Spektrum Analizörü Nedir?

RF testinin gerekli olduğu uygulamalarda; geliştirme ve doğrulama testlerinde; üretimde; temel servis ve onarımda ve saha montajında yaygın olarak kullanılan spektrum analizörünün tanımı, çeşitleri ve kullanımına ait detaylar yazımızda.

A- A+

18.03.2019 tarihli yazı 24272 kez okunmuştur.

Elektronik ortamlarda osiloskop, multimetre, pensampermetre, röle test cihazları gibi birçok ölçüm ve test ekipmanı ile karşılaşırız. Bu cihazlardan biri de RF testinin gerekli olduğu uygulamalarda yaygın olarak kullanılan spektrum analizörüdür. Spektrum analizörü, verilen bir giriş sinyalinin büyüklüğünü cihazın tam frekans aralığına göre ölçmek için kullanılan bir elektronik ekipmandır. Öncelikle bilinen ve bilinmeyen sinyallerin spektrumunun gücünü ölçmek için kullanılır. Spektrum, genliği y ekseninde ve frekansı da x ekseninde temsil eden bir grafikte verileri görüntüler.

►İlginizi Çekebilir: Enerji Analizörleri | Güç İzleme Cihazları

Dalga formlarını görüntüleyen en yaygın kullanılan test aleti osiloskoptur. Osiloskop, zaman alanı olarak adlandırılan sinyalleri, yani zamana karşı genliği gösterir. Bu çok kullanışlı olmasına rağmen, özellikle radyo frekans devrelerini ve sistemlerini test ederken, frekans alanındaki sinyalleri, yani farklı frekanslarda görünen sinyal genliklerini görebilmek için spektrum analizörünün kullanılması daha faydalıdır. Ayrıca spektrum analizöründe, farklı frekanslardaki sinyallerin genliklerine bakarak, bu sinyallerin genliklerini ölçmek, hangi sinyallerin mevcut olduğunu ve benzerlerini bulmak da mümkündür.

Bu şekilde, spektrum analizörü, radyo frekansı veya RF sinyallerini içeren devrelerin ve sistemlerin test ve ölçümünü yapan herkes için özellikle önemli bir test ekipmanıdır. Buna ek olarak, spektrum analizörleri, ses analizi ve benzerleri dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için de kullanılabilir.

Spektrum Analizörü Niçin Kullanılır?

Spektrum analizörünün temel kullanım amaçlarını şöyle sıralayabiliriz:

►Modüle edilmiş bir sinyalin genel spektrumunun yeterince geniş ya da çok dar olduğunu görmek için. (Eğer çok genişse, o zaman komşu kanallardaki kullanıcıları etkileyebilir.)
►Herhangi bir sahte veya istenmeyen sinyal olup olmadığını araştırmak için. (Bu sinyaller diğer frekanslardaki kullanıcılara parazite neden olabilir, sinyaller iletilir.)
►Bir sinyalin doğru frekansta olup olmadığını ve örneğin başka bir bantta olmadığını bulmak için.

Her ne kadar RF spektrum analizörü birçok radyo frekans testi için kullanılabilse de, aşağıdaki tablo RF testi için kullanılan farklı test cihazlarının ve uygulamalarının bir özetini vermektedir.

TEST ALETi TÜRÜ	FREKANS ÖLÇÜMÜ	YOĞUNLUK / GENLIK ÖLÇÜMÜ	UYGULAMA
Güç ölçer	yok	var	Toplam güç ölçümleri için kullanılır.
Frekans sayacı	var	yok	Bir sinyal içindeki baskın frekansın çok doğru ölçümlerini sağlamak için kullanılır.
RF Spektrum analizörü	var	var	Öncelikle bir radyo frekansı sinyalinin spektrumunu görüntülemek için kullanılır. Özel cihazlar kadar doğru olmasa da, güç ve frekans ölçümleri yapmak için de kullanılabilir.
RF ağ analizörü	var	var	RF cihazlarının özelliklerini ölçmek için kullanılır

Spektrum Analizörü Çeşitleri ve Teknolojileri

Gelişen teknoloji ile spektrum analizörü teknolojisi de gelişme gösteriyor. Spektrum analizörlerinin temel amacı; frekans spektrumunu analiz etmek ve sinyallere bakmaktır. Amaçları aynı ancak performansları farklı olan çeşitli analizör tipleri bulunmaktadır. En yaygın kullanılan spektrum analizörlerinden birkaçını inceleyelim:

►Süperheterodin spektrum analizörü (Süpürülmüş spektrum analizörü): İlk kullanılan spektrum analizörü çeşididir. Modern spektrum analizörü türlerinde, sinyali sayısallaştırmak için ana dijital teknikleri kullanırken süpürülmüş spektrum analizörü, analog tekniklere dayanır. Analog teknikleri kullanarak, frekansı gerekli bant genişliklerine sahip filtreleri olan sabit bir ara frekansa dönüştürür ve istenen değere değiştirilebilir.

Süpürme spektrum analizörü, birçok radyo alıcısında, işleminin dayandığı temel prensip olarak kullanılan süperheterodin prensibini kullanır. Süperheterodin prensibi, frekansı çevirmek için bir mikser ve yerel olarak üretilen bir yerel osilatör sinyali kullanır.

►İlginizi Çekebilir: RF ve Ön Uç Devresi

Süperheterodin spektrum analizörü, diğer spektrum analizörü tiplerine kıyasla bir takım avantajlara ve dezavantajlara sahiptir. Çok geniş tarama aralıklarına sahip olması ve çok yüksek frekanslara kadar çalışabilir olması en temel avantajlarındandır. Bunların yanı sıra süperheterodin spektrum analizörü ile faz ölçülemiyor olması dezavantajıdır. Sadece verilen frekanslardaki sinyallerin genliğini ölçebilir.

►Dijital FFT spektrum analizörü: Tüm analog teknikleri kullanan analizörlerden daha iyi performans sağlayan dijital FFT spektrum analizörü, oldukça uygun maliyetlidir. Adından da anlaşılacağı gibi, FFT spektrum analizörü, spektrum analizi sağlamak için Hızlı Fourier Dönüşümleri’ni uygulayan dijital sinyal işleme tekniklerini kullanır. Yani, sinyaller dijital bir formata dönüştürülür ve FFT'ler kullanılarak analiz edilir. Sinyaller daha sonra bir test sistemi tarafından görüntülenecek veya analiz edilecek bir formata dönüştürülür.

Dijital FFT spektrum analizörleri birçok avantaja sahiptir. Dijital olarak çalıştıkları için dalga formunu nispeten kısa bir sürede yakalayabilirler. Bu kısa yakalama süresi, geçici veya kısa ömürlü dalga biçimlerinin yakalanmasına izin verir. Ayrıca, kısa yakalama süresi, FFT analizörünün tekrarlanmayan dalga formlarını yakalayabilmesi anlamına da gelir. FFT teknolojisi kullanılarak yakalanan dalga formunu saklamak ve daha sonra gerektiğinde analiz etmek mümkündür.

►İlginizi Çekebilir: Kablosuz İletişimde Dubleks Veri Spektrumu Teknolojisi

►Gerçek zamanlı spektrum analizörü: İşlemci kontrollü radyo frekansı ürünlerinin artmasıyla birlikte, yalnızca sabit radyo spektrumunu yakalamanın yanı sıra geçici etkileri de yakalama ihtiyacı giderek artmaktadır. Bu amaçla, gerçek zamanlı spektrum analizörü sıklıkla kullanılmaktadır.

Gerçek zamanlı spektrum analizörü dalga formunu yakalar ve daha sonra dalga formunu çok hızlı bir şekilde, yani gerçek zamanlı olarak analiz etmek için FFT dönüşümü teknolojisi kullanır. Cihaz bu işlemi gerçekleştirmek için, tüm bant genişliğini aralıksız olarak işleyebilen gerçek zamanlı ve çok hızlı bir dijital sinyal işlemcisine sahiptir. Ayrıca, analizör istenen ölçüm periyodunda sürekli alım sağlamak için yeterli yakalama belleğine de ihtiyaç duyar.

►PXI spektrum analizörü: PXI, test ve veri izlemenin kontrol ve otomasyonunu sağlamak için yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. Dayanıklı mekanik elemanları, yüksek elektriksel performans özellikleri ve düşük maliyeti ile başarılı sonuçlar doğurur. Standart PC teknolojisini kullanarak, PXI birçok uygulama için ideal bir platform haline getirilebilir.

►USB spektrum analizörü: Düşük maliyet ve mükemmel performans sağlaması yönünden en kullanışlı spektrum analizörü çeşididir. USB spektrum analizörleri bağlı oldukları bilgisayardan güç kaynağını kullanır, görüntüler ve işlem yapar.

Avantajları göz önüne alındığında, piyasada çok çeşitli USB spektrum analizörleri bulunmaktadır. Ancak bunlar kendi aralarında performansta büyük farklılıklar gösterirler. En çok fayda sağlayacak olan analizörler, modülünde minimum donanıma sahip olmalı, ilişkili olduğu bilgisayardaki tüm işlemleri gerçekleştirebilmeli ve RF işlemi ve sinyal işlemeyi üstlenecek bir FPGA'ya sahip olmalıdır.

►İlginizi Çekebilir: Güç Kaynakları | Weidmüller

►Portatif spektrum analizörü: Bu tipteki spektrum analizörü diğer türlere göre oldukça küçük ve el formatındadır. Bu sebepten dolayı daha büyük tezgah üstü cihazlarla aynı performansa sahip değil. Portatif spektrum analizörü, radyo veya kablosuz yayınların veya diğer radyo frekans sinyallerinin izlenmesi ve spektrumunun kontrol edilmesi gerektiği saha servis uygulamaları için çok kullanışlıdır.

►Ses analizörü: Bu tip spektrum analizörü, ses spektrumunun analizine odaklanmıştır. Bu nedenle üst frekans sınırları çok daha düşüktür.

Spektrum Analizörü Nasıl Kullanılır?

Her analizör tipi farklı olsa da, her cihaz üzerindeki ekipmanların temel kavramları hemen hemen aynıdır, aynı ölçüm türleri yapılabilir ve aynı temel kontrol fonksiyonları da kullanılabilir. Cihaz üzerinde yaptığımız işlemleri görüntüleyen bir ekran, frekans ayarı yapabileceğimiz bir tuş takımı, tarama hızı, bant genişlikleri kazanç ve zayıflama ayarları gibi daha birçok kontrolü yapabileceğimiz tuşlar mevcuttur. Bu cihazın nasıl kullanıldığı aşağıdaki videoda verilmiştir.