מהו מנתח ספקטרום רדיו?

ישנם מנתחי ספקטרום לסוגים שונים של אותות, אך מאמר זה יתמקד בעיקר במנתחי ספקטרום תדרי רדיו (RF).

מהו מנתח ספקטרום RF?

מנתח ספקטרום RF הוא מכשיר בדיקה בשימוש נרחב המודד את עוצמת הספקטרום של אות הכניסה על ידי מדידת משרעתו המוצגת על הציר האנכי (ציר y), לעומת תדירותו, המוצגת בציר האופקי (ציר x) ). הפלט מוצג בתחום התדרים. הוא יעיל במתן תובנות לגבי ביצועי ה- RF של המודולים או המערכות של המעגלים, מכיוון שעם מידע האות המתקבל מהנתח ניתן לזהות את סוג האותות הקיימים ולמדוד את התדרים, רמות התדרים והמשרעת שלהם. יתר על כן, ניתן לצפות במרכיבים ספקטרליים אחרים של אות, כגון תדר דומיננטי, עוצמה, עיוות, הרמוניות ורוחב פס.

מהם סוגי מנתחי הספקטרום?

באופן כללי, מנתחי ספקטרום מסווגים לשני סוגים: מנתח הספקטרום המכוונן וניתוח מנתח הספקטרום FFT. עם זאת, מנתחי ספקטרום התפתחו בגורמי צורה שונים לאורך השנים, והתקדמו ללא הרף עם הטכנולוגיה. ללא קשר לגורמי הצורה שלו, הוא עדיין משרת את מטרתו העיקרית - לנתח את ספקטרום התדרים של כל אות נתון. להלן הסוגים והגורמים השונים של מנתחי ספקטרום, כל אחד מהם מיועד לשימושים ויישומים שונים.

מנתח ספקטרום נסחף. סוג הידוע גם כמנתח הספקטרום superheterodyne, הסוחף הוא הצורה המסורתית והוותיקה ביותר של מנתח הספקטרום. הדגמים הישנים יותר מסתמכים על טכניקות אנלוגיות ושימשו בסיס לבדיקות ניתוח ספקטרום במשך שנים רבות. רוב הדגמים האלה כבר מיושנים ומוחלפים בסוגים מודרניים של מנתחי ספקטרום סוחפים המשתמשים בטכניקות דיגיטליות.

מנתח ספקטרום FFT (Fast Fourier Transform) דיגיטלי. כפי שהשם מציין, סוג זה של מנתח ספקטרום משתמש בטכנולוגיה דיגיטלית, הממיר אותות אנלוגיים לפורמט הדיגיטלי שלהם באמצעות טכניקות FFT. בקצרה, טכניקות FFT משתמשות בתהליך מתמטי כדי להפוך צורת גל למרכיבי ספקטרום התדרים שלו.

מנתח ספקטרום בזמן אמת. מנתח ספקטרום המבוסס על FFT הוא הכלאה של סוג נסחף ו- FFT. באמצעות טכניקת superheterodyne, הוא ממיר תחילה את האות לתדר נמוך יותר, ולאחר מכן משתמש בטכניקות FFT לניתוח האות. המניפולציה של FFTs מתבצעת במהירות בזמן אמת ולא משאירה פערים ומידע חסר בספקטרום ה- RF המחושב. יתר על כן, מנתח ספקטרום מסוג זה יכול לדגום אותות נכנסים בתחום זמן (כמו באוסילוסקופ) ולהמיר אותם לתחום תדרים באמצעות אלגוריתם FFT. הוא לוכד להקה שלמה של תדרים בבת אחת, מנתח אותה ולאחר מכן מציג את הספקטרום.

מנתח ספקטרום PXI. PXI הוא תקן המבוסס על מכשירי eXtension PCI והוא נמצא בשימוש נרחב למכשירי בדיקה, רכישת נתונים ושליטה. כפי שהשם מרמז, סוג זה של מנתח ספקטרום מבוסס על תקן PXI, ולכן ניתן לשלב אותו במעמד PXI.

מנתח ספקטרום USB. סוג זה של מנתח ספקטרום משתמש בתוכנת מנתחי ספקטרום כדי לנתח, לאחסן, להציג ולהפעיל מחדש את הנתונים. התוכנה מותקנת במחשב שאליו מחובר המכשיר באמצעות יציאת USB. זה נייד וחסכוני יותר ממנתחי ספקטרום ספסל עליון שכן יש לרכוש רק את חומרת הרכישה.

מנתח ספקטרום כף יד. זה שימושי בתחום לניטור שידורי רדיו או אלחוטיות ובדיקת מאפייני הספקטרום. סוג זה של מנתח ספקטרום, המיוצר בפורמטים קטנים וכף יד, אינו בעל ביצועים ויכולת כמו הסוגים הגדולים של מנתח ספקטרום.

מנתח ספקטרום ברשת. מנתח ספקטרום מסוג זה מחובר לרשת באמצעות יציאת Ethernet. הוא עוקב אחר מכשירים ברחבי הרשת. זה שימושי במעקב אחר מכשירים המופצים גיאוגרפית, והוא מותקן בדרך כלל באשכולות כדי לכסות את כל הגיאוגרפיה של המכשירים שיש לעקוב אחריהם, כך שככל שהגיאוגרפיה גדולה יותר כך יש צורך במנתחי ספקטרום רבים יותר.

למה משמש מנתחי ספקטרום?

מנתחי ספקטרום משמשים בעיקר במעבדות אלקטרוניקה לבדיקה ואימות ביצועי RF. הם משמשים בעיקר בתכנון RF, תכנון מעגלים אלקטרוניים כלליים, ייצור אלקטרוניקה, שירות ותיקון בסיס והתקנה ושירות בשטח. [1]

משימות כלליות בהן משתמשים מנתחי ספקטרום במעבדה הן:

• לבדוק אם אות מאופנן יכול לגרום להפרעה
• בדיקת קיום רעש או עיוות
• בודק אם האות נמצא ברצועת התדרים הנכונה
• חקר בעיות כלליות באות
• מדידת כוח
• מדידת רעש פאזה באות
• מדידת תדר
• ביצוע מדידות EMI ו- EMI
• מתווה את רמת התדרים השונים ביחס אחד לשני

מחוץ למעבדה, למנתחי הספקטרום יש שימושים מעשיים רבים כמו ניפוי באגים ברשתות אלחוטיות, בדיקת טכניקות אפנון/קידוד, ניטור אותות רדיו ובדיקת ביצועי אנטנה, הגברת מגבר RF, רוחב פס אות ושימוש בפס. בתחום הרשתות הסלולריות, למשל, הוא שימושי ביותר באיתור וביטול הפרעות. מנתחי ספקטרום כף יד, בפרט, משמשים את מפעילי הרשת הסלולרית לציד הפרעות כדי לסייע להם לבסס ולתחזק אותות רשת.

יש לה שימושים גם בתחומי מדע אחרים כגון אסטרונומיה, גיאולוגיה וביוכימיה, בין היתר. כדוגמה, מנתחי ספקטרום משמשים לניתוח ההרכב הכימי של חומרים המבוססים על תבנית האור הספקטראלית בתחום הספקטרומטריה.

למרות שלנתח ספקטרום יש שימושים רבים, הוא אינו כלי לכולם. נדרש איש מקצוע שמבין כיצד הוא פועל וכיצד לפרש את מאפייני האות כדי להפעיל את המכשיר. אף על פי כן, זהו מכשיר בדיקה חיוני בעל מגוון רחב של שימושים, לא רק בתחום האלקטרוניקה אלא גם בתחומי מדע אחרים.

מקורות:

מהו מנתח ספקטרום: מנתח ספקטרום RF , Electronics-Notes.com