Анализаторы спектра

Уже более 50 лет анализатор спектра служит незаменимым средством анализа и измерения практически для всех форм радио- и волоконно-оптической связи. За счет количественного определения  частот сигнала в ходе анализа спектра создается визуализация, необходимая для реализации потенциала инфраструктур беспроводных сетей 5G.

Стремясь активно поддерживать развивающиеся технологии и удовлетворять интересы заказчиков, компания VIAVI создала ведущий в отрасли ассортимент анализаторов спектра для радиочастот и оптических соединений, а также аксессуаров к ним, предлагаемых в различных ценовых категориях. Это надежные интегрированные решения для анализа спектра, точность измерения и функциональность которых оптимально подходят для решения задач как в лабораторных условиях, так и на местах.

Что такое анализатор спектра?

Анализатор спектра — это широко используемое испытательное устройство, которое измеряет и строит графики мощности (амплитуды) сигнала в выбранном диапазоне частот. В самом общем смысле это инструмент для измерения мощности и частоты для известных и неизвестных сигналов. С помощью такого широкого диапазона анализаторов спектра можно оценить поведение сети и сигнала в широких пределах. Частоты и полосы пропускания выходных сигналов также можно сравнивать с полученными входными сигналами. 

Спектральные компоненты, наблюдаемые с помощью анализатора спектра, включают доминирующую частоту, гармоники, мощность, искажение и минимальный уровень шума. Общие области применения включают анализ радиочастотных (РЧ) сигналов, проектирование и тестирование электронных схем, аудиотехнику, а также активацию и техобслуживание оптоволоконных сетей. Передовая цифровая технология позволяет анализатору спектра в режиме реального времени фиксировать переходные или неуловимые события. Программируемые процедуры тестирования, запись спектра и интуитивно понятные сенсорные дисплеи являются отличительными чертами последнего поколения переносных анализаторов спектра. 

Типы анализаторов спектра

Технология постепенно развивалась с момента появления первых перестраиваемых спектроанализаторов преобразования развёртки более 100 лет назад. Цифровая архитектура, которая позволила использовать анализатор с быстрым преобразованием Фурье (БПФ), в конечном итоге привела к настоящему спектральному анализу в реальном времени (RTSA) без пробелов в выборке или «слепых зон» во времени. Сегодня форм-факторы и типы анализаторов спектра предлагаются с любыми мыслимыми размерами, формами и уровнями сложности. Для каждого конкретного сценария применения компания VIAVI разработала широкий спектр решений, позволяющих осуществлять тестирование, техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей. 

Настольные анализаторы спектра
Анализаторы с питанием от переменного тока для лабораторных и производственных условий обычно проектируются для установки в стандартную 19-дюймовую стойку или как настольная установка для более крупного оборудования. Преимущества и функциональные особенности настольных моделей включают более высокую вычислительную мощность и доступную площадь для модулей, портов, ручек, кнопок и дисплеев. Полностью укомплектованный анализатор спектра в лаборатории часто используется в сочетании с осциллографом или другим высококлассным оборудованием. 

Портативный анализатор спектра
По мере увеличения числа областей применения полевых анализаторов спектра портативность и долговечность приобретают все большее значение. Портативный анализатор спектра обычно работает от батареек или перезаряжаемых аккумуляторов, весит менее 15 кг и оптимизирован для использования в полевых условиях. Компактные анализаторы спектра часто имеют прочную конструкцию, включают такие встроенные функции, как уменьшение бликов на экране, защита от атмосферных воздействий и встроенные ручки. 

Переносной анализатор спектра
Новый класс небольших анализаторов спектра, которые могут поместиться на ладони, стал реальностью. Несмотря на различные усовершенствования внутренней конструкции и характеристик компонентов, от этих сверхкомпактных устройств обычно не требуется высокая производительность, поэтому они ограничены в отношении набора функций, диапазона частот и точности. Обычно переносные анализаторы спектра используются для отслеживания помех беспроводной связи и определения местоположения сигнала на местах. 

Интегрированный анализатор спектра
Мощность и гибкость переносных компьютеров, планшетов и смартфонов позволяют легко работать в сочетании с анализаторами спектра. Используя преимущества возможностей портативных компьютеров или планшетов в части обработки данных, памяти и виртуального отображения, функции измерения анализатора спектра по принципу «черного ящика» могут решать собственные специализированные задачи, связанные с оптимизацией точности, полосы частот и диапазонов. Такая универсальность свидетельствует о появлении нового класса анализаторов,  в которых возможности подключения устройства используются для обновления программного обеспечения, составления отчетов и хранения данных. 

Примеры использования анализатора спектра компании VIAVI 

Список приложений, использующих лучшие технологии анализаторов спектра, продолжает расти по мере того, как инструментальные средства становятся все более универсальными и компактными. В лабораторных и производственных условиях их можно использовать для проектирования, определения характеристик и тестирования любых продуктов, генерирующих радиочастотные, оптические или звуковые волны (или чувствительных к ним). Теперь, когда возможности беспроводной связи есть практически у любого устройства в рамках концепции «Интернета вещей» (IoT), области применения для тестирования в полевых условиях стали неограниченными. 

• Анализ оптического спектра: Поскольку свету присущи как частота, так и интенсивность, анализатор спектра является идеальным инструментальным средством для изучения оптических спектров и мощности многочисленных источников света. Оптические сети в телекоммуникационной отрасли создаются и поддерживаются благодаря возможностям анализа спектра. Технологии оптической передачи, включая мультиплексирование с плотным волновым разделением (DWDM) и перенастраиваемые оптические мультиплексоры ввода/вывода (ROADM), зависят от точности и целостности формы волны, которые должны быть проверены. 
  • Практика производственного тестирования развивалась для широкого диапазона оптических компонентов и систем. Инструментальные средства общего назначения используются для проектирования, тестирования и производства пассивных компонентов, лазерных источников и усилителей. Модули тестирования оптического анализа оптического спектра (OSA) высокого разрешения количественно определяют и диагностируют тонкие характеристики длин волн для таких продуктов, как модулированные системы передачи DWDM и сложные оптические источники. 
  • Области применения тестирования в полевых условиях для OSA продолжают расширяться по мере того, как DWDM, передача в C-диапазоне и узкое расстояние между каналами, ранее встречавшиеся только при развертывании оптоволоконных сетей высокоскоростной связи в масштабах города или на дальние расстояния, находят свое применение в сетях доступа. При скоростях передачи до 800 Гбит/с в каждом канале отношение оптического сигнала к шуму (OSNR) является ценной метрикой тестирования для поставщиков услуг, подрядчиков и производителей сетевого оборудования (NEM) для оценки производительности всех оптических каналов одновременно или для поиска и устранения неполадок в сети.     
• Анализ радиочастотного (РЧ) спектра: Увеличение использования беспроводной связи Wi-Fi и развитие сетей 5G только подчеркивают потребность в самых современных технологиях в области радиочастотного (РЧ) спектра. По мере расширения телекоммуникационных сетей анализаторы спектра оценивают использование частот, помехи и точность беспроводной передачи и определения помех.  
  • Классическим сценарием анализа спектра в полевых условиях является установка вышек сотовой связи. Технология 5G NR выводит сотовую связь на новый уровень за счет использования полос миллиметровых волн высокой частоты, выше 26 ГГц. Самые современные режимы передачи данных по технологии 5G, такие как дуплекс с временным разделением (TDD), требуют наличия функций анализа устойчивости спектра для определения характеристик, а также поиска и устранения неисправностей. Универсальные средства тестирования установки базовой станции и техобслуживания сочетают в себе спектральный анализ с тестированием помех по беспроводной связи, функции проверки оптоволокна, а также возможности тестирования антенн.  
  • РЧ-экранирование требуется для многих электронных устройств вблизи больниц и других мест с чувствительным к радиочастотному излучению оборудованием, таким как системы магнитно-резонансной томографии. Электромагнитная совместимость (ЭМС) связана с нежелательными излучениями, которые влияют на существующие проводные и беспроводные коммуникации. Специально разработанный кабельный анализатор спектра или измеритель может обнаруживать уходящие сигналы (выход) и утечку сигнала в проводные кабельные сети (вход). 
  • Области применения беспроводных сетей продолжают расти как по количеству, так и по сложности. В перегруженных частотных диапазонах беспроводных сетей с частотой от 2,4 до 60 ГГц постоянно возникают проблемы, связанные с помехами, наложением каналов и недостатком емкости. Мощность спектрального анализа можно использовать для оценки силы сигнала, степени использования канала и радиочастотных помех в режиме реального времени. Эти полезные метрики помогают операторам оптимизировать загрузку и производительность своих беспроводных сетей. 

Основные принципы работы анализаторов спектра и часто задаваемые вопросы 

• Что измеряет анализатор спектра? 
  Анализаторы спектра используются для измерения величины (мощности) входного сигнала в зависимости от частоты (длины волны) в заданном диапазоне спектра. Принцип работы анализаторов спектра отличает эти приборы от осциллографов тем, что они обеспечивают видимость частотной области в зависимости от временной области сигнала. Они также дают подробное представление о соотношении сигнал/шум (SNR), фазе и поведении модуляции. 
• Какова их базовая функциональность? 
  Обучение работе с анализатором спектра схоже по концепции с использованием базового радиоприемника. С помощью добавления усовершенствованного микшера, осциллятора и графического дисплея, на котором отображается мощность сигнала, анализатор спектра преобразует сигнатуры волн в поддающийся количественному определению визуальный формат. С годами технология достигла определенного уровня развития и совершенствования с тем, чтобы поддерживать все больше отраслей и областей применения. Несмотря на этот прогресс, основные функциональные возможности и дисплей остались похожими.   
• Как пользоваться анализатором спектра? 
  Использование очень мало изменилось со времен самых ранних моделей. После того как оборудование будет включено и будет выбран вход, основные настройки включают в себя выбор средней частоты несущей, ширины развертки и опорных уровней для амплитуды (по оси Y). Настройки разрешения по полосе пропускания (RBW), полосы видеосигнала (VBW) и времени развертки используются для управления точностью измерений и результирующего изображения на экране. 
• Основные функции 
  Основные функции решений, связанных с анализаторами спектра — управление параметрами измерения и определение того, как осуществляется анализ данных и как они представляются пользователю. Цифровые технологии и облачная связность продолжают создавать все больше разнообразных и полезных функций. Задать простой вопрос: «Для чего используется анализатор спектра?» в конкретном приложении — это хороший способ выполнить сортировку объема доступных продуктов и списков функций.  
  • Общие функции: В первых коммерческих анализаторах спектра уже были такие практические функции, как регулировка чувствительности диапазона, маркеры частоты и настройка времени развертки. К дополнительным функциям, которые полезны для почти любого сценария использования, относятся маркеры шумов, поиск пиков, следящие генераторы и дополнительные порты входа для многоканального анализа. 
  • В число расширенных функций входят демодуляторы для анализаторов РЧ-спектра, которые позволяют пользователю «прослушивать» анализируемый сигнал. Спектральные маски и программируемый анализ фазового шума упрощают настройку и стандартизируют процедуры тестирования. Расширенный набор функций также включает в себя анализ устойчивости спектра, анализ помех и функции с поддержкой программного обеспечения, такие как сенсорные дисплеи, захват и вызов изображений, автоматизация процесса тестирования (TPA) и подключение к облаку. 
• Чем отличаются друг от друга анализатор сети и анализатор спектра? 
  Хотя оба широко используются в электронной и радиочастотной промышленности, между ними существуют ключевые различия. В то время как анализатор спектра измеряет поведение и изменение радио- или световых волн, анализатор сети используется для определения характеристик отклика таких компонентов, как транзисторы, фильтры и смесители, в предварительно сконфигурированной радиочастотной цепи. Этот тип сетевого анализатора также отделен по форме и функциям от мощных решений для мониторинга сети и анализа данных, используемых для захвата, хранения и анализа пакетных данных компьютерной сети.  
• Как развивались анализаторы спектра? 
  За те 150 лет с момента, когда Джеймс Максвелл впервые продемонстрировал неограниченный потенциал передающихся по воздуху радиоволн, анализатор спектра стал незаменимым инструментом в сферах электроники, РЧ, звука и оптики. Взрывное появление новых функций и функциональных возможностей за последнее десятилетие сравним с прогрессом, который наблюдался в середине 1900-х годов, когда модели на основе БПФ создали различие между аналоговым сканирующим анализатором спектра и анализатором спектра в режиме реального времени. Автоматизированные рабочие процессы, цветная графика высокой четкости и многофункциональные возможности компактных устройств позволили анализаторам спектра выйти на новый уровень производительности и успеха. 
  
  Семейство анализаторов спектра VIAVI для РЧ и оптоволоконных сетей служит примером и двигателем такой эволюции. Надежные, готовые к работе в сетях 5G портативные анализаторы спектра и специализированные решения для самых разных типов систем, от Wi-Fi до волоконно-оптических, позволяют полноценно реализовать потенциал современных технологий, выявлять невидимые помехи и получать данные о производительности.