RF uygulamaları üzerinde çalışan araştırmacılar, mühendisler ve teknisyenler, ister geleneksel taramalı spektrum analizörleri (TSA) ister daha modern vektör sinyal analizörleri (VSA) olsun, genellikle spektrum analizörlerinin kullanımı ve faydaları konusunda iyi bir kavrayışa sahiptir. Bu önemli RF cihazlarının temel özelliklerini ve çalışma ilkelerini anlarlar. Ancak bazen biraz farklı bir cihaz kategorisi onları şaşırtıyor: Gerçek zamanlı spektrum analizörleri (RSA'lar veya RTSA'lar). Belki de RSA'ların işlevselliği ve ölçüm yetenekleri hakkında farkındalık eksikliğinden dolayı bazen kullanıcılar RF alet kemerlerinde önemli bir araç olarak RSA'ların avantajlarını ve faydalarını gözden kaçırırlar. Tektronix'te RSA'ları tasarlama, üretme ve dağıtma konusunda yılların deneyimine sahibiz. Bu nedenle RSA'ların kullanımı etrafında dolaşan birkaç yanlış kanı ve hatta belki de mitleri ortadan kaldıracağımızı düşündük.
- Yanılgı: Tüm modern FFT tabanlı analizörler, gerçek zamanlı spektrum analizörleridir.
Modern spektrum analizörlerinin, hızlı örneklenen, zaman alanlı bir sinyali frekans alanlı bir spektruma dönüştürmek için FFT tabanlı spektrum analizi kullandığı doğrudur. Giriş sinyalinin her bir bileşeninin büyüklüğünü ve frekansını elde etmek için bu analizörler onu yüksek oranda örnekler ve veri üzerinde dönüşümü gerçekleştirir. Bu modern, FFT tabanlı spektrum analizörleri, yüksek frekanslı çözünürlüğe sahip olabilir ve geniş dinamik aralığa sahip sinyalleri ölçebilirken cihazın örnekleme aralıkları arasında meydana gelen olayları kaçırabilir.
Sinyalleri gerçek zamanlı olarak analiz etmek gerçek zamanlı spektrum analizörlerinin şunları yapması gerektiği anlamına gelir:
• Nyquist kriterlerini karşılamak için giriş sinyalini yeterince hızlı örneklemelidir. Yani, örnekleme frekansı ilgilenilen bant genişliğinin iki katını aşmalıdır.
• Tüm hesaplamaları, analiz çıktısının kısa örnekleme aralıkları arasında giriş sinyalindeki değişikliklere ayak uydurması için sürekli ve yeterince hızlı gerçekleştirmelidir.
• İlgili en dar çözünürlük bant genişliği (RBW) için yeterince uzun bir analiz aralığını desteklemelidir.
• İlgili RBW için Nyquist kriterlerini aşmak için hızlı bir Fourier dönüşüm oranı uygulamalıdır.
Tektronix, gerçek zamanlı spektrum analizörleri için modern VSA'ların ölçüm sınırlamalarının üstesinden gelmek üzere tasarlanmış, geçici ve dinamik RF sinyalleriyle ilgili zorlukları ele alan bir mimari kullanır. Tektronix RSA'lar, VSA mimarilerinde yaygın olan alım sonrası işlemenin aksine bellek depolamadan önce gerçek zamanlı dijital sinyal işleme (DSP) kullanarak sinyal analizi gerçekleştirir. Bu gerçek zamanlı işleme yaklaşımı kullanıcının diğer mimariler tarafından görülemeyen olayları keşfetmesini sağlar. Ayrıca bu olayları tetikleyerek hafızaya seçici olarak yakalanmalarına izin verir. Şekil 1, Tektronix RSA'ların çok hızlı sinyal değişikliklerine ayak uydurmak için daha kısa aralıklarla çok daha fazla FFT'yi nasıl alıp işlediğini göstermektedir.
Şekil 1: FFT tabanlı VSA'lar ile RSA'lar arasındaki farkı gösteren diyagram
2. Yanılgı: RSA'lar yalnızca spektrogramlar ve RF şelalesi görselleştirmeleri içindir
RSA'lar, RF spektrumunun zaman içindeki değişiminin (spektrogramlar) anlayışlı görselleştirmelerini üretmekte harikadır. Kullanıcılar, bu 2 boyutlu grafikleri kullanarak, spektrumun belirli bir ölçüm aralığında nasıl davrandığını kolayca gözlemleyebilir. Şekil 2'deki mavi spektrogramın gösterdiği gibi genlikleri sabit kalma eğilimindeyken zaman ilerledikçe her tonun frekansı değişir.
Şekil 2: Çok tonlu bir sinyalin Spektrumu ve Spektrogramı
Bununla birlikte Tektronix RSA'lar zaman ve frekans alanlarında çok daha fazla türde ölçüm sonucu ve görselleştirme üretebilir ve kullanıcılara VSA'ların normalde kaçırdığı çok hızlı, geçici sinyaller de dahil olmak üzere, alınan sinyallerin doğası ve özellikleri hakkında ek bilgi verir.
Hızla değişen veya geçici RF sinyallerini görselleştirmek için en kullanışlı araçlardan biri DPX™ spektrum izidir. Tektronix'in patentli DPX teknolojisi, tam hareketli canlı bir RF spektrum ekranı oluşturmak için donanım DSP işlemesini ve örneklerin piksel bilgilerine rasterleştirilmesini kullanır. Hatta renk derecelendirme özelliği sayesinde kullanıcıların farklı sinyalleri aynı frekansta, ancak zamana veya güç seviyelerine göre ayrılmış olarak görmelerine olanak tanır.
Şekil 3: 120 saniye sonra süpürülmüş spektrum edinimi MaxHold izinin 20 saniye sonra DPX MaxHold izinin karşılaştırması
Spektrum analizörleri öncelikle frekans alanı enstrümanlarıdır ancak zaman alanındaki spektral özellikleri gözlemlemenin veya zamanın bir fonksiyonu olarak spektral ölçümlerin nerede yapıldığını kontrol etmenin yararlı olduğu birçok ölçüm vardır.
Parametre olarak zamanı içeren RF sinyallerinde yapılan birçok ölçüm türü vardır, örneğin:
• Frekans ve faza karşı zaman
• Genlik veya güç vs. zaman
• I ve Q zamana karşı
• Zamana karşı modülasyon parametreleri (frekans sapması, faz hatası, büyüklük hatası, hata vektörü büyüklüğü)
• Frekans ve faz yerleşimi
Frekans ölçümlerinin zaman içinde incelenmesi, mühendislerin vericilerle ilgili kritik sorunları çok hızlı bir şekilde teşhis etmesine yardımcı olabilir. Modülasyon tipik olarak frekans, genlik veya faz gibi parametreleri zaman içinde değiştirir ve bunların zaman grafiklerini incelemek sistemin nasıl davrandığını gösterebilir.
Zaman ve frekans alanları arasındaki en yararlı korelasyonlardan biri, darbe ölçümleri için geçerli olup, kullanıcıların münferit darbelerin kapsamlı analizini gerçekleştirmesinin yanı sıra milyonlarca ardışık darbe hakkında istatistiksel ve trend bilgileri üretmesine olanak tanır. Şekil 4, hem bireysel atımların hem de büyük atım setlerinin özelliklerinin ölçümünü sağlayan Tektronix SignalVu-PC yazılımını göstermektedir.
Şekil 4: Bireysel darbelerin analizi, darbeler arası ölçümler ve binlerce darbede istatistiksel sonuçlar için Tek RSA'larda çalışan SignalVu-PC yazılımı
3. Yanılgı: RSA'lar, VSA'lara benzer tetikleme yeteneklerine sahiptir
VSA'lar gibi, Tektronix RTSA'lar da harici voltaj yükselen kenarlar ve dahili IQ güç tetikleyicileri dahil olmak üzere çeşitli dahili ve harici tetikleme yöntemleri sağlar. Bununla birlikte, geleneksel VSA'ların aksine, DPX teknolojisi aynı zamanda zamana göre değişen sinyaller için yeni analiz yöntemleri ve tetikleme sağlar:
• Frekans maskesi tetikleme: RSA, spektrum şeklini kullanıcı tanımlı bir maske ile karşılaştırır ve spektrum şeklindeki belirli bir değişikliğe göre cihazı tetikler (Şekil 5). RSA, zaman alanı düzeyinde tetikleyicinin nasıl çalıştığına benzer şekilde, yükselen veya düşen frekanslarda tetikleyebilir. Bu güçlü teknikle Tek RSA'lar, çok daha yüksek seviyelerdeki diğer sinyallerin varlığında bile tam ölçeğin çok altındaki sinyalleri güvenilir bir şekilde algılayabilir. Güçlü sinyallerin varlığında zayıf sinyalleri tetikleme yeteneği, kesintili sinyalleri, modüller arası ürünlerin varlığını, geçici spektrum kapsama ihlallerini ve diğer frekans etkilerini tespit etmek için kritik öneme sahiptir.
Şekil 5: Geçici sinyalin frekans maskesinin sınırını aştığı tetikleme olayı
- DPX yoğunluk tetikleyici: DPX spektrumu, frekans ve genlikte bir 2B dizi olduğundan, kullanıcılar üst ve alt frekansları ve üst ve alt genlikleri olan bir kutu tanımlayabilirler (Şekil 6). Bu kutudaki sinyal yoğunluğu belirtilen eşiği geçtiğinde cihaz tetiklenir. Örneğin, bu özellik, kullanıcıların yalnızca sinyal beklenenden daha sık göründüğünde kayıtları yakalamasını sağlayarak, geçici bir mahmuz ile daha kalıcı, sistematik mahmuzları ayırt etmelerine yardımcı olur.
Şekil 6: Frekans ve genlikte bir DPX yoğunluk tetikleme kutusu kurma
• Zaman tanımlı tetikleme: RSA, bir RF darbesinin genişliğine bakar ve süresine göre tetikler, bu da onu hızlı ve dinamik RF darbesi ortamlarında çalışmak için ideal hale getirir.
Çözüm
Burada, vektör sinyal analizörleri ile gerçek zamanlı spektrum analizörleri arasındaki farkları çevreleyen üç temel yanılgıya açıklık getirdik. İlk önce Tektronix RSA'ların FFT kayıtlarını sürekli olarak ve giriş sinyalindeki hızlı değişikliklere ayak uyduracak kadar hızlı işleyebildiğini not ettik. Tektronix RSA'ların yalnızca spektrogramları değil, zaman ve frekans alanlarında daha birçok türde ölçüm sonucu ve görselleştirmeyi nasıl üretebildiğini de inceledik. Ardından DPX teknolojisinin zamanla değişen sinyaller için yeni analiz ve tetikleme yöntemlerini nasıl etkinleştirdiğini ele aldık. Tektronix RSA'ların ve SignalVu-PC yazılımının işlevselliği ve ölçüm yetenekleri konusunda yenilenen farkındalıkla artık bunları RF araç setinize ekleyebilir ve gelişmiş zaman ve frekans analiz gücünden yararlanabilirsiniz.