تحلیل گر طیف: (اسپکتروم آنالایزر یا طیف سنج) چیست؟

امروزه با گسترش فناوری های ارتباطی و افزایش سرعت و ظرفیت توامان، شاهد پررنگ تر شدن مفهوم سیگنالهای الکتریکی هستیم.سیگنال الکتریکی که سالیان زیادی از زمانی که به عنوان مفهومی انتزاعی تعریف شد، گذشته است، اکنون نقش اصلی را در پیشرفت های مخابراتی دارد به طوریکه دانشمندان با تمرکز بر روی مشخصات هر سیگنال، سعی در بهبود سرعت و افزایش راندمان سیستم های عموماً مخابراتی دارند. هر پیامی که بصورت الکترونیکی از موقعیتی به موقعیت دیگر ارسال می کنیم درواقع سیگنالی الکتریکی را فعال کرده ایم تا با رفتار خاصِ خود سرعت و ظرفیت مورد نظر ما را نسبت به زمان ارائه دهد. سیگنال های الکتریکی در بستر فرکانسی خود طبقه بندی و جاری می گردند (طیف فرکانس) درست مانند یکصد هزار پروازی که هواپیماهای مختلف در آسمان کره زمین دارند بدون آن که مسیرشان با هم تداخل کند و قادرند تا با سرعت های مختلف کاربردهایی اعم از تفریحی، حمل و نقل عمومی و نیز نظامی را عرضه کنند. ازین رو شناخت مشخصه های رفتاری هر سیگنال، اندازه گیری و تحلیل آن ها برای مقوله هایی همچون نظارتی و یا آزمایشگاهی یک ضرورت مهم است.

اندازه گیری و تحلیل سیگنال

وقتی صحبت از تجهیزات اندازه گیری سیگنال های الکتریکی می شود، دو نوع مفهوم کلی مطرح می گردد. گیرندگی و آنالیز. گیرندگی در واقع همان باند های فرود برای هواپیماها هستند که صحبتش را کردم. یعنی وقتی صحبت از بهره وری و آشکارسازی یک سیگنال به منظور دریافت پیغام باشد به سراغ تجهیزات گیرنده، که در اینجا با فرستنده هم سطح است، می رویم. این تجهیزات قواعد مربوط به خود را دارند و مستقل از رفتار مشخصه های سیگنال عمل می کنند یعنی توان کم یا زیاد سیگنال، اعوجاج های آن یا هارمونیکی که در باند مجاور فعال کرده است برایش مهم نیست و رسالت آن تنها ارسال و دریافت پیغام است. اما ما در اینجا به دسته دوم از تجهیزات با نام تحلیلگر یا آنالایزرها خواهیم پرداخت که نقش مهمی در اندازه گیری های مربوط به هر سیگنال دارند.

اسپکتروم آنالایزر (Spectrum Analyzer) یا طیف سنج یا تحلیلگر طیف تجهیزی ست که به منظور اندازه گیری و تحلیل مشخصه های یک سیگنال اعم از توان، پهنای باند، اعوجاج، هارمونیک ها و… از طریق اندازه گیری و نمایش توان سیگنال در هر لحظه بر حسب فرکانس آن، استفاده می شود. بدین صورت که هر سیگنال ورودی که چه از طریق آنتن دریافت گردد یا با کابل به ورودی دستگاه اعمال شود، فارغ از آن که ماهیت سیگنال و پیام آن چیست، ابتدا به حوزه فرکانس می رود و سپس طیف آن توسط نمایشگر به نمایش در می آید تا کاربر بتواند محاسبات لازم را، که در اغلب آن ها خود دستگاه از طریق استاندارد های تعریف شده به کاربر کمک می کند، انجام دهد. برخی از اسپکتروم آنالایزر ها این محاسبات را بر اساس زمان نیز انجام می دهند که ازین بابت عملکردی مشابه با اسیلوسکوپ ها را دارند.

ساختمان داخلی

سیگنال پس از گذر از یک تضعیف کننده و فیلتر وارد اولین بلوک اساسی سیستم یعنی میکسر می شود. اینجاست که فرکانس ورودی به فرکانس دلخواه منتقل می شود و پس از تقویت، وارد فیلتر آی اف می شود. این فیلتر همان جاییست که قرار است بخشی از طیف جهت نمونه برداری و نمایش انتخاب شود. هرچه این فیلتر بزرگتر انتخاب شود، سرعت بیشتر، اما دقت خصوصا در طیف هایی که پر از فرکانس های مختلف و فعال است به شدت کاهش می یابد چون دستگاه بطور همزمان به فرکانس های بیشتری با مجموع توان بالاتر باید نگاه کند اما در آی اف کوچکتر این کاهش دقت وجود ندارد در عوض سرعت نمایش و محاسبات بخاطر اینکه طیف فرکانسی به بخش های ریز تری تقسیم شده است، کاهش می یابد. خروجی فیلتر پس از عبور از عنصر لگاریتمی، وارد بخش آشکارسازی می شود. این بلوک عمدتا از نوع آشکار ساز پوش است تا بتواند سطوح مختلف توان سیگنال را بصورت رقمی برای نمایش آماده سازد و قابلیت آشکارسازی در حضور نویز یا در حالت های مختلف نمایش کمینه، بیشینه، میانگین و… را دارد. در نهایت خروجیِ دیجیتال در صفحه نمایش بصورت نموداری که محور عمودی آن توان لگاریتیمی و محور افقی آن فرکانس است نمایش داده می شود. با جابجایی فیلتر ویدئو که درست قبل از بلوک نمایش قرار دارد می توانیم بازه های دلخواه از طیف فرکانس را مشاهده کنیم.

مشخصه های اساسی دستگاه

بازه فرکانس کاری: یکی از مهم ترین مشخصه های دستگاه های آنالیز سیگنال بازه فرکانس کاری آن هاست. به این معنا که در چه فرکانس هایی کار می کنند یا حداکثر چه بازه ای از طیف سیگنال را می توانند نمایش دهند. بازه کاری دستگاه بستگی مستقیم به اسیلاتور محلی داخلی دارد بطوریکه با طراحی مناسب آن می توان فرکانس های بیشتری را توسط دستگاه پوشش داد.

دقت اندازه گیری: این مفهوم که هم برای فرکانس و هم برای توان سیگنال تعریف می شود به مجموعه ای از خطا ها و نویز ها گفته می شود که توسط عناصر داخلی دستگاه تولید شده و باعث می شود مقادیر اندازه گیری شده از ایده آل فاصله بگیرد. هرچه طراحی عناصری مانند اسیلاتور محلی و فیلتر ها دقیق تر باشد و مجموعه اقدامات برای کاهش نویز و کاهش آثار بارگذاری به خوبی انجام شود، شاهد افزایش دقت در اندازه گیری ها هستیم.

تفکیک پذیری: معیاری برای تنظیم دقت نمایش و تفکیک سیگنال هاست. کاربر با تنظیم آن به پهنای باند تفکیک پذیری مناسب از طریق کم یا زیاد کردن پهنای باند فیلتری که در بلوک آی اف قرار دارد، دست می یابد. هرچه پهنای باند تفکیک پذیری بیشتر شود، دو سیگنالی که چسبیده به هم هستند (فرکانس نزدیک به هم دارند) بیشتر به یک سیگنال واحد نزدیک می شود و بعبارتی از دقت کم می شود. این در حالیست که سرعت محاسبات و نمایش بالا می رود. در شکل زیر نمودار آبی پهنای باند تفکیک پذیری کمتری دارد.

کاربردها

همانطور که پیش تر نیز اشاره شد دستگاه های اندازه گیری و تحلیل سیگنال کمک شایانی به شناخت طیف و مطالعه و تحقیق روی رفتار سیگنال دارند. بنابراین یک دستگاه اسپکتروم آنالایزر بدون شک جزء جدایی ناپذیر دانشگاه ها، موسسات تحقیقاتی، شرکت های دانش بنیان، شرکت های ارائه خدمات ارتباطات سیار و نیز مراکز رگولاتوری و کنترل فرکانس کشور هاست. همچنین از تجهیزات تحلیل سیگنال در کاربرد های نوری، صوت شناسی، طیف نگاری و شنود، پایش طیف و کاربرد های نظامی استفاده های فراوانی می شود. شرکت های مختلف سازنده معمولا این تجهیزات را در ابعاد دستی و نیمه متمرکز با بازه های کاری متنوعی که برای این محصولات بازه قیمتی بالایی نیز به وجود می آورد، تولید می کنند. هر کدام ازین محصولات با امکانات متنوعی از جمله گستره وسیعی از انواع پورت های ورودی برای سیگنال های مختلف، پورت های ارتباطی و شبکه، پورت های یو اس بی و همراه با سیستم عامل های بهینه شده برای کار با دستگاه عرضه می شود تا پاسخگوی نیاز دانشمندان، محققان و دانشجویان باشد.

تحلیل گر طیف از تجهیزات اساسی در صنایع الکترونیک و  مخابرات جهت تحلیل و بررسی سیگنال های با فرکانس بالاست. ازین جهت تهیه محصولات با کیفیت و مطمئن با قیمت مناسب همواره چالش اساسی سازمان­ها و ارگان­ها، دانشگاه ها و موسسات آموزشی و پژوهشی بوده است. شرکت هامون طیف ارتباط که کار خود را از سال 1385 در زمینه تجهیزات اندازه گیری الکترونیک و مخابرات شروع کرده و با همکاری موثر با دانشگاه های برتر کشور به فعالیت خود ادامه می دهد، انواع تحلیل گر طیف، تحلیل گر شبکه، اسیلوسکوپ و سیگنال ژنراتور های متعددی را با کاربری های مختلف که عموما برای دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی و یا سازمان­ها و ارگان­های خاص مناسب است از معتبرترین برندهای بین المللی مانند Keysight (Agilent) و Rohde & Schwarz و … وارد کرده و اقدام به تامین نیاز مشتری از طریق مشاوره های حضوری و غیر حضوری با کارشناسان متخصص و خدمات پس از فروش مطمئن کرده است.