Применение анализаторов спектра реального времени RIGOL RSA5000, RSA3000

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.

Таблица №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:

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:

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.)

Опция VSA для бюджетного семейства RSA3000 не предусмотрена.

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: