Анализатор спектра – это измерительный прибор, который используется для отображения и анализа сигнала в спектральной области. Помимо спектральных измерений, современные анализаторы предоставляют множество других функций, таких как определение параметров модуляции (векторный анализ сигналов), измерение фазовых шумов, измерение коэффициента шума, измерение гармонических и негармонических искажений и другие.

Анализаторы спектра используются на производстве, в конструкторских бюро и научно-исследовательских (R&D) центрах, в задачах тестирования телекоммуникационных систем, радиомониторинга и во многих других областях, где необходимы измерения радиочастотных сигналов и характеристик радиоэлектронных трактов и устройств.

К основным параметрам анализатора спектра относятся: диапазон рабочих частот, погрешность измерения амплитуды, погрешность измерения частоты, скорость анализа, средний отображаемый уровень шумов, динамический диапазон, точка компрессии, фазовый шум, интермодуляционные искажения, уровень паразитных спектральных компонент, полоса единичного анализа, разрешение по частоте.

Диапазон рабочих частот – это частотная область, в которой анализатор позволяет осуществлять анализ спектра с допустимыми погрешностями измерения уровня и частоты.

Для проведения измерений параметров устройств и радиочастотных трактов часто требуется анализатор с диапазоном частот, превышающим диапазон рабочих частот исследуемого устройства. Примером необходимости расширенного частотного диапазона является беспроводная связь. Некоторые из беспроводных стандартов требуют, чтобы измерения проводились до десятой гармоники. Например, при работе на частоте 900 МГц требуется анализатор, имеющий верхнюю границу диапазона частот 10*900 МГц = 9 ГГц.

Погрешность измерения амплитуды – погрешность, определяющая ошибку определения амплитуды спектральных компонент сигнала. Единица измерения – дБ. Может задаваться во всем диапазоне рабочих частот или отдельно по поддиапазонам. Определяется инструментальными погрешностями анализатора спектра.

Погрешность измерения частоты определяет ошибку измерения частоты спектральных компонент. Как правило, основной вклад в данную погрешность вносит относительная нестабильность частоты опорного генератора и разрешение по частоте (RBW). Погрешность отличается для встроенного и внешнего опорного генератора и в абсолютном выражении увеличивается с ростом частоты. Единица измерения – Гц либо в относительном выражении к частоте сигнала.

В процессе производства анализаторы спектра калибруются. При калибровке определяются ошибки измерений для различных частот и уровней и сохраняются в память конкретного анализатора. Эти ошибки учитываются в индицируемом уровне, таким образом точность измерений повышается.

Почти все анализаторы спектра обладают встроенным прецизионным источником, который обеспечивает опорный сигнал заданной частоты и амплитуды. Затем полагаются на относительную калибровку анализатора, переносящего абсолютную калибровку опорного сигнала на другие частоты и амплитуды.

Скорость анализа – определяется как величина, равная полоса обзора/время обзора. Единица измерения – Гц/с. Высокая скорость анализа позволяет увеличить производительность работы с прибором, а также более корректно отображать быстроменяющиеся сигналы, производить поиск редких сигналов.

Современные анализаторы как правило вычисляют спектр посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ), что позволяет существенно увеличить скорость сканирования по сравнению с анализаторами спектра последовательного действия. В таких анализаторах на каждой частоте настройки гетеродина записывается временная выборка в полосе единичного анализа, и затем вычисляется спектр посредством БПФ во всей полосе единичного анализа. Такой метод позволяет также корректно отображать спектр нестационарных, меняющихся во времени сигналов, полоса которых не превышает полосу единичного анализа.

Таким образом, скорость анализа в современных анализаторах спектра определяется в основном полосой единичного анализа и скоростью перестройки синтезатора частот гетеродина.

Скорость анализа связана с разрешением по частоте – чем оно выше, тем меньше скорость. Это связано с ограниченной длиной БПФ и увеличением времени подсчета БПФ.

Средний отображаемый уровень шумов (DANL) – усредненная спектральная плотность собственных шумов прибора. Единица измерения – дБм/Гц. Определяет минимальную амплитуду входного сигнала, которую можно наблюдать и измерять при помощи анализатора спектра. Измеряется с подключенным ко входу анализатора терминатором 50 Ом при нормальных климатических условиях. Средний отображаемый уровень шумов, как правило, увеличивается с ростом частоты. Большинство современных анализаторов спектра имеет встроенный входной аттенюатор для наблюдения сигналов большой амплитуды, при включении входного аттенюатора DANL увеличивается на величину, равную ослаблению аттенюатора.

Динамический диапазон – разность между точкой компрессии по входу анализатора спектра и средним отображаемым уровнем шумов. Единица измерения – дБ/Гц. Определяет отношение максимальной амплитуды входного сигнала к минимальной, которые можно одновременно измерять при помощи анализатора спектра при фиксированном входном аттенюаторе.

Точка компрессии 1 дБ по входу – максимальный уровень входного сигнала, при котором ошибка измерения амплитуды сигнала за счет нелинейности трактов прибора достигает 1 дБ. Единица измерения – дБм. Определяет максимальную амплитуду сигнала, которую можно корректно измерять при помощи анализатора спектра. Измеряется при выключенном входном аттенюаторе, зависит от частоты. При включении входного аттенюатора точка компрессии увеличивается на величину, равную ослаблению аттенюатора.

Фазовый шум – спектральная плотность мощности фазовых флуктуаций, отображаемая анализатором спектра при подаче на его вход идеального монохроматического сигнала. Единица измерения – дБн/Гц на различных отстройках от частоты сигнала. На практике одним из методов измерений является подача на вход анализатора спектра сигнала с существенно меньшим уровнем фазовых шумов, чем собственные шумы анализатора. Фазовый шум является одной из важнейших характеристик анализатора спектра, определяющей минимальную амплитуду входного сигнала, которую можно наблюдать на малых отстройках от мощного мешающего сигнала, а также уровень спектральных искажений анализатора на небольших отстройках от входного сигнала.

Уровень паразитных спектральных искажений – уровень побочных спектральных компонент, вносимых анализатором спектра и отсутствующих во входном сигнале, относительно уровня входного сигнала. Единица измерения – дБн.

Полоса единичного анализа – полоса, в которой осуществляется одновременная обработка всех спектральных компонент анализатором спектра. Соответствует полосе БПФ. Измеряется в Гц. Если полоса сигнала превышает полосу единичного анализа и сигнал меняется во времени, спектр сигнала может отображаться анализатором спектра некорректно.

Разрешающая способность по частоте (RBW) – способность анализатора спектра различать близко расположенные по частоте спектральные компоненты и раздельно отображать их на экране. Измеряется в Гц.