Новый стандарт анализаторов спектра до 3 ГГц от компании Good Will Instrument

С.A. Корнеев, ЗАО «ПриСТ»

Компания Good Will Instrument представила на рынке измерительной техники новую разработку - анализаторы спектра с полосой до 3 ГГц, разработанные на новой платформе. Улучшенные технические характеристики по сравнению с предыдущими моделями, новый компактный дизайн, плюс дополнительные режимы отображения и измерений позволяют значительно расширить область применения этих анализаторов

Компания Good Will Instrument представила на рынке измерительной техники новую разработку - анализаторы спектра с полосой до 3 ГГц, разработанные на новой платформе. Улучшенные технические характеристики по сравнению с предыдущими моделями, новый компактный дизайн, плюс дополнительные режимы отображения и измерений позволяют значительно расширить область применения этих анализаторов.

Следуя за растущими требованиями к точности и функциональности средств измерений в сфере радиочастотного анализа, компания Good Will Instrumentвновь совершила прорыв, выпустив на рынок очередную модель анализатора спектра GSP-7930 с полосой частот от 9 кГц до 3 ГГц. Применив новый подход к созданию анализаторов спектра среднего ценового диапазона, Good Will Instrument удалось создать прибор, по своим характеристикам намного опережающий аналогичные модели.

Рассмотрим же, какие возможности предоставляет новая модель GSP-7930.

Высокая точность измерения частоты и амплитуды

GSP-7930 имеет очень высокую температурную стабильность по частоте 0,025 ppm (25×10^–9), что на 3 порядка выше, чем у большинства анализаторов подобного уровня. Передовой дизайн с эффективной конструкцией рассеяния тепла и интеллектуальная система охлаждения позволяют поддерживать стабильную температуру внутри корпуса и обеспечить стабильность при измерении амплитуды. Это также позволяет существенно снизить время прогрева при включении питания. Для наилучшего использования преимущества высокой частотной стабильности, GSP-7930 имеет функцию частотного маркера, которая позволяет провести измерения частоты с разрешением 1 Гц во всем диапазоне (рис. 1).

Рисунок 1.	Частотный маркер показывает разрешение по частоте 1 Гц.

Широкий диапазон измерений со встроенным предусилителем

GSP-7930 обладает чрезвычайно низким уровнем шума: –142 дБм, если встроенный предусилитель включен и –122 дБм, когда предусилитель выключен. С уровнем шума –142 дБм и максимальной входной мощностью до +30 дБм, GSP-7930 обеспечивает очень широкий диапазон измерения, что делает возможным измерение очень малого сигнала.

Предусилитель (рис. 2) можно настроить на автоматическое включение (режим Auto) когда опорный уровень установлен –30 дБм. В режиме Bypass предусилитель можно отключить в любое время.

Рисунок 2.	Встроенный предусилитель.

Цифровые фильтры для установки полосы пропускания с высокой точностью

С применением передовой цифровой фильтрации, GSP-7930 способен обеспечить 58 полос пропускания (RBW). Перестройка полосы пропускания осуществляется с шагом 1–3 в диапазоне от 10 Гц до 3 кГц, с шагом 10% от 10 кГц до 1 МГц. Широкий выбор RBW позволяет получить достоверный результат независимо от формы сигнала, и обеспечить лучшее соотношение между RBW и скоростью развертки, чтобы получить высочайшую точность измерений. Также GSP-7930 имеет в наборе фильтры с полосой 200 Гц, 9 кГц и 120 кГц в соответствии со стандартом на электромагнитную совместимость. GSP-7930 имеет АЦП высокого разрешения, для достижения высокого разрешения при измерении амплитуды в полном динамическом диапазоне (табл. 1). С высоким разрешением аналого-цифрового преобразования значительно уменьшается неопределенность и увеличивается точность измерения малого сигнала.

Расширенные режимы отображения для всестороннего анализа

Обычный анализатор спектра не в состоянии эффективно отследить переходные процессы или измерить скачкообразные сигналы из-за постоянного обновления текущего отображения спектра. В GSP-7930 встроена топографическая технология, которая отображает сигнал с цветовой градацией в зависимости от частоты возникновения сигнала, и накапливает весь спектр. Это позволяет четко различать переходные сигналы, дрейфующий сигнал и скачкообразный сигнал. Топографический режим особенно полезен для обнаружения переходных помех в телекоммуникационных системах (рис. 3), и позволяет четко отслеживать поведение различных типов телекоммуникационных модуляций, таких как FSK, CCK и OFDM.

Рисунок 3.	Топографический дисплей (сверху) различает два сигнала, которые накладываются друг на друга в одном и том же частотном спектре.

GSP-7930 предоставляет мощную функцию спектрограммы (рис. 4), чтобы одновременно наблюдать сигнал и в частотном, и во временном домене. Информация представлена в двух окнах. На спектрограмме по оси X показана частота, цветом показывается уровень мощности – чем ярче цвет, тем выше уровень. По оси Y идет время. Экран непрерывно смещается вниз, с течением времени. Спектрограмма является очень полезным инструментом для оценки качества сигнала.

Рисунок 4.	Спектрограмма (сверху), дисплей (снизу) отображает FSK сигнал.

В дополнение к топографическому режиму и режиму спектрограммы, с помощью функции разделенного окна можно проводить измерения в двойном частотном диапазоне в спектральном режиме (рис. 5). Два окна показывают отдельные результаты измерений при разных настройках GSP-7930. Это очень полезно для гармонического анализа, и измерений далеко отстоящих сигналов.

Рисунок 5.	Двойной дисплей: верхнее окно - сигнал 10 МГц; нижнее - его 4-я гармоника.

Четыре линии развертки с независимыми настройками экрана и детекторов

GSP-7930 способен отображать четыре развертки с независимыми настройками режимов измерений (рис. 6), включая: нормальный, удержание максимального и минимального значения, а также режим просмотра. Каждой из четырех видов разверток можно назначить свой тип детектора из набора: PK+, PK-, Нормальный, Выборка и Средний.

Рисунок 6.	Четыре развертки с различными типами экранных настроек и различными типами детекторов.

Спектральные маски для различных стандартов связи

GSP-7930 в стандартной комплектации имеет набор масок для стандартов связи 3GPP, 802.11b, 802.11g, 802.11n и 802.16. Эти маски (рис. 7) используются для регулирования максимальной мощности излучения во время передачи сигнала, дабы избежать перекрестных помех с соседними каналами передачи. Пользователь может также создать маску по своему шаблону.

Рисунок 7.	Анализ передачи сигнала по маскам.

«Полоса развертки»

В некоторых телекоммуникационных системах, таких как радарные установки и TDMA, передача сигнала осуществляется посредством временного разделения пакетов (технология TD). Так же как и периодические всплески энергии, излучение не происходит синхронно со временем развертки анализатора спектра. В этом случае, измерение TD сигнала становится сложной задачей. Для пользователей GSP-7930, такие измерения не представляют труда. Используя внешний запуск и установив «ворота развертки» (рис. 8), с помощью анализатора спектра GSP-7930 можно проводить измерения за полный период излучения сигнала.

a)
b)
Рисунок 8.	Функция «полоса развертки»: a) выключена b) включена

Измерения мощности

GSP-7930 имеет различные функции для анализа мощности в телекоммуникационных системах. В функции анализа мощности входят четыре часто используемых комплексных вида измерений (рис. 9):

• ACPR — коэффициент мощности по соседнему каналу;
• OCBW — занимаемая полоса частот;
• N dB — полоса частот по уровню;
• Phase Jitter — дрожание фазы.

Каждый вид измерения настраивается и обновляется в реальном времени. При включении измерений, в двойном окне отдельно отображается спектр сигнала и выбранные измерения, цветом выделяются различные каналы и частотные полосы. Это очень удобный инструмент для анализа систем связи. В набор измерений также входят: измерение интермодуляционных искажений 3-го порядка (TOI), обусловленных нелинейностью характеристики устройства или системы, а также измерения интермодуляционных искажений в двухтоновом сигнале.

a)
b)
c)
d)
e)
Рисунок 9.	Различные виды телекоммуникационных измерений: a) ACPR b) OCBW c) N-dB d) Phase Jitter e) TOI

Измерения для кабельного телевидения (CATV)

Для проверки функционирования систем CATV, GSP-7930 имеет встроенные функции измерения параметров CNR (отношение уровня несущей к уровню шума), CSO и CTB (комбинационные составляющие 2-го и 3-го порядка), которые определяют качество передачи.

Демодуляция AM/FM/Анализ

GSP-7930 обладает улучшенными функции для выполнения различных измерений параметров AM/FM - сигналов, таких как глубина AM-модуляции, девиация FM-модуляции, мощность несущей, смещение несущей частоты, SINAD и т.д. GSP-7930 позволяет настроиться на AM или FM-прием и осуществлять прослушивание демодулированного AM/FM – сигнала с использованием внешних динамиков.

Функция коррекции

Для компенсации частотных характеристик испытательной аппаратуры и увеличения точности измерений, GSP-7930 может использовать функцию коррекции (рис. 10). Корректирующие данные вносятся в пользовательскую таблицу, которая обеспечивает учет искажений, вносимых испытательным оборудованием в результат измерений.

Рисунок 10.	Функция коррекции.

Допусковый контроль

GSP-7930 предлагает пользователям простой и эффективный способ проверки сигнала на соответствие допустимым отклонениям. Данная функция позволяет устанавливать верхний или нижний предел измерения амплитуды, и немедленно сигнализировать при выходе сигнала за эти пределы. Редактирование линии предела возможно тремя способами: задание абсолютных значений отклонений в виде таблицы; задание относительного отклонения от опорной линии трассировки; формирование линии предела по маркерам данных. На задней панели анализатора GSP-7930 имеется разъем допускового контроля для выдачи сигнала на внешние устройства (например, звуковой или световой сигнализации).

Опция измерителя мощности

Дополнительный датчик мощности (рис. 11) обеспечивает измерение средней мощности в диапазоне частот от 1 МГц до 6.2 ГГц. Питание осуществляется от порта USB анализатора GSP-7930. Датчик обеспечивает высокоточное измерение мощности независимо от полосы и типа модуляции в широком амплитудном диапазоне от –32 до +20 дБм с погрешностью ±0.15 дБ. Результат измерений отображается в отдельном окне программы на анализаторе спектра.

Рисунок 11.	Датчик мощности и окно программы.

Дизайн и управление

Компактный и легкий (меньше 4 кг) (рис. 12), GSP-7930 можно с легкостью разместить на любом рабочем месте. Прибор может автономно работать от аккумуляторов в течение продолжительного времени и это позволяет успешно применять его для полевых измерений (рис. 13). Большой информативный дисплей в GSP-7930 с диагональю 8,4 дюйма и разрешением 800×600, позволяет отображать большое количество информации на дисплее без ухудшения качества изображения. Дисплей (рис. 14) способен отобразить с 601 точку отсчетов для каждой развертки, тем самым обеспечивает высокую точность измерений. Разработчики уделили большое внимание разработке пользовательского меню. При выборе различных настроек и включении режимов, на дисплее появляются условные обозначения (иконки), которые позволяют пользователю видеть весь сценарий настроек. Некоторые режимы снабжены справочной информацией, которая помогает пользователю быстро и правильно осуществлять настройки. Для удобства пользователей в GSP-7930 предусмотрен таймер включения. Это позволяет не тратить время на ожидание загрузки операционной системы и прогрев анализатора, а сразу приступить к работе. Меню прибора, а также надписи на органах управления выполнены на русском языке. Однако, пользователь может выбрать любой язык, если это потребуется.

Рисунок 12.	Компактный дизайн.

Рисунок 13.	Разъемы и батарейный отсек задней панели.

Рисунок 14.	Большой информативный дисплей.

Интерфейсы и программирование

В анализаторе GSP-7930 имеются различные интерфейсы для дистанционного управления, программирования и передачи данных (рис. 13). GSP-7930 поддерживает управление по стандарту LXI, предназначенному для сетевых приложений. Кроме того GSP-7930 оснащен различными интерфейсами, включая USB, RS-232 и GPIB (опция). Слот MicroSD и интерфейс USB-host, поддерживают файловые системы NTFS/VFAT, FAT16/FAT32. GSP-7930 имеет выход промежуточной частоты (886 МГц) для пользовательских приложений. Интерфейс DVI-I, совместимый с интерфейсами VGA/HDMI, дает преимущество для передачи изображения на внешний дисплей.

В комплекте с GSP-7930 предоставляется программа для управления и передачи данных на ПК через интерфейсы USB, RS-232 или GPIB. Данные могут быть сохранены в формате txt для дальнейшего анализа. Кроме того, для разработки собственной программы, пользователям предоставляется протокол управления и драйвер LabVIEW.

Создание тестовых программ возможно не только через интерфейсы. Анализатор спектра GSP-7930 поддерживает программирование с передней панели. Пользователям предоставляется возможность создать и сохранить в памяти анализатора до 5 программ, каждая из которых может содержать до 20 шагов.

Для того, чтобы наглядно представить улучшения в новой серии, в таблице 2 приведено сравнение новой модели GSP-7930 с предыдущей серией анализаторов спектра GSP-7830.