www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Koherencja i częstotliwość Dopplerowska

Pomiary za pomocą analizatora widma

Rysunek 1: Trójwymiarowe przedstawienie kierunków patrzenia dla dziedziny czasu i dziedziny częstotliwości,
po lewej: dwuwymiarowa reprezentacja za pomocą oscyloskopu;
prawo: reprezentacja jako widmo częstotliwości.

Rysunek 1: Trójwymiarowe przedstawienie kierunków patrzenia dla dziedziny czasu i dziedziny częstotliwości,
po lewej: dwuwymiarowa reprezentacja za pomocą oscyloskopu;
prawo: reprezentacja jako widmo częstotliwości.

Pomiary za pomocą analizatora widma

Analizator widma jest urządzeniem pomiarowym skonstruowanym bardzo podobnie jak oscyloskop. Oba przyrządy pomiarowe służą do wyświetlania i pomiaru specjalnych złożonych kształtów sygnałów. Oba przyrządy wyświetlają amplitudę mierzonego sygnału w rzędnej. Różnice występują na wyświetlaczu na odciętych. Na oscyloskopie jest to oś czasu, na analizatorze widma jest to oś częstotliwości. Dlatego też oscyloskop mierzy w dziedzinie czasu (często nazywanej w języku angielskim: time-domain), analizator widma w dziedzinie częstotliwości (w języku angielskim: frequency-domain).

Jeśli ma zostać wyświetlone idealne napięcie sinusoidalne, oscyloskop wyświetla tę sinusoidę na całej szerokości ekranu. W analizatorze widma, dla tej sinusoidy wyświetlana jest wąska pionowa linia. Nawet najmniejsze zmiany w idealnym sinusoidalnym kształcie fali, na przykład z powodu modulacji niskiej częstotliwości, nie byłyby widoczne na oscyloskopie. Na analizatorze widma wyświetlanych jest jednak kilka pionowych linii o długości zależnej od amplitudy danego składnika sygnału.

Rysunek 1 przedstawia mieszaninę trzech sinusoidalnych częstotliwości. W przybliżeniu taka mieszanka sygnałów zostałaby wytworzona, gdyby radar FMCW wykrywał trzy cele w różnych odległościach. Na oscyloskopie, te trzy częstotliwości byłyby prawdopodobnie widoczne, gdyby nie miały zbyt dużych różnic w częstotliwości. Ale pomiar częstotliwości, tzn. pomiar odległości, nie byłby możliwy przy użyciu oscyloskopu. Tylko na analizatorze widma można mierzyć wszystkie trzy częstotliwości. Z radarem FMCW, analizator widma może być używany bezpośrednio jako urządzenie do pomiaru odległości.

Rysunek 2: Wyświetlanie nadawanego sygnału radaru impulsowego na analizatorze widma

Rysunek 2: Wyświetlanie nadawanego sygnału radaru impulsowego na analizatorze widma

Pomiar widma

W przypadku radaru impulsowego, sekwencje czasowe najlepiej wyświetlać na oscyloskopie. W tym przypadku, na przykład, analizator widma ma za zadanie ocenić jakość sygnału pomiarowego generowanego przez przetwornik. Na rysunku 2 przedstawiono widmo nadajnika magnetronowego. W nadajniku magnetronowym, na przykład, moc transmisji może być regulowana poprzez zwiększenie prądu magnetronowego. Jednak większa ilość generowanej mocy nie oznacza jednocześnie lepszych zakresów. Pomiar mocy jest zawsze szerokopasmowy. Oznacza to, że te części mocy, które leżą poza pasmem innych modułów radarowych (np. antena, diplekser) są również mierzone. Analizator widma można teraz wykorzystać do oszacowania, czy dodatkowa moc spowodowana zwiększeniem prądu magnetronowego w ogóle znajduje się w zakresie żądanych częstotliwości. W przeciwnym razie dalsze zwiększanie prądu nie ma sensu, ponieważ jedynym efektem byłoby skrócenie żywotności magnetronu.

Analizator widma może być również używany do wykrywania czasowych korelacji częstotliwości powtarzania impulsów, ponieważ wzór linii częstotliwości i ich przerw ma również znaczenie. Jednakże: oscyloskop może to zrobić znacznie wyraźniej.

Rysunek 3: Analizator widma
(Dzięki uprzejmości Rohde & Schwarz)

Rysunek 3: Analizator widma R&S®FPC 1500
(Dzięki uprzejmości Rohde & Schwarz)

Rozwiązania techniczne

Analogowe przyrządy pomiarowe wykorzystują elektrycznie przestrajalny filtr taśmowy do oddzielania częstotliwości w czasie i wyświetlania ich amplitudy jak oscyloskop. W praktyce jest to nawet stała częstotliwość w filtrze pasmowym i sygnał do pomiaru jest mieszany z częstotliwością mieszania, która zmienia się liniowo w czasie (tzw. częstotliwość przemiatania), jak w odbiorniku superheterodynowym. Wysokiej jakości cyfrowe analizatory widma wykorzystują tę zasadę również ze względu na dokładność i rozdzielczość. Przykładowo, urządzenie pokazane na rysunku 3 może wyświetlać częstotliwości do maksymalnie 3 GHz z rozdzielczością tylko jednego hercu.

W przypadku tańszych cyfrowych analizatorów widma, sprzęt czasami tylko nieznacznie różni się od oscyloskopu. Różnica jest w zasadzie tylko w oprogramowaniu: sygnały z dziedziny czasu są konwertowane do dziedziny częstotliwości za pomocą transformaty Fouriera. Oznacza to, że nowoczesne oscyloskopy mogą również pracować jako analizatory widma przy użyciu innego lub dodatkowego oprogramowania. Jednak ich wyniki (rozdzielczość) są wtedy nieco mniej dokładne, ponieważ wymagane do tego celu szerokości pasma często nie są osiągane za pomocą prostych oscyloskopów. Ponadto, Szybka Transformacja Fouriera również wymaga czasu i staje się mniej dokładna dla sygnałów, które zmieniają się szybko w czasie.


Sponsors: