Spektrum Analizi Nedir?

Spektrum Analizi Nedir?

 

Spektrum analizi kavramı biraz ürkütücü geliyor olabilir. Basit genlik ve frekans ölçümlerinden karmaşık, uygulamaya özel ölçümlere kadar, ele alınması ve anlaşılması gereken pek çok konu var. Bu blog yazımızda, analizleri daha iyi anlayabilmek için spektrum analizörlerinin temellerini inceleyelim.

Başlangıç olarak, en temel düzeyde bir spektrum analizörü, sinüs dalgasının RMS (root mean square) değerini görüntülemek için kalibre edilmiş bir frekans seçici, tepe tepkili voltmetre olarak çalışmaktadır.  Güç metrelerle karıştırılmaması gereken modern spektrum analizörü, dijital sinyal işlemeler gibi ek özelliklerle sinyalin detaylı analizini gerçekleştirir.

Spektrum Analizör Çeşitleri

Spektrum analizörleriyle başlangıçta sadece genlik ölçülebiliyordu. Süpürmeli tarama ve süper heterodin analizörleri haberleşme endüstrisi ile birlikte zaman içinde gelişti. Faz ölçümlerine de ihtiyaç duyulunca sinyal analizörleri daha temel muadillerinin yerini aldı. Spektrum analizörler, giriş sinyalinin frekansına karşı büyüklüğünü ölçer. Vektör sinyal analizörleri ise giriş sinyalinin büyüklüğünü ve fazını tek bir frekansta ölçer. Bugünün sinyal analizörleri, eski spektrum analizörlerinde bulunan analog, vektör ve FFT (hızlı Fourier dönüşümü) gibi ölçümleri bir arada sunar. Bu yeni, yüksek işlevli masaüstü sinyal analizörlerinin yanı sıra, Keysight’ın saha tipi FieldFox ve modüler spektrum analizörleri gibi daha kompakt çözümleri de ortaya çıkmıştır. Sinyal analizörü ve spektrum analizörü terimleri birbirinin yerine kullanılamazken, genellikle aynı ölçümleri ve kavramları ifade ederler. Birçok kişi sinyal analizörlerini “spektrum analizörü” diye ifade eder.

Frekans Alanı vs. Zaman Alanı

Peki sinyal analizörüyle karmaşık sinyalleri ölçüp, test edilen cihazın işlevselliğini anlıyorsak osiloskop ile arasındaki fark nedir? Osiloskop, zaman alanında volt/sn biriminde ölçümler yapar. Bir elektrik olayının anlık değerini zamanın bir fonksiyonu olarak görmemizi sağlar.

Fourier dönüşümünü kullanarak, zaman alanından frekans alanına geçebiliriz. Fourier teorisi bize herhangi bir zaman alanı sinyalinin uygun frekans, genlik ve faza sahip bir veya daha fazla sinüs dalgasından oluştuğunu söyler. Frekans alanı, sinyaller hakkında her frekansta mevcut olan enerji miktarı gibi yeni bilgileri bize gösterir. Frekans alanını kullanmak, tek tek sinüzoidal dalgaları veya spektral bileşenleri görüntülemenize ve bunların genel yanıtınıza nasıl katkıda bulunduğunu görmenize yardımcı olur.

Neden Frekans Alanında Ölçüm Yapmalıyım?

Zaman alanındaki karmaşık bir sinyal, frekans alanındakinden çok farklı görünür. Şekil 1'de görüldüğü gibi, zaman alanı ölçümünde karışık bir sinüs dalgası bulunmaktadır. Frekans alanında ölçüm yapmadan ikinci harmoniğin kaynağı ve frekansı bilinmemektedir. Spektrum analizi spektral bileşenleri göstererek girişimin kaynaklarını ortaya çıkarır. Zaman alanı darbe yükselme ve düşme süreleri gibi sinyal hakkında yararlı bilgiler sağlarken frekans alanı bant dışı emisyonlar ve bozulma gibi bir sinyalin harmonik içeriğini görmemize izin verir.

Şekil 1: Karmaşık bir zaman alanı sinyalini oluşturan farklı frekans bileşenleri

Sinyal Analizörü Uygulamaları

Artık sinyal analizörleri neden kullandığımızı bildiğimize göre, nerede kullanıldıklarına bakalım.

Spektrum analizi birçok farklı mühendislik uygulamalarında kullanılabilir. Örneğin, mühendisler aynı frekanslardaki sistemler arasında girişimi önlemek için hücresel radyo sistemlerinin taşıyıcı sinyalinin harmoniklerini kontrol etmelidir. Bir taşıyıcı üzerine modüle edilen mesaj sinyalinin bozulmasını ölçmek için, Şekil 2'de gösterilen spektrum analizi gereklidir. Karmaşık bir sinyalin iki tonu birbirini modüle ettiğinde özellikle sorunlu bir üçüncü derece intermodülasyon meydana gelir. Bu olayın bozulma bileşenleri ilgilenilen bant içine girebilir, bu sebeple basit bir filtre ile bunları kolayca ortadan kaldıramazsınız.

Şekil 2: Keysight’ın X-Serisi ölçüm uygulamasında harmonik bozulma ölçümü

Devlet kurumları ayrıca tahsis edilen spektrumun kullanımını görüntülemek için spektrum analizini kullanır. Kablosuz internet, cep telefonları, acil durum haberleşmesi ve daha fazlası gibi belirli faaliyetler için farklı frekans bantları bulunmaktadır. Vericiler belirlenen frekans bantları içinde kalmazsa, sinyal enerjisini yakın kanallara iletir ve Şekil 3'teki gibi girişime neden olur.

Şekil 3: Keysight’ın istenmeyen emisyonları gösteren GSM radyo testi

Başka bir girişim türü olan elektromanyetik girişim (EMI), diğer sistemlerin çalışmasını engeller. İstenmeyen bir durum olan EMI, bir elektronik cihazdan veya elektrik hatlarından kaynaklanan yayılan veya iletilen emisyonları ifade eder. Emisyon seviyelerinin devlet veya endüstri standardı düzenlemelerine uygun olmasını sağlamak için elektronik ürünler EMI uygunluk testinden geçmelidir. Bazı sinyal analizörlerinde, Şekil 4'te gösterildiği gibi test edilen cihazların uyumluluk testlerini gerçekleştirmek için EMI ön uygunluk testi uygulaması bulunur.

Şekil 4: X-Serisi spektrum analizöründe EMI ön uygunluk testi

Gürültü de analiz edilen sinyaller arasındadır. Gürültü, sinyal büyüklüğünüzdeki rastgele, istenmeyen varyasyonları veya bozuklukları ifade eder. Gürültü orijinal sinyalinizi bozabilir, hatta bazen sinyali tamamen maskeleyebilir. Mühendislerin bir cihazın veya tüm sistemin performansını anlamalarına yardımcı olan gürültü faktörü (Şekil 5'te görüldüğü gibi), işaret gürültü oranı (SNR) ve faz gürültüsü gibi ölçümler de spektrum analizör aracılığıyla yapılabilmektedir.

Şekil 5: Keysight X-Serisi sinyal analizöründe gürültü faktörü ölçümü

Bu blog yazımızda paylaştığımız uygulamalar, spektrum analizörüyle yapılabilen ölçümlerin küçük bir parçasıdır. Spektrum analizörüyle ilgili daha detaylı bilgi için “Spectrum Analysis Basics”  uygulama notunu inceleyebilirsiniz.

 
 
Yönetici | 10.07.2020 7265 Görüntüleme
 

Yorumlar
 
Henüz yorum bulunmamaktadır. İlk yorumu sen yazabilirsin. Yorum yazmak için tıklayın
Bu Kategorideki Diğer Yazılar
Whatsapp Online Telefon Numarası