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

С.A. Корнеев, АО «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 Подробные технические характеристики приборов...

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 (щелчок по изображениию - увеличение)

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 (щелчок по изображениию - увеличение)

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.

Таблица 1. Диапазон установки полос пропускания  КИХ  фильтры,  БПФ  фильтры,  ЭМС  фильтры
RBW	RBW	RBW	RBW	RBW
1М	300К	100К	30К	10К
910К	260К	91К	26К	3К
830К	240К	83К	24К	1К
750К	220К	75К	22К	300
680К	200К	68К	20К	100
620К	180К	62К	18К	30
570К	160К	57К	16К	10
510К	150К	51К	15К
470К	140К	47К	14К	12К
420К	120К	42К	12К	9К
390К	110К	39К	11К	200
350К		35К
320К		32К		Всего: 58

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 (щелчок по изображениию - увеличение)

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 (щелчок по изображениию - увеличение)

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 (щелчок по изображениию - увеличение)

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 (щелчок по изображениию - увеличение)

«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) выключена	b) включена
Рисунок 8. Функция «полоса развертки» (щелчок по изображениию - увеличение)

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) ACPR	b) OCBW
c) N-dB	d) Phase Jitter
e) TOI
Рисунок 9. Различные виды телекоммуникационных измерений (щелчок по изображениию - увеличение)

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 (щелчок по изображениию - увеличение)

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 (щелчок по изображениию - увеличение)		Рисунок 13. Разъёмы и батарейный отсек задней панели (щелчок по изображениию - увеличение)		Рисунок 14. Большой информативный дисплей (щелчок по изображениию - увеличение)

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.

Таблица 2. Сравнение GSP-7930 и GSP-7830
Характеристики	GSP-7930	GSP-7830
Частотный диапазон	От 9 кГц до 3 ГГц	От 9 кГц до 3 ГГц
Годовая стабильность частоты	± 2·10-6	±5×10-6
Температурная стабильность частоты	±25×10-9 (от 0 до +50 °C)	±1×10-5
Количество полос пропускания	58	8 (вместе с опциями)
Фазовые шумы	-88 дБн/Гц при 1 ГГц, при отстройке 10 кГц	-80 дБн/Гц при 1 ГГц, при отстройке 20 кГц
Входной аттенюатор	От 0 до 50 дБ шагом 1 дБ	Нет
Предусилитель	Встроенный	Опция (внешний)
Режим развертки для сигналов с временным разделением (TD)	Поддерживается	Нет
Частотомер	Есть разрешение 1 Гц во всем частотном диапазоне	Нет
Измерительные функции	SEM/Phase Noise/ACPR/OCBW/N-dB/Phase Jitter / Channel Power/ TOI/CNR/CSO/CTB Режим демодуляции	ACPR/OCBW/Channel Power /N-dB/Phase Jitter Режим демодуляции — опция
Быстрое сохранение	Поддерживается	Нет
Количество разверток	4 полностью независимых	3
Режимы отображения	Спектр, спектрограмма, топографический, измеритель мощности	Только режим спектра
Дисплей	Диагональ 8,4, разрешение 800×600	Диагональ 6,4, разрешение 640×480
Интерфейсы	LXI,RS-232C,USB Host/Device,DVI, Micro SD GPIB – опция	RS-233C,USB Host/Device,VGA GPIB – опция
Датчик средней мощности	Опция	Нет

Автор:  Корнеев С.А.
Дата публикации:  10.05.2012