Современный радиоэфир наполнен большим количеством сложных телекоммуникационных сигналов различных стандартов. Инженеру, решающему прикладные задачи приёма/передачи сигналов, необходимо иметь сложный комплекс измерительного оборудования для их мониторинга и анализа в режиме реального времени. Очень часто, отсутствует возможность свободного размещения и электропитания большого количества специализированного оборудования – анализаторов спектра, векторного анализатора, анализатора цепей, анализатора ЭМС. В этом случае, универсальность использования измерительного прибора выходит на первый план как в части экономии свободного пространства на рабочем месте, так и в части материальных затрат на приобретение.
Одним из ведущих поставщиков анализаторов спектра на российский рынок сегодня является компания RIGOL, которая имеет более чем 25-летний опыт в разработке и производстве радиоизмерительного оборудования: осциллографов, генераторов радиочастотных сигналов, генераторов сигналов произвольной формы, анализаторов спектра, источников питания постоянного тока, мультиметров, электронных нагрузок постоянного тока, систем коммутации и сбора данных. Продукция RIGOL поставляется в большинство развитых стран мира. Высокое качество поставляемой продукции, трехлетние сроки гарантии на измерительные приборы, снискали всеобщий интерес и уважение российских потребителей.
Одним из направлений развития RIGOL является разработка и производство анализаторов спектра на высоком технологическом уровне, не уступающим ведущим мировым брендам. Для этого была разработана собственная технологическая платформа Ultra Real, базирующаяся на чипсете и программном обеспечении собственной разработки, позволяющая осуществлять анализ спектра сигналов в режиме реального времени (Real-Time Spectrum Analyzer - RTSA) с гарантированным захватом сигнала без потери информации (рис. 1), при этом классический режим скалярных измерений спектра GPSA (General Purpose Spectrum Analyzer) поддерживается во всех анализаторах спектра RIGOL.
Рис. 1 Алгоритм работы анализатора спектра в режиме RTSA
Основные характеристики в режиме RTSA сведены в таблицу 1.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Минимальная длительность гарантированного захвата сигнала | 7,45 мкс |
| Полоса анализа в реальном времени |
10 МГц (RSA3000), 25 МГц (в базовой комплектации для RSA5000, опция для RSA3000), 40 МГц (опция для RSA5000 и RSA3000) |
| Виды окон | Гаусовское, с плоской вершиной, Блэкмана-Харриса, прямоугольное, Хэннинга, Кайзера. |
| Типы детекторов | Положительный пиковый, отрицательный пиковый, среднего значения, выборок |
| Скорость БПФ | 146484/с |
| Максимальная частота дискретизации | 51,2 Мвыб/с |
| Количество маркеров | 8 |
| Разрешение по амплитуде | 0,01 дБ |
| Количество точек по частоте | 801 |
| Неравномерность по амплитуде | ± 0,5 дБ |
| Динамический диапазон свободный от гармоник (SFDR) |
<- 50дБн (RSA3000) <- 60дБн (RSA5000) |
| Длительность послесвечения | 32 мс ~ 10 с |
| Максимальное количество спектрограмм | 8192 |
| Минимальное время захвата в режиме нулевой полосы обзора (PvT) | 187,9 мкс |
| Максимальное время захвата в режиме нулевой полосы обзора (PvT) | 40 с |
| Источник синхронизации | Произвольный, внешний 1, внешний 2, по мощности, по частотной маске (FMT) |
| Отображение результатов измерения | Спектрограмма, плотность потока мощности, нормальное, мощность от времени (PvT) |
В настоящее время доступны две серии анализаторов спектра, построенные на платформе Ultra Real – RSA5000/-TG/N и RSA3000/-TG/N. Модели без суффикса оснащены только радиочастотным входом, модели с суффиксом –TG – следящим (трекинг) генератором, модели с суффиксом N – имеют аппаратно-программную возможность для проведения измерений в режиме анализатора цепей.
Основные характеристики встроенных трекинг-генераторов моделей RSA3000-TG/N, RSA5000-TG/N: диапазон рабочих частот – от 100 кГц до верхней рабочей частоты анализатора спектра (например, для RSA5065N – 6,5 ГГц), регулируемый выходной уровень – от – 40 дБм до 0 дБм, разрешение выходного уровня – 1 дБ, неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне ±3 дБ (относительно 50 МГц).
Подключаемый программным способом предусилитель (опции RSA5000/3000–PA) позволяет улучшить значения среднего уровня собственных (отображаемых) шумов до в среднем на 20 дБ в диапазоне от 100 кГц до верхней рабочей частоты, что способствует расширению динамического диапазона.
Серия RSA5000/-TG/N является старшей, по отношению к RSA3000/-TG/N и превосходит последнюю по некоторым характеристикам и возможностям. Основные технические характеристики анализаторов RTSA RIGOL сведены в табл. 2.
Таблица №2.| Модели | RSA3015/RSA3030/RSA3045 | RSA5032/RSA5065 |
|---|---|---|
| Вид анализа | Свипирующий (GPSA) + реального времени (RTSA) | |
| Диапазон рабочих частот |
9 кГц~1,5 ГГц (RSA3015) 9 кГц~3,0 ГГц (RSA3030) 9 кГц~4,5 ГГц (RSA3030) |
9 кГц~3,2 ГГц (RSA5032) 9 кГц~6,5 ГГц (RSA5065) |
|
Средний уровень собственных отображаемых шумов (DANL) с включённым предусилителем |
<-161 дБм (тип) | <-165 дБм (тип) |
|
Фазовый шум при отстройке 10 кГц на частоте500 МГц |
<-102 дБн/Гц (тип) | <-108 дБн/Гц (тип) |
| Точность измерения уровня | <1 дБ | <0,8 дБ |
| КСВН в рабочей полосе частот | < 1,8 | < 1,8 |
| Полоса ПЧ (RBW) |
1 Гц ~ 3 МГц 1 Гц ~ 10 МГц (опция) |
1 Гц ~ 10 МГц |
| Точка пересечения интермодуляции 3-го порядка TOI | + 10 дБм | +11 дБм |
| Трекинг-генератор |
100 кГц ~ 1,5 ГГц (RSA3015N) 100 кГц ~ 3,0 ГГц (RSA3030-TG/N) 100 кГц ~ 4,5 ГГц (RSA3045-TG/N) |
100 кГц ~ 3,2 ГГц (RSA5032-TG/N) 100 кГц ~ 6,5 ГГц (RSA5065-TG/N) |
| Измерение S11 и S21 (анализ цепей) |
100 кГц ~ 1,5 ГГц (RSA3015N) 100 кГц ~ 3,0 ГГц (RSA3030N) 100 кГц ~ 4,5 ГГц (RSA3045N) |
10 МГц ~ 3,2 ГГц (RSA5032N) 10 МГц ~ 6,5 ГГц (RSA5065N) |
|
Полоса захвата (реальное время) |
10 МГц 25 МГц (опция) 40 МГц (опция) |
25 МГц 40 МГц (опция) |
| Частота опорного генератора | 10 Мгц | |
|
Точность установки частоты: - после калибровки - температурная стабильность - старение за 1 год |
< 1 ppm (0,1 ppm – опция OCXO-C08) < 0,5 ppm (0,005 ppm – опция OCXO-C08) < 1 ppm (0,03 ppm – опция OCXO-C08) |
|
| Коммуникационные интерфейсы | USB, LAN, HDMI | |
| Дисплей | 10,1” сенсорный, цветного изображения (1024 х 600) | |
| ГОСРЕЕСТР средств измерений | не внесены (на февраль 2024 г.) | внесены |
Опционные программные приложения значительно расширяют функциональные возможности анализаторов спектра реального времени RIGOL.
Программная опция RSA5000/3000-EMI (рис.2) представляет собой комплексное решение для оценки предварительного соответствия уровня и диапазона излучаемых устройством электромагнитных помех требованиям международных и национальных регулирующих органов. При активации опции становятся доступными фильтры CISPR (Международной электротехнической комиссии) c полосами пропускания по уровню – 6 дБ со следующими полосами частот 200 Гц, 9 кГц, 120 кГц, 1 МГц, а также следующие типы детекторов – положительных, отрицательных пиков среднего значения, квазипиковый, CISPR среднее значение, среднеквадратического значения.
Рис.2 Скриншот экрана анализатора спектра в режиме EMI
Характерными особенностями при работе в режиме RSA5000/3000-EMI являются:
- одновременное автоматическое сканирование нескольких частотных сегментов
- возможность использования линейной или логарифмическая шкалы
- автоматический поиск пиков/пределов
- проведение маркерных измерений
- настройка, сохранение и загрузка пользовательских предельных линий
- отображение на экране до трех трасс с различными типами детекторов
- измерения в режиме реального времени с тремя типами детекторов на маркере или сигнале
- поправочные коэффициенты для антенн, эквивалентов сетей LISN, кабелей и предусилителей
- встроенная таблица сканирования с независимыми настройками для каждого диапазона
- формирование журнала частот
- генерация отчетов в табличной форме с возможностью сохранения скриншотов
Программная опция RSA5000-VSA векторного анализа (рис.3) позволяет демодулировать сложные сигналы (QAM, PSK, MSK, ASK, FSK и другие) и проводить их комплексный анализ.
Рис.3 Скриншот экрана анализатора RSA5000 в режиме VSA
Характерными особенностями при работе в режиме RSA5000-VSA являются:
- возможность демодулирования и анализа квадратурных сигналов со следующими с видами цифровых модуляций – QAM, QPSK, ASK, FSK, PSK;
- проверка сигналов на соответствие требования стандартов – GSM, NADC, WCDMA, PDC, PHP (PHS), Bluetooth, WLAN (802.11b), ZigBee, TETRA, APCO-25, DECT;
- построение констеляционных диаграмм, отображение спектра сигнала в реальном времени, формирования списка ошибок и др.;
- маркерные измерения;
- запуск по частотной маске;
- проверка битовых последовательностей, измерение битовых ошибок (BER).
- Основные параметры в режиме RSA5000-VSA сведены в таблицу 3.
- Таблица №3.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| порядок передискретизации | 4, 8, 16 |
| Символьная скорость |
зависит от порядка передискретизации = скорость дискретизации/порядок передискретизации, ≥ 1кГц |
| Полезная полоса пропускания I/Q |
Символьная скорость х порядок передискретизации / 1,28 |
| Режим запуска | Произвольный, внешний1, внешний2, по мощности (времени), по маске (FMT) |
| Длина захвата | |
| порядок передискретизации=4 | максимум 4096 точек |
| порядок передискретизации=8 | максимум 2048 точек |
| порядок передискретизации=16 | максимум 1024 точек |
| Скорость дискретизации | |
| Максимальная скорость дискретизации |
32 МГц 51,2 МГц (опция RSA5000-B40) |
| Виды поддерживаемой модуляции | |
| FSK | 2FSK, 4FSK, 8FSK |
| MSK | GMSK |
| PSK | BPSK, QPSK, OQPSK, DQPSK, π/4-DQPSK, 8PSK, D8PSK, π/8-D8PSK |
| QAM | 16QAM, 32QAM, 64QAM |
| ASK | 2ASK, 4ASK |
| Тип фильтра | |
| Типы фильтров для измерений | Без фильтра, Гаусовский, прямоугольный, с приподнятым косинусом (RRC), определяемый пользователем |
| Предустановленные стандарты | |
| Сотовой связи | GSM, NADC, WCDMA, PDC, PHP (PHS) |
| Беспроводной передачи данных | Bluetooth, WLAN (802.11b), ZigBee |
| Цифровая радиосвязь и передача данных | TETRA, DECT, APCO-25 |
| Условия измерения | |
| Технические характеристики действительны при следующих условиях |
температура от +20°С до +30°С уровень сигнала ≥ –25 дБм правильно настроенный опорный уровень смещение между центральной частотой устройства и центральной частотой сигнала менее 5 % от скорости передачи символов Случайная последовательность данных Порядок передискретизации - 4. |
| Остаточная ошибка для QPSK | |
| Тестовый сигнал |
Опорный фильтр — RRC с коэффициентом спада 0,22 Измерительный фильтр — RRC с коэффициентом спада 0,22 Результирующая длина - 150 символов Центральная частота - 1 ГГц |
| Остаточная EVM (СКЗ) | |
|
Символьная скорость 100 кГц 1 МГц |
< 1,5% (ном.) < 2% (ном.) |
| Остаточная ошибка для FSK | |
| Тестовый сигнал |
Опорным фильтром - RRC с коэффициентом спада 0,22. Измерительный фильтр - RRC с коэффициентом спада 0,22. Эталонное отклонение FSK - четверть скорости передачи символов. Результирующая длина - 150 символов. Центральная частота - 1 ГГц. |
| Остаточная ошибка частоты (СКЗ) | |
|
Символьная скорость 100 кГц 1 МГц |
< 2,0% (ном.) < 2,5% (ном.) |
Анализаторы спектра RIGOL RSA5000N/3000N работают в режиме двухпортового анализатора цепей, оснащены встроенным КСВН-мостом и программным обеспечением для проведения однонаправленных комплексных измерений S-параметров - S11 и S21, а также измерений расстояния до места повреждения/неоднородности. Доступны следующие виды измерений - группового времени задержки, построение диаграмм Вольперта-Смита, измерения КСВН, обратные потери, задержка фазы, вносимые потери, групповое время задержки.
Рис.4 Скриншот экрана анализатора спектра в режиме VNA
Основные параметры в режиме RSA5000-VNA сведены в таблицу 4.
Таблица №4.
| Рабочий частотный диапазон |
RSA3015N 100 кГц~1,5 ГГц |
RSA3030N 100 кГц~3,0 ГГц |
RSA3045N 100 кГц~4,5 ГГц |
RSA5032N 10 МГц~3,2 ГГц |
RSA5065N 10 МГц~3,2 ГГц |
|---|---|---|---|---|---|
| Виды измерений | Коэффициент отражения (S11), коэффициент передачи (S21), расстояние до неоднородности (Distance-to-fault) | ||||
| Измеряемый диапазон | 1 кГц~10 МГц (с шагом 1-3-10) | ||||
| Количество точек | 101~10001 (201 по умолчанию) | ||||
| Тип трассы | mem, math, clear write, average, max hold, min hold | ||||
| Количество маркеров | 8 | ||||
| Калибровочный набор мер (CK106A, CK106E) | Холостой ход (ХХ, OPEN), короткое замыкание (КЗ, SHORT), согласованная нагрузка (СН, LOAD), переход (THROUGH) | ||||
| Измерение параметра S21 | |||||
| Выходная мощность | - 10 дБм (ном) | ||||
| Измеряемые величины и формат вывода данных | Lin Mag, Log Mag, Phase, Group Delay | ||||
| Диапазон изменения амплитуд | - 500 G ~ 500 G | ||||
| Разрешение |
Логарифм.: 100f Линейный: 1a |
||||
| Динамический диапазон |
80 дБ (ном) S21, RBW=10 кГц, Port1 уровень=0 дБм, Log Mag, Average=50 |
||||
| Измерение параметра S11 | |||||
| Выходная мощность | - 10 дБм (ном) | ||||
| Формат вывода данных |
Lin Mag, Log Mag, Phase, Group Delay, SWR, Smith Chart (Lin/Phase, Log/Phase, Real/Imag, R+j*X, G+j*B), Polar Chart (Lin/Phase, Log/Phase, Real/Imag) |
||||
| Диапазон изменения амплитуд | - 500 G ~ 500 G | ||||
| Разрешение |
Логарифм.: 100f Линейный: 1a |
||||
| Диапазон КСВН | - 500 G ~ 500 G | ||||
| Исправленная направленность (CK106A) |
S11, Log Mag, Average=50 > 40 дБ |
||||
| Расстояние до неоднородности | |||||
| Выходная мощность | 0 дБм (ном) | ||||
| Формат вывода данных | Lin Mag, Log Mag, SWR | ||||
| Максимальная измеряемое расстояние, м | 8,0х1010 x Velocity Factor/Span | ||||
| Разрешение измерения расстояния до неоднородности, м | 1,5x108 x Velocity Factor/Span | ||||
| Тип окна | Гаусовское, плоское, прямоугольное, Хэннинга, Хэмминга | ||||
| Коэффициент укорочения (Velocity Factor) | 0,1~1 | ||||
Программная опция RSA5000/3000-AMK активирует в анализаторах спектра RIGOL возможности проведения следующих измерений:
- уровня сигнала во временной области/ZERO SPAN (T-Power: Time domain Power);
- мощности в основном и соседних каналах (ACP: Adjacent Channel Power;
- мощности в нескольких каналах (Multichan Pwr);
- занимаемой полосы частот (OBW: Occupied Bandwith);
- ширины полосы передачи (EBW: Emission Bandwith);
- отношения несущая сигнала/шум (C/N Ratio);
- гармонических искажений (Harm Dist: Harmonic Distortion);
- интермодуляционных искажений третьего порядка (TOI: Third Order Intermodulation).
Рис.5 Скриншот экрана анализатора спектра в режиме AMK
Рассмотренные выше универсальные возможности анализаторов спектра реального спектра RIGOL делают эти приборы востребованными потребителями при использовании в научной, учебной и производственной деятельности. Функциональные возможности анализаторов спектра постоянно расширяются. Подробную техническую информацию о характеристиках анализаторов спектра реального времени RIGOL и о новых продуктах, можно получить на сайте https://rigol-shop.ru/. Купленные измерительные приборы сопровождаются гарантийным и постгарантийным обслуживанием, при необходимости возможно проведение первичной и периодической поверки на изделия, внесенные в ГОСРЕЕСТР СИ.
СМ. ОРИГИНАЛ СТАТЬИ В ЖУРНАЛЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ 2/2024>>
Источники, использованные при написании статьи:
- RIGOL Data Sheet RSA5000 Series Real-time Spectrum Analyzer DSD07100-2021-11;
- RIGOL Data Sheet RSA3000 Series Real-time Spectrum Analyzer DSD06100-2020-07;
- RIGOL User’s Guide Vector Signal Analysis Measurement Application Applicable to RSA5000-VSA Publication Number UGD22101-1110;
- RIGOL User’s Guide Vector Network Analyzer Applicable to RSA5000N/RSA3000N Publication Number UGD24100-1110.