SPEKTRUM ANALİZÖR
HAZIRLAYAN:
REHA ŞEN
2010
İÇİNDEKİLER
1.1 .SPEKTRUM TANIMI……………………………………………………………3 1.1.1.SPEKTRAL ANALİZ( SPEKTROPİ)………………………………………3 1.2 SPEKTRUM ANALİZİ VE TÜRLER…………………………………………….4 1.2.1.SPEKTRUM ANALİZİ……………………………………………………...4 1.2.2.GERÇEK-ZAMANLI FREKANS ANALIZÖR…………………………….5 1.2.3.TARAYAN-FİLTRELİ ANALİZÖR……………………………………….6 1.2.4.SÜPERHETERODİN ANALİZÖR………………………………………....7 1.3.SPEKTRUM ANALİZİ ÖZELLİKLERİ………………………………………….8 1.4.SPEKTRUM ANALİZİ ÇALIŞMA İLKELERİ…………………………………. 9 1.5.SPEKTRUM ANALİZİ ÖRNEKLERİ…………………………………………….10 1.6.KAYNAKÇA……………………….……………………………………………..11
2
1.1. SPEKTRUM: Bir kaynaktan çıkan elektromanyetik radyasyonun dalga uzunluğu bakımından gücünün ifadesidir. Gökkuşağı veya spektrumdan geçirilen görünen ışığın spektrumu en belirgin örneklerdir. Beyaz ışık dalga uzunluklarının bir karışımıdır. Gözle görülebilen spektrum renkleri kırmızıdan itibaren portakal, sarı , yeşil , mavi , mordur. Spektrum, morötesi ve kızılötesinin arkalarına kadar uzanır. İnsan gözünün göremediği radyasyonlar radyo teleskopu gibi cihazlarca kaydedilir. Optik spektrumun farklı renklerle bölümlerine ayrıldıgı gibi, spektrum radyo dalgalarından başlar, mikrodalgalar, kızılötesi, görünen ışık, morötesi, Xışınları ve gamma ışınları şeklinde devam eder. 1.1.1.Spektral analiz diğer adıyla spektropi: Işıklarını inceleyerek yıldızların özelliklerini incelemektir. Görünen ışıkla ilgilenir. Ayrıca diğer elektromanyetik radyasyonun dalga uzunlugu, parcacıklar arasındaki enerji dağılımının ölçümlerini de içine alır. Astrofiziğin en önemli aracıdır. Her elementin atomu kendi özel spektrumunu üretir. Atomlar ışık şeklinde enerji çıkarınca veya sogurunca bunları belli dalga boylarında yaparlar. Atomlar bu işi çekirdeğin etrafındaki elektronları kanalı ile geçekleştirirler. Elektronlar bir alt yörüngeye, yani daha düşük enerji durumuna inince bir foton cıkarır. Bir üst yörüngeye çıkmak için bir foton sogurur. Bu yolla, atom foton cıkarır ve alır. Çıkarırken spektrumda parlak çizgiler, sogururken de karanlık çizgiler yaratır. Bu çizgilerin incelenmesinden o cismin sıcaklıgı, malzemesi , hareketi, hızı, dönüşü vs anlaşılabilir.
3
1.2.SPEKTRUM ANALİZİ VE TÜRLER 1.2.1. SPEKTRUM ANALİZİ
Değişken elektriksel işaretler , zamanın ve frekansın bir fonksiyonudur.Bu nedenle , elektriksel işaretlerin zaman ve frekans düzlemindeki analizleri yapılmalıdır.Frekans düzleminde yapılan analize spektrum analizi denir. Spektrum analizinde herhangi bir işareti oluşturan değişik frekanslara ait işaretlerin enerji seviyeleri belirtilir.Bu analiz ile elektrik ve mekanik sistemlerin testine yarayan , elektriksel ve fiziksel bilgiler elde edilir. Frekans domeni,frekansın fonksiyonu olarak işaret genliğinin grafiksel gösterimidir.Herhangi bir işaret belirli fazlı ve değişik genlikli sinüs ve kosinüs harmoniklerin toplamından oluşur.İşaret zaman domeninde incelenirse,bu harmoniklerin toplamı görülür,ama frekans domeninde incelendiğinde her bir frekanstaki bileşenin genliği elde edilir. Türleri Var analog ve dijital spektrum analizörleri: *Gerçek- zamanlı frekans analizör *Tarayan-filtreli analizör *süperheterodin analizör
Şekil-1.2.1: spektrum analizörünğn blok diyagramı
4
1.2.2.GERÇEK-ZAMANLI FREKANS ANALİZÖR Gerçek-zamanlı veya çok kanallı analizör,giriş işaretinin uygulandığı her biri birbirinden biraz farklı frekanslara ayarlanmış bir filtre takımından oluşur.Herbir filtrenin geçirdiği bandın içindeki işaretlerin birleşik genliği,o filtrenin frekans alanının fonksiyonu olarak gösterilir.Bu analizörün frekans alanı,filtrelerin sayısı ve band genişlikleri ile sınırlıdır.Bir spektrumu kapsaması için çok sayıda filtre gerektirdiğinden bu cihaz genellikle çok pahalıdır. Filtrelerden oluşan bir düzen şekil de gösterilmiştir.
ŞEKİL-1.2.2-a) Gerçek zamanlı frekans analizörün blok diyagramı
ŞEKİL-1.2.2-b.) Düzgün karakteristik elde edebilmek için filtrelerin frekans bandları birbirineGirecek şekilde yerleştirilir.
5
1.2.3.TARAYAN-FİLTRELİ ANALİZÖR Herbiri birbirinden az farklı frekanslara ayarlı çok sayıda filtre kullanmak yerine,çalışılan frekans bölgesine ayarlanabilen tek bir filtre kullanmak daha uygun oldugu ilkesine dayanan Cihaza tarayan-filtreli analizör denir. Dalga analizör ve tarayan-spektrum analizör bu yönteme dayanan iki örnektir.Bu iki cihaz filtrenin ayarlanması ve filtre çıkış geriliminin gösterilmesi bakımından farklı özellikler gösterir.Dalga analizörü,karmaşık dalga biçimli bir işaretteki tek-frekanslı bileşenlerin genliklerini ölçer.Bu cihaz giriş işaretindeki bir frekansa ayarlanabilen frekan-seçici voltmetre olarak davranır.Filtresi genellikle elle ayarlanır ve filtrenin çıkış gerilimi bir ölçü aleti üzerinde gösterilir.Spektrum analizör ise,gerilimin genliğini osiloskopun düşey ekseni üzerinde gösterir.Filtrenin frekansı,frekans bölgesindeki frekanslara elektriksel olarak ayarlanır ve filtrenin frekansına ilişkin gerilim CRT nin düşey saptırıcılarına uygulanır.
ŞEKİL.1.2.3. Tarayan-filtreli frekans analizörün blok diyagramı
6
1.2.4.SÜPERHETERODİN ANALİZÖR Tarayan-filtreli analizör giriş işaretindeki çeşitli frekanslı bileşenleri otomatik olarak seçebilmesine rağmen,elektriksel olarak ayarlanabilen bir filtre yapmak çok zor ve pahalıdır. O yüzden bu tip filtre gerektiremeyen başka bir düzen kullanılmalıdır.Bu düzenin adı süperheterodin analizör olarak adlandırılır.Yapısı süperheterodin AM radyo alıcısına benzer.Yapısı şekil de de görüldüğü gibi analizör karıştırıcı,IF yükselteç,gerilim kontrollü yerel osilatör,testeredişi üreteç ve bir dedektörden oluşur. Girişten alınacak işaretin frekansı,gerilimle ayarlanan yerel osilatörün frekans kontrol elemanına testeredişi aynı zamanda CRT’nin yatay saptırıcılarına da uygulanmıştır.Karıştırıcının görevi ara frekans yükseltecine hep aynı frekanslı işaret göndermekdir.Bunu sağlamak için karıştırıcının çıkış frekansı,yerel osilatör frekansından giriş işaretinin frekansı çıkarılarak belirlenir.Filtre bu frekans farkına ayarlanır ve sabittir.Rezolusyonu elde edebilmek için,band genişliği kullanıcı tarafından ayarlanabilir.Karıştırıcıdan geçen işaret ara frekans yükseltecinde yükseltilip dedektöre uygulanır.Ara frekans üretmek için giriş işareti ile yerel osilatör frekansı karıştırılır.Bu iki işaret arasındaki fark ara frekansa eşit olduğu zaman analizörde cevap oluşur.
Şekil 1.2.4: yerel osilatör ile ayarlayan ve tarayan heterodin frekans analizör
7
1.3.SPEKTRUM ANALİZİ ÖZELLİKLERİ Frekans aralığı Spektrum analizi için iki önemli parametre; frekans ve yayılmadır. frekans ekranın ortasındadır. yayılma başlangıç ve bitiş frekansları arasındaki aralık ile bant genişliği analizini belirler. Bazen frekansı başlatmak veya belirli aralıklarda durdurmak mümkündür. İşaretleyici/tepe arama İşaretleyicinin konumunu kontrol ederek güç değerini gösterir. “Marker delta” fonksiyonu olarak bilinen bazı spektrum analizörleri gürültü oranı veya bant genişliğinin ölçümünde kullanılır. Bant genişliği/ortalama Spektrum analizörleri için belirli bir filtre aralığı vardır.Bu filtre aralığında küçük bant genişlikli frekanslar ölçülür.
Genlik Bir sinyalin maksimum olduğu noktaya genlik denir.Genlik analizi yapan spektrum analizörlerine nabızölçerler örnek verilebilir.
Görünüm / iz Her frekansta maksimum değerleri ölçüp karşılaştıran parametreleri gösterir.
8
1.4.SPEKTRUM ANALİZİ ÇALIŞMA İLKELERİ
Genellikle bir spektrum analizör sinyalinin değişim özellikleri belirli bir frekans aralığındakigüç spektrum değişikliklerini ekranda gösterir.Bileşenlerin birbirleri arasındaki frekansçözünürlüğünün ne kada çabuk sürede çözümlenmesini trade-of ekranı belirler.Dijital bir spektrum analizi ile frekans çözünürlüğü Δν = 1 / T, fouriere dönüştürülmüş dalga ölçümü üzerindeki zamanın tersidir.Analog spektrum analizi ile band geçiş filtresi, band genişliğine bağlıdır.Aynı zamanda band genişliği,frekansın kare kökünden daha küçük olduğunda anlamsız sonuçlar verebilir,bu da alınan zamanda frekans çözünürlüğünün belli artış aralıklarını belirlediği anlamına gelir.Daha geniş bir band geçiş filtresiyle gürültü sinyal oranı geliştirilebilir. Spektrum analizörleri yaygın olarak giriş ve çıkış spektrumunu karşılaştırarak frekansı, gürültüyü ve radyo frekans devrelerini ölçmek içinkullanılır.Telekomünikasyonda spektrum analizörleri,bant genişliğini ve parazit kaynakları belirlemek için kullanılır.
9
1.5 SPEKTRUM ANALİZ ÖRNEĞİ Günümüzde kullanılan spektrum analizörlerden bir örneği inceleyelim. Digital Haberleşmenin tüm alanları için 3 GHz / 8 GHz / 13 GHz / 26 GHz 8 GHz tracking jeneratörü opsiyonu
LIG Nex1 LSA serisi 3, 8, 13 ve 26 GHz spektrum analizörleri, 7 inç büyüklüğünde renkli TFT touchscreen ekranları, standart 30 MHz dahili digitizer ve temel DMA fonksiyonları, mükemmel performans özellikleri, zengin opsiyon çeşitleri ile teknolojinin sunduğu tüm olanakları, rakiplerine oranla uygun fiyatlarla birleştiriyor. Yeni çıkan ISA serisi, DVB, Wimax gibi digital haberleşme sistemlerinde temel digital modülasyon analizleri yapabilir. Yeni ISA spektrum analizörü serisinin 2 değişik modeli bulunuyor:
LIG Nex1 ISA-30 3 GHz spektrum analizörü 1kHz - 3GHz, -145dBm dinamik ortalama gürültü seviyesi (DANL), 3 GHz tracking jeneratörü opsiyonu, Standart 30 MHz I/Q Demodülasyon Bant genişliği, 1Hz RBW, 7 inç renkli TFT touchscreen ekran, USB-2.0, LAN, GPIB, RS-232, yazıcı bağlantısı
LIG Nex1 ISA-80 8 GHz spektrum analizörü 1kHz - 8GHz, -145dBm dinamik ortalama gürültü seviyesi (DANL), 3 veya 8 GHz tracking jeneratörü opsiyonu, Standart 30 MHz I/Q Demodülasyon Bant genişliği, 1Hz RBW, 7 inç renkli TFT touchscreen ekran, USB-2.0, LAN, GPIB, RS-232, yazıcı bağlantısı
10
KAYNAKÇA 1-) Kitap: Prof.Dr.Sefa AKPINAR,Yrd.Doç.Dr.RIFAT YAZICI, Karadeniz Teknik Üniversitesi Basımevi ,TRABZON-1992. 2-) İnternet: www.bilgikaynaginiz.com 3-) İnternet: www.protelturkey.com 4-) İnternet: www.spectrum-analyzer.info 5-) İnternet: www.testrf.com 6-) İnternet: www.dataphysics.com 7-) İnternet: www.multi-instrument.com 8-) İnternet: www.radio-electronics.com 9-) İnternet: www.trendsup.com 10-) İnternet: www.ztecinstruments.com
11