スペクトラムアナライザ

50 年以上にわたり、スペクトラムアナライザは、ほぼすべての形式の無線および光ファイバー通信に必要な分析および計測用ツールとして機能してきました。周波数の信号動作を定量化することによって、スペクトラム解析は、5G ワイヤレスネットワークインフラの可能性を引き出すために必要な可視性を生み出します。

VIAVI は、新しいテクノロジーと顧客満足度への揺るぎないコミットメントにより、さまざまな価格帯で RF および光スペクトラムアナライザおよびアクセサリの業界トップのポートフォリオを構築してきました。高耐久性の統合スペクトラム分析ソリューションは、優れた精度と機能セットをラボからフィールドへと拡張しました。

スペクトラムアナライザとは

スペクトラムアナライザは、選択された周波数範囲で信号パワー（振幅）を測定およびプロットする、広く使用されているテスト装置です。最も一般的な意味では、既知および未知の信号のパワーと周波数を測定するためのツールです。そうしたさまざまなスペクトラムアナライザを使用することにより、広範囲のネットワークと信号の動作を評価できます。また、出力信号の周波数と帯域幅を受信した入力と比較することもできます。 

スペクトラムアナライザで観測されるスペクトラムコンポーネントには、支配的な周波数、高調波、パワー、歪み、およびノイズフロアが含まれます。一般的なアプリケーションには、無線周波数 (RF) 信号解析、電子回路の設計とテスト、オーディオエンジニアリング、光ファイバーネットワークのアクティベーションとメンテナンスなどがあります。高度なデジタルテクノロジーにより、リアルタイムスペクトラムアナライザは一時的な、あるいは見つけにくいイベントをキャプチャできます。プログラム可能なテストルーチン、スペクトラム記録、および直感的なタッチスクリーンディスプレイは、最新世代のハンドヘルド型スペクトラムアナライザの顕著な特徴です。 

スペクトラムアナライザの種類

100 年以上前に最初のスイープチューンアナライザが登場して以来、テクノロジーは徐々に進化してきました。高速フーリエ変換 (FFT) アナライザを可能にしたデジタルアーキテクチャは、最終的に、サンプリングギャップや「ブラインドスポット」のない真のリアルタイムスペクトラム解析 (RTSA) を実現しました。現在利用可能なスペクトラムアナライザのフォームファクタと種類には、考えられるあらゆるサイズ、形状、および複雑さのレベルのものが含まれます。VIAVI は、各アプリケーションに対して、テスト、メンテナンス、およびトラブルシューティングアクティビティをサポートする幅広いソリューションを開発してきました。  

卓上型スペクトラムアナライザ
ラボおよび製造環境向けの AC 電源アナライザは、通常、大型機器用の標準的な 19 インチラックまたは卓上設置用に設計されています。卓上型モデルの利点と機能には、より高い計算能力と、モジュール、ポート、ノブ、ボタン、およびディスプレイに使用できるスペースなどがあります。ラボの完全なスペクトラムアナライザは、オシロスコープやその他のハイエンド機器と組み合わせて使用されることがよくあります。 

ポータブル型スペクトラムアナライザ
フィールド用スペクトラムアナライザのアプリケーションの数が増え続けるにつれて、携帯性と耐久性の重要性が増しています。ポータブル型スペクトラムアナライザは通常、15 ポンド未満のバッテリー駆動または充電式であり、フィールドでの使用に最適化されています。コンパクトなスペクトラムアナライザは、多くの場合、耐久性が高く、画面のまぶしさの軽減、耐候性、統合されたハンドルなどの機能が組み込まれています。 

ハンドヘルド型スペクトラムアナライザ
手のひらに収まる新しいクラスの小型スペクトラムアナライザが実現しました。内部設計とコンポーネントのパフォーマンスは進歩していますが、これらの超小型ユニットは通常、高性能ツールである必要はないため、機能セット、周波数範囲、および精度に関して制限があります。ハンドヘルド型スペクトラムアナライザの代表的な用途には、無線通信の干渉追跡やフィールドでの信号の位置特定などがあります。 

統合スペクトラムアナライザ
ノートパソコン、タブレット、およびスマートフォンのパワーと柔軟性は、スペクトラムアナライザと組み合わせて簡単に機能します。ノートパソコンまたはタブレットの処理能力、メモリ、および表示機能を利用することにより、スペクトラムアナライザの「ブラックボックス」の測定機能を、精度、帯域幅、および範囲の最適化専用にすることができます。この汎用性は、ソフトウェアのアップグレード、レポーティング、およびストレージにデバイスの接続性を活用する新しいクラスのアナライザを示唆するものです。 

VIAVI のスペクトラムアナライザのユースケース 

最高のスペクトラムアナライザ技術を利用するアプリケーションのリストは、ツールがより汎用でコンパクトになるにつれて増え続けています。実験室および製造環境では、RF 波、光波、または音波を生成する（または敏感な）製品を設計、特性評価、およびテストするために使用できます。モノのインターネット (IoT) を介して、事実上すべてのデバイスにワイヤレス機能を追加することで、フィールドテストのアプリケーションは無限に広がります。 

• 光スペクトラム解析：光には固有の周波数と強度の両方があるため、スペクトラムアナライザは、多数の光源からの光スペクトラムとパワーを研究するための完璧なツールです。通信業界の光ネットワークは、スペクトラム解析の機能によって実現およびサポートされています。高密度波長分割多重 (DWDM) や再構成可能な光アドドロップマルチプレクサ (ROADM) などの光伝送技術は、検証する必要のある波形の精度と完全性次第で決まります。 
  • 製造テスト慣行は、さまざまな光学コンポーネントおよびシステム向けに進化してきました。汎用ツールは、パッシブコンポーネント、ソースレーザー、および増幅器の設計、テスト、および製造に使用されます。高解像度光スペクトラム解析 (OSA) テストモジュールは、変調 DWDM 伝送システムや複雑な光源などの製品の精密な波長機能を定量化および診断します。 
  • OSA のフィールドテストアプリケーションは、以前は高速メトロ/長距離ファイバーの展開でのみ見られた DWDM、C バンド伝送、および狭いチャネル間隔がアクセスネットワークに導入されるにつれて、拡大を続けています。チャネルあたり最大 800Gb/秒の速度での光信号対雑音比（OSNR）は、サービスプロバイダー、コントラクター、およびネットワーク機器メーカー (NEM) にとって、すべての光チャネルのパフォーマンスを同時に評価したり、ライブネットワークの問題をトラブルシューティングしたりするための貴重なテストメトリックスです。     
• RF スペクトラム解析 Wi-Fi 使用の増加と 5G の展開により、無線周波数 (RF) 分野で最先端のテクノロジーに対する必要性が顕著になっています。通信網の拡大に伴って、スペクトラムアナライザは、周波数の利用状況、干渉、および無線伝送と干渉の精度を評価します。 
  • 基地局の設置は、RF スペクトラム解析の古典的なフィールドアプリケーションです。5G NR テクノロジーは、ミリ波で 26 GHz 以上の高周波帯域を利用することにより、セルラー方式を未知の領域に導くことになります。時分割複信 (TDD) のような最先端の 5G 伝送モードには、特性評価とトラブルシューティングのためのパシスタンススペクトラム解析機能が必要です。オールインワンの基地局の設置およびメンテナンステストツールは、無線スペクトラム解析と干渉テスト、ファイバー検証、およびアンテナテスト機能を組み合わせています。 
  • RF シールドは、MRI イメージングシステムなどの RF に敏感な機器を備えた病院やその他の会場の近くにある多くの電子機器に必要です。電磁両立性 (EMC) は、既存の有線および無線通信に影響を与える不要な放射に関係しています。専用のケーブルスペクトラムアナライザまたはメーターは、漏れ出した信号（イーグレス）および有線ケーブルネットワークへの信号漏れ（イングレス）を検出できます。 
  • WiFi アプリケーションは、数と複雑さが増加し続けています。2.4GHz から 60GHz までの混雑した WiFi 周波数帯域は、干渉、チャンネルオーバーラップ、容量の問題によって課題を抱えています。スペクトラム解析の力を使用して、信号強度、チャネル使用率、および RF 干渉をリアルタイムで評価できます。これらの便利なメトリックスは、オペレーターが WiFi の読み込みとパフォーマンスを最適化するのに役立ちます。 

スペクトラムアナライザの基礎と FAQ 

• スペクトラムアナライザは何を測定しますか？ 
  スペクトラムアナライザは、特定のスペクトラム範囲の信号入力と周波数 (波長) の大きさを測定します。スペクトラムアナライザの動作原理は、信号の周波数ドメインと時間ドメインの可視性を提供することにより、これらのデバイスをオシロスコープと区別します。また、信号対雑音比 (SNR)、位相、および変調動作について詳細な知見も提供します。 
• 基本的な機能は何ですか？ 
  スペクトラムアナライザの使用方法を学ぶことは、基本的なラジオ受信機を使用することと概念的に似ています。アップグレードされたミキサー、オシレータ、および信号強度のグラフィック表示が追加されたスペクトラムアナライザは、無線波シグニチャを定量化可能な視覚的形式に変換します。長年にわたって、テクノロジーは進化し、より多くの産業とアプリケーションをサポートするように改善されてきました。この進歩にもかかわらず、基本的な機能と表示は類似したままです。  
• スペクトラムアナライザはどのように使用しますか？ 
  初期のモデルから使用方法はほとんど変わっていません。装置の電源をオンにして入力を選択すると、基本設定には、振幅（Y 軸）の中心周波数、スパン幅、および基準レベルが含まれます。分解能帯域幅 (RBW)、ビデオ帯域幅 (VBW)、およびスイープ時間の設定を使用して、画面上の測定値と結果の画像の精度を制御します。 
• 基本機能 
  スペクトラムアナライザソリューションの基本機能は、測定パラメータを制御し、データを分析してユーザーに提示する方法を決定します。デジタルテクノロジーとクラウド接続により、より多様で便利な機能が実現し続けています。特定のアプリケーションで単に「スペクトラムアナライザは何に使われますか？」と尋ねることは、利用可能な製品と機能のリストのボリュームを並べ替えるのに適した方法です。  
  • 共通の機能：最初の商用スペクトラムアナライザには、スパン調整、周波数マーカー、スイープ時間設定などの実用的な機能がすでに組み込まれていました。ほとんどの種類のアプリケーションにも役に立つ追加機能には、ノイズマーカー、ピーク検索、トラッキングジェネレータ、マルチチャネル分析用の追加入力ポートなどがあります。 
  • 高度な機能には、ユーザーが分析対象の信号を「聞く」ことができる RF スペクトラムアナライザ用の復調器などがあります。スペクトラムマスクとプログラム可能な位相ノイズ解析により、セットアップが簡素化され、テストルーチンが標準化されます。また、高度な機能セットには、パシスタンススペクトラム解析、干渉解析、およびタッチスクリーンディスプレイ、画像のキャプチャとリコール、テストプロセス自動化 (TPA)、クラウド接続などのソフトウェア対応機能も含まれます。 
• スペクトラムアナライザと比較してネットワークアナライザとは何ですか？ 
  どちらもエレクトロニクスおよび RF 業界で広く使用されていますが、両者の間には重要な違いがあります。スペクトラムアナライザは、電波または光波の動作と変動を測定しますが、ネットワークアナライザは、事前に構成された RF 回路内のトランジスタ、フィルタ、ミキサーなどのコンポーネントの応答を特性評価するために使用されます。また、この種のネットワークアナライザは、コンピュータネットワークのパケットデータのキャプチャ、保存、分析に使用される強力なネットワーク監視およびデータ解析ソリューションとは形式と機能が異なります。 
• スペクトラムアナライザはどのように進化しましたか？ 
  ジェームス・マックスウェル (James Maxwell) が無線電波の無限の可能性を初めて垣間見せて以来 150 年の間に、スペクトラムアナライザは、電子機器、RF、オーディオ、および光学の分野で重要なツールになりました。過去 10 年間の新機能の爆発的な増加は、FFT ベースのモデルがアナログスイープとリアルタイムスペクトラムアナライザの区別を生み出した 1900 年代半ばに経験した進歩と同等です。自動化されたワークフロー、高精細カラーグラフィックス、およびコンパクトなデバイス内の多機能能力により、スペクトラムアナライザはパフォーマンスと成功の新時代に向けて位置付けられています。 
  
  RF および光スペクトラムアナライザの VIAVI ポートフォリオは、この進化を実証し加速させています。5G 対応の高耐久性ポータブル型スペクトラムアナライザと、あらゆるシールド、WiFi、および光システムアプリケーション向けの専用ソリューションは、今日のテクノロジーの可能性を最大限に引き出し、目に見えない干渉とパフォーマンスデータを明らかにします。