طیف سنج (Spectrum Analayzer) - قسمت دوم

» معماری طیف سنج:

شکل 3 یک بلوک دیاگرام ساده شده از طیف سنج سوپر هترودين است. مشاهده می شود که سیگنال ورودی با عبور از فیلتر پایین گذر (low-pass filter) به میکسر منتقل شده و در انجا با سیگنال اوسيلاتور موضعىlocal oscillator (LO) ترکیب می شود. چون میکسر یک دستگاه غیر خطی خروجی آن فقط شامل سیگنال های اصلی نیست،بلکه میکسر علاوه بر سیگنال های اصلی ، هارمونیک های آنها و همچنین جمع و تفاضل فرکانس های اصلی با هارمونیک ها را نیز تولید می کند(به زبان ساده تر ، میکسر با ترکیب سیگنال اصلی با سیگنال نوسان ساز داخلی تمام هارمونیک های طیف های تشکیل دهنده سیکنال را تولید می کند) .

شکل 3

اما تمام این هارمونیک ها عبور داده نمی شوند، بلکه آن سیگنال های میکس شده که در باند عبوری (passband) فیلتر فرکانس میانی (intermediate-frequency (IF) filter) قرار گیرند عبور می کنند و آنالیزر پروسه های بعد را ادامه می دهد. سپس سیگنال ضرورتا توسط پوش آشکارساز (envelope detector) یکسو شده ، دیجیتال می شود(در اکثر آنالیزر های رایج)، سپس به صفحات عمودی لامپ اشعه کاتدی(cathode-ray tube (CRT) ) اعمال می شود تا تغیر شکل خمشی عمودی (vertical deflection) سیگنال بر روی نمایشگر CRT تولید شود.

مولد پالس شیب دار(ramp generator) پرتو های صفحه نمایش را از چپ به راست منحرف می کند، همچنین پالس شیب LO را تنظیم می کند تا فرکانس آن متناسب با سطح ولتاژ شیب تغیر کند.

اگر با رادیو های AM سوپرهروداین (superheterodyne) آشنا باشید ، متوجه می شوید که تشابه بسیاری بین ان و بلوک دیاگرام شکل 3 وجود دارد.تنها تفاوت انها است این است که خروجی طیف سنج به جای بلندگو،نمایشگر CRT است و نوسان ساز موضعی (local oscillator) به جای اینکه با مجموعه ای از کلید ها و علائم تنظیم شود، به صورت الکتریکی میزان می شود.

از انجایی که خروجی آنالیزر طیف به صورت دو بعدی و بر روی محورهای X-Y نمایش داده می شود ، باید دید که این خروجی چه اطلاعاتی را در اختیار ما قرار می دهد؟

نمایشگر انالیزر طیف با ده محور افقی و هشت یا ده محور عمودر مدرج شده است. محور افقی نشان دهنده فرکانس است که به صورت خطی از چپ به راست افزایش می یابد.

معمولا تنظیمات فرکانس یک پروسه دو مرحله ای است. ابتدا فرکانس را توسط کنترل مرکزی فرکانس بر روی حد وسط مدرجات صفحه قرار می دهیم. سپس توسط کنترل محدوده فرکانسی (Frequency Span control)، رنج فرکانسی(frequency range (span) ) را در سرتاسر هر ده قسمت افقی تنظیم می کنیم. این تنظیمات از هم مستقل هستند،بنابر این اگر فرکانس مرکزی را تغییر دهیم،رنج فرکانسی تغیر نمی کند. در هر دو حالت ،ما می توانیم فرکانس مطلق (absolute frequency) هر سیگنال نمایش داده شده و تفاوت فرکانسی دو سیگنال را تعیین کنیم. محور عمودی نیز نشان دهنده دامنه طیف سیگنال است. تمام آنالیزر ها امکان این انتخاب را دارند که درجه بندی به صورت خطی بر حسب ولت باشد یا درجه بندی به صورت لگاریتمی و بر حسب دی بی(dB) باشد( همچنین در بعضی از انالیزرها امکان درجه بندی خطی برحسب توان نیز وجود دارد). اما مقیاس لگاریتمی به دلیل داشتن رنج قابل استفاده بزرگتر، بسیار بیشتر از مقیاس خطی مورد استفاده قرار می گیرد. مقیاس لگاریتمی ، امکان تفکیک طیف سیگنال هایی با دامنه 70 to 100 dB ( حدود 3100 تا 100000 ولت و 10000000 تا 10000000000 وات ) برای نمایش با هم را دارد. از سوی دیگر مقیاس خطی برای سیگنال هایی با دامنه کمتر از 20 to 30 dB (10 تا 30 ولت ) مناسب هستند.

» فیلتر پایین گذر(Low-pass filter) یا پیش سلکتور (preselector):

فیلتر پایین گذر، از رسیدن سیگنال های فرکانس بالا به میکسر و ترکیب سیگنال های خارج از باند با اسیلاتور داخلی(LO) و تولید پاسخ فرکانسی نامطلوب در فیلتر فرکانس میانی(IF Filter) جلوگیری میکند .

در طیف سنج های ماکروویو ، به جای فیلتر پایین گذر ،"پیش سلکتور" جایگزین شده است که آن هم یک فیلتر قابل تنظیم است که تمام فرکانس ها به جز آنهایی که می خواهیم ببینیم را رد می کند.

منابع :

http://www.metrictest.com/resource_center/pdfs/agl_spec_analyzer_ba sics.pdf

http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5952-0292.pdf