تعد أجهزة تحليل الطيف من الاختبارات المهمة التي تستخدم للقياس الترددات والعديد من المعلمات الأخرى. ومن المثير للاهتمام ، أن محللات الطيف تستخدم لقياس الإشارات التي نعرفها ونجد إشارات لا نعرفها. نظرًا لدقته ، اكتسب محلل الطيف الكثير من التطبيقات في مجال القياسات الكهربائية والإلكترونية. يتم استخدامه لاختبار العديد من الدوائر والأنظمة. تعمل هذه الدوائر والأنظمة عند مستويات التردد الراديوي.
مع تكوينات النماذج المختلفة الخاصة به ، يتمتع هذا الجهاز بتعدد استخداماته في مجال الأجهزة والقياس. تأتي بمواصفات وأحجام مختلفة ومتاحة أيضًا بناءً على تطبيقات محددة. استخدام الجهاز في نطاق الترددات العالية على مستوى التردد الفائق قيد البحث حاليًا. يمكن حتى توصيله بنظام كمبيوتر ويمكن تسجيل القياسات على المنصة الرقمية.
ما هو محلل الطيف؟
محلل الطيف هو في الأساس أداة اختبار تقيس المعلمات المختلفة في دائرة أو في نظام في نطاق تردد الراديو. ستقيس قطعة من معدات الاختبار العادية الكمية بناءً على اتساعها فيما يتعلق بالوقت. على سبيل المثال ، سيقيس الفولتميتر سعة الجهد بناءً على المجال الزمني. لذلك سنحصل على منحنى جيبي لـ AC الجهد أو خط مستقيم ل الجهد DC . لكن محلل الطيف سيقيس الكمية من حيث الاتساع مقابل التردد.
استجابة مجال التردد
كما هو مبين في الرسم البياني ، يقيس محلل الطيف الاتساع في مجال التردد. تمثل إشارات الذروة العالية الحجم ، وبينهما ، لدينا إشارات ضوضاء أيضًا. يمكننا استخدام محلل الطيف للتخلص من إشارات الضوضاء وجعل النظام أكثر كفاءة. تعد عوامل إلغاء الإشارة إلى الضوضاء (SNR) إحدى الميزات المهمة في الوقت الحاضر للتطبيقات الإلكترونية. على سبيل المثال ، تأتي سماعات الرأس مع ميزة إلغاء الضوضاء. لاختبار هذه المعدات ، يتم استخدام محللات الطيف.
مخطط كتلة محلل
مخطط كتلة
يظهر الرسم التخطيطي لمحلل الطيف أعلاه. وهو يتألف من مخفف الإدخال ، والذي يخفف من إشارة التردد الراديوي للإدخال. يتم تغذية الإشارة المخففة إلى مرشح تمرير منخفض لإزالة محتوى التموج.
يتم خلط الإشارة المفلترة مع مذبذب موالف للجهد ، ويتم تغذيتها إلى مكبر للصوت. ال المضخم يتم تغذية راسم الذبذبات بأشعة الكاثود. على الجانب الآخر ، لدينا مولد مسح ضوئي أيضًا. يتم تغذية كلاهما إلى CRO للانحرافات الرأسية والأفقية.
مبدأ عمل محلل الطيف
يقيس محلل الطيف بشكل أساسي محتوى الطيف للإشارة ، أي التي يتم تغذيتها للمحلل. على سبيل المثال ، إذا كنا نقيس خرج مرشح ، دعنا نقول مرشح تمرير منخفض ، فإن محلل الطيف سيقيس محتوى الطيف لمرشح الخرج في مجال التردد. في هذه العملية ، سيقيس أيضًا محتوى الضوضاء ويعرضه في CRO ،
كما هو معروض في مخطط الكتلة ، يمكن تصنيف عمل محلل الطيف بشكل أساسي على أنه ينتج مسحًا رأسيًا وأفقيًا على راسم تذبذب أشعة الكاثود. نحن نعلم أن المسح الأفقي للإشارة المقاسة سيكون فيما يتعلق بالتردد وأن الاجتياح العمودي سيكون بالنسبة لاتساعها.
عمل
لإنتاج المسح الأفقي للإشارة المقاسة ، يتم تغذية الإشارة على مستوى التردد اللاسلكي إلى مخفف الإدخال ، مما يخفف الإشارة على مستوى التردد اللاسلكي. يتم تغذية خرج المخفف إلى مرشح التمرير المنخفض لإزالة أي محتوى تموج في الإشارة. ثم يتم تغذيتها إلى مكبر للصوت ، مما يضخم حجم الإشارة إلى مستوى معين.
في هذه العملية ، يتم مزجه أيضًا مع خرج المذبذب الذي يتم ضبطه على تردد معين. يساعد المذبذب في توليد طبيعة بديلة لشكل موجة التغذية. بعد الخلط مع المذبذب وتضخيمه ، يتم تغذية الإشارة إلى الكاشف الأفقي ، الذي يحول الإشارة إلى مجال التردد. هنا في محلل الطيف ، يتم تمثيل الكمية الطيفية للإشارة في مجال التردد.
للمسح العمودي ، السعة مطلوبة. للحصول على السعة ، يتم تغذية الإشارة إلى مذبذب الجهد المضبوط. يتم ضبط مذبذب الجهد الكهربي على مستوى تردد الراديو. بشكل عام ، يتم استخدام مجموعة المقاومات والمكثفات للحصول على دارات المذبذب. يُعرف هذا باسم مذبذبات RC. على مستوى المذبذب ، يتم إزاحة المرحلة بمقدار 360 درجة. لتحويل هذه المرحلة ، يتم استخدام مستويات مختلفة من دوائر RC. عادة ، لدينا 3 مستويات.
في بعض الأحيان تستخدم المحولات أيضًا لأغراض تحويل الطور. في معظم الحالات ، يتم أيضًا التحكم في تردد المذبذبات باستخدام مولد منحدر. يتم أيضًا توصيل مولد المنحدر أحيانًا بمُغير عرض النبضة للحصول على منحدر من النبضات. يتم تغذية خرج المذبذب إلى دائرة الاجتياح العمودية. الذي يوفر سعة على راسم الذبذبات لأشعة الكاثود.
أنواع محلل الطيف
يمكن تصنيف أجهزة تحليل الطيف إلى فئتين. التناظرية والرقمية
محلل الطيف التماثلي
تستخدم أجهزة تحليل الطيف التناظرية مبدأ التغاير الفائق. يطلق عليهم أيضًا محللات المسح أو المسح. كما هو مبين في مخطط الكتلة ، سيكون للمحلل دوائر مسح أفقية ورأسية مختلفة. لإظهار الإخراج بالديسيبل ، يتم استخدام مضخم لوغاريتمي أيضًا قبل دائرة المسح الأفقية. يتم توفير مرشح الفيديو أيضًا لتصفية محتوى الفيديو. يوفر استخدام مولد منحدر لكل تردد موقعًا فريدًا على الشاشة ، يمكن من خلاله عرض استجابة التردد.
محلل الطيف الرقمي
يتكون محلل الطيف الرقمي من كتل تحويل فورييه السريع (FFT) وكتل المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC) لتحويل الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية. من خلال تمثيل مخطط الكتلة
محلل الطيف الرقمي
كما هو موضح في تمثيل الرسم البياني للكتل ، يتم تغذية الإشارة إلى المخفف ، والذي يخفف من مستوى الإشارة ، ثم يتم تغذيته إلى LPF لإزالة محتوى التموج. ثم يتم تغذية الإشارة إلى محول تناظري إلى رقمي (ADC) الذي يحول الإشارة إلى المجال الرقمي. يتم تغذية الإشارة الرقمية إلى محلل FFT الذي يحول الإشارة إلى مجال التردد. يساعد على قياس طيف التردد للإشارة. أخيرًا ، يتم عرضه باستخدام CRO.
مزايا وعيوب المحلل
وله العديد من المزايا ، فهو يقيس الكمية الطيفية في الإشارة على مدى الترددات الراديوية. كما يوفر عددًا من القياسات. العيب الوحيد هو تكلفتها ، وهي أعلى مقارنة بالعدادات التقليدية المعتادة.
تطبيقات المحلل
يمكن استخدام محلل الطيف الذي يستخدم بشكل أساسي لغرض الاختبار لقياس مجموعة متنوعة من الكميات. يتم إجراء كل هذه القياسات على مستوى تردد الراديو. الكميات المقاسة بشكل متكرر باستخدام محلل الطيف هي-
- مستويات الإشارة - يمكن قياس اتساع الإشارة على أساس مجال التردد باستخدام محلل الطيف
- ضوضاء المرحلة - عند إجراء القياسات في مجال التردد وقياس المحتوى الطيفي ، يمكن بسهولة قياس ضوضاء الطور. تظهر على شكل تموجات في خرج راسم الذبذبات بأشعة الكاثود.
- التشوه التوافقي - هذا عامل رئيسي يجب تحديده لجودة الإشارة. بناءً على التشوه التوافقي ، يتم حساب التشوه التوافقي الكلي (THD) لتقييم جودة الطاقة للإشارة. يجب حفظ الإشارة من الترهل والانتفاخ. يعد تقليل مستويات التشويه التوافقي مهمًا لتجنب الخسائر غير الضرورية.
- تشويه التشكيل البيني - أثناء تعديل الإشارة ، بناءً على الاتساع (تشكيلات الاتساع) أو التردد (تعديل التردد) تحدث التشوهات في المستوى المتوسط. يجب تجنب هذا التشويه للحصول على إشارة معالجة. لهذا الغرض ، يستخدم محلل الطيف لقياس تشوه التشكيل البيني. بمجرد تقليل التشويه باستخدام الدوائر الخارجية ، يمكن معالجة الإشارة.
- إشارات زائفة - هذه إشارات غير مرغوب فيها يتم اكتشافها والقضاء عليها. لا يمكن قياس هذه الإشارات مباشرة. إنها إشارة غير معروفة يجب قياسها.
- تردد الإشارة - هذا أيضًا عامل مهم يجب تقييمه. نظرًا لأننا استخدمنا المحلل على مستوى تردد الراديو ، فإن نطاق الترددات مرتفع جدًا ، ويصبح من المهم قياس محتوى التردد لكل إشارة. لهذا الطيف ، يتم استخدام أجهزة التحليل على وجه التحديد.
- أقنعة طيفية - تساعد أجهزة تحليل الطيف أيضًا في تحليل الأقنعة الطيفية
ومن ثم فقد رأينا مبدأ العمل والتصميم والمزايا والتطبيق الطيف محلل. يجب على المرء أن يفكر في كيفية تخزين البيانات التي يتم قياسها في محلل الطيف؟ وكيفية نقلها إلى وسائط أخرى مثل الكمبيوتر لمزيد من القياس.
