Глава 3. Анализатор спектра

Другую группу измерительных приборов, используемых для выявления каналов утечки информации, представляют анализаторы спектра (АС), рабочий диапазон которых достигает десятков гигагерц. Основное достоинство АС заключается в возможности наблюдать изменения панорамы радиосигналов выбранного частотного диапазона, регистрировать время появления и основные параметры.

Анализатор спектра — прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот.

Рис. 3. Анализатор спектра

Назначение анализатора спектра – наблюдение и измерение распределения энергии электрических или электромагнитных колебаний в полосе частот. Сигнал, как известно, может быть представлен в двух видах – временном и частотном. Чтобы оценить какое-то электрическое явление и его изменения во времени, мы используем осциллограф. При этом, каждое такое явление состоит из волн, которые имеют свои фазы, амплитуды и т.д. «Увидеть» сигнал в частотном представлении и помогает анализатор спектра.

Зачем это нужно?

Существует множество областей науки и производства, где анализатор спектра успешно применяется. Например, беспроводные технологии связи (Wi-Fi, Bluetooth) или радиовещание. Каждая служба, каждый передатчик или источник сигнала должен работать на своей, строго закрепленной за ним частоте. «Коридоры» при этом бывают настолько узкими, что сигнал неизбежно наслаивается один на другой. Различные устройства создают помехи друг для друга. Спектральный анализ позволяет увидеть границы своей частоты, и все, что к ней не относится. Соответственно, «лишний» сигнал или помехи можно подавить: «срезать» или просто приглушить.

Основные принципы работы:

Сигнал поступает непосредственно на вход анализатора спектра. Он также может поступать через специальный кабель или улавливаться приемной антенной. Далее этот сигнал обрабатывается, и информация о нем выводится на дисплей в виде частотного спектра.

Обычно используется дисплей с калиброванной сеткой. Вертикальная шкала показывает амплитуду каждого компонента, горизонтальная – полосу частот. Современные устройства позволяют сохранять спектрограмму сигнала во встроенной памяти.

По принципу работы анализаторы спектра разделяют на:

⇒ Анализаторы спектра последовательного типа

Данные анализаторы спектра работают на базе автоматически перестраиваемых супергетеродинов. Это такой тип радиоприемников, которые преобразуют поступающий сигнал в сигнал фиксированной промежуточной частоты, в дальнейшем усиливая ее. Анализатор спектра осуществляет сканирование частотной полосы с последующей оцифровкой данных. При этом компоненты спектра выделяются и анализируются поочередно (последовательно). Такие анализаторы являются более простыми в аппаратном отношении, однако, менее эффективными. Они подходят только для анализа периодических сигналов. К их преимуществам можно отнести более широкое измерение частотного диапазона.

⇒ Анализаторы спектра параллельного типа

Данные устройства выполняют анализ, генерируя эквивалент сигнала и вычисляя спектр на основе алгоритмов быстрого преобразования Фурье. Такие анализаторы имеют набор резонаторов, настроенных на определенную частоту. Анализаторы спектра параллельного типа отличаются оперативной и эффективной работой и способны анализировать импульсные и однократные сигналы. Их недостатком является сложность с точки зрения аппаратного обеспечения.

Классификация:
Анализаторы спектра различаются по частотным диапазонам:
• широкополосные радиочастотные;
• оптического диапазона;
• низкочастотные.

Также существует классификация по характеру анализа. Она представлена скалярными анализаторами, которые дают информацию только об амплитудах гармонических компонентов спектра, и векторными анализаторами, которые дают информацию о фазовых соотношениях.

Основные характеристики:

Анализаторы спектра имеют следующие характеристики:

– Частотный диапазон. Эта характеристика задает диапазон, в границах которого выполняется анализ спектра сигнала. Диапазон частот может иметь поддиапазоны.
– Уровень собственных шумов. Задается порог, ниже которого прибор не воспринимает шумы и сигналы.
– Разрешающая способность. Эта характеристика представляет собой минимальный интервал частот, при котором соседние компоненты спектра могут быть выделены и измерены.
– Время анализа. Указывает на время, за которое можно произвести анализ сигнала в определенном частотном диапазоне.
– Погрешность по частоте. Указывает на точность, с которой может быть определен интервал частот между компонентами спектра.
– Погрешность по амплитуде. Указывает на точность, с которой определяется амплитуда в зависимости от инструментария анализатора.

Современные анализаторы спектра предназначаются не толь­ко для исследования спектра периодических сигналов произволь­ной модуляции и формы, спектра стационарных шумов, но и ча­стотных характеристик 4-полюсников, селективного измерения ча­стоты, а также уровней периодических сигналов. Они имеют широкую полосу об­зора за счет использования панорамных перестраиваемых гетеродинов. За счет повышения преселекции и линейности тракта имеют большой динамический диапазон. СВЧ-анализаторы имеют встро­енный преселектор, выполненный на магнитоакустических фильт­рах на основе монокристалла железо-иттриевого граната (ЖИГ-фильтрах), подавляющий сигналы каналов побочного приема.