tegelijkertijd alle frequenties kunnen evalueren,'[4] worden ze voornamelijk gebruikt om stabiele of herhalende signalen te meten. Deze analysatoren zijn tientallen jaren met succes voor nalevingsmetingen gebruikt (denk daarbij aan pre-nalevingstesten en EMC/EMI testen).

Real-time spectrumanalysatoren kunnen, in tegenstelling tot swept-spectrumanalysatoren, wel alle frequenties tegelijkertijd evalueren. Bij een real-time spectrumanalysator worden de gegevens eerst in het tijdsdomein verzameld en dan door middel van snelle Fouriertransformatie (FFT) naar het frequentiedomein overgezet.

Spectrumanalysatoren zijn in verschillende vormfactoren beschikbaar, zoals desktop (Afbeelding 4), handheld (Afbeelding 5) en draagbaar.

Afbeelding 4: De T3SA3200 desktop spectrumanalysator van Teledyne LeCroy Benchtop heeft een frequentiebereik van 9 kHz tot 3,2 GHz. (Afbeelding: Teledyne LeCroy[5])

Afbeelding 5: De RF Explorer Model 2,4G van Seeed Technology is een handheld spectrumanalysator voor 2,35 tot 2,55 GHz. (Afbeelding: Seeed Technology)

Desktop modellen hebben meestal betere prestaties dan handhelds, maar ze kunnen duurder zijn. Handheld spectrumanalysatoren zijn zowel kleiner als goedkoper, maar ze hebben mindere prestaties dan desktop analysatoren. Draagbare analysatoren zijn gelijk aan desktop of handheld typen, maar kunnen in het veld worden gebruikt omdat ze met batterijen zijn uitgerust.

Conclusie

Waar alle (hopelijk!) elektrotechnisch ingenieurs weten wat een oscilloscoop is en hoe die moet worden gebruikt, is het realistisch aan te nemen dat er maar weinig ooit een spectrumanalysator hebben gebruikt. Hoewel oscilloscopen en bepaalde spectrumanalysatoren (de desktop-uitvoeringen) zowel qua vormfactor als display erg op elkaar lijken, zijn ze heel anders: een spectrumanalysator geeft de golfvormen weer als amplitude tegenover frequentie, terwijl een oscilloscoop de amplitude tegenover de tijd weergeeft. Maar net als bij oscilloscopen zijn er, afhankelijk van het beschikbare budget en de eisen van de gebruiker, verschillende typen spectrumanalysator beschikbaar.

 

Referenties (meest Engelstalig):

1 – Rigol Technologies, “DSA800 Spectrum Analyzer Datasheet” (pagina 3)

2 – Keysight Technologies, “What is a Spectrum Analyzer?”

3 – Agilent Technologies, “Agilent Spectrum Analysis Basics” (pagina's 4-5)

4 – Keysight Technologies, “Different Types of Analyzers”

5 – Teledyne LeCroy, “T3SA3100/T3SA3200 Data Sheet” (pagina 2)

Achtergrondinformatie over deze auteur

Image of Nick Davis

Nick Davis heeft een bachelor in elektrotechniek van de Universiteit van Idaho in het prachtige Moskou, ID. Hij heeft in zowel kleine als grote bedrijven gewerkt, variërend van minder dan 50 tot meer dan 30.000 werknemers. Tijdens zijn 18+ jaar in het technische veld heeft hij vele technische rollen vervuld, waaronder ontwerpingenieur, systeemingenieur, productie-ingenieur en test- en validatie-ingenieur. Zijn huidige interesses omvatten het ontwikkelen van elektromechanische systemen op basis van microcontrollers, het creëren van PCB-schema's en layoutontwerpbestanden, 3D CAD-modellering en ondernemerschap.

More posts by Nick Davis