طیف سنج (Spectrum Analyzer) - قسمت اول

طیف چیست؟

قبل از ورود به توصیف جزئیات طیف سنج، ممکن است از خودمان بپرسیم که " اصلا طیف چیست و چرا می خواهیم آن را آنالیز و تحلیل کنیم ؟ ".

اندازه گیری ها در حوزه فرکانس برای ما مشخص می کند که چه میزان انرزی در در هر فرکانس خاص وجود دارد.

طیف دسته ای از امواج سینوسی است که ترکیب صحیح آنها با هم ، سیگنال مورد بررسی را در حوزه زمان تولید میکنند .

طیف دسته ای از امواج سینوسی است که ترکیب صحیح آنها با هم ، سیگنال مورد بررسی را در حوزه زمان تولید میکنند .

برای درک بهتر مفهوم طیف به شکل های 1 و 2 توجه کنید .

شکل 2

شکل 1 ، شکل موج یک سیگنال مختلط را در حوزه زمان نشان می دهد.فرض کنید که ما انتظار داشته باشیم که یک سیگنال سینوسی کامل را مشاهده کنیم. در حالی که شکل موج در حوزه زمان نشان می دهد که سیگنال یک سینوسی خالص نیست و اطلاعات قطعی از علت آن به ما نمیدهد.

حال به شکل 2 توجه کنید. این شکل سیگنال مختلط را در هر دو حوزه زمان و فرکانس نشان می دهد. حوزه فرکانس،وضعیت های مختلف دامنه را به ازای فرکانس هر موج سینوسی درون طیف نشان می دهد.

همان گونه که مشاهده می کنید، در این مورد طیف دو موج سینوسی را در بر دارد و ما حالا می فهمیم که چرا شکل موج اصلی ما در حوزه زمان یک موج سینوسی خالص نبود. آن محتوی موج سینوسی دومی با دامنه متفاوت(هارمونیک دوم) بود که ما در حوزه فرکانس و به صورت طیف آن را مشاهده می کنیم.( همان گونه که در شکل 2 مشاهده میکنید جمع این دو طیف با هم ، سیگنال را در حوزه زمان تولید میکند. )

» کاربردهای طیف سنج :

1- کاربرد های صوت شناسی(Acoustic uses) :

در صوت شناسی(acoustics)، طیف نگار(spectrograph) موج صوتی را به طیف نگاشت صدا(ound spectrogram) تبدیل می کند.نخستین طیف نگار صوتی در طی جنگ جهانی دوم و در ازمایشگاه بل تولید شد و از آن استفاده های بسیاری در تحقیقات علوم گفتاری، صوت شناسی، آواشناسی (phonetics) و شنودشناسی (audiology) می‌شد، تا این‌که با ظهور تکنیک‌های پردازش سیگنال دیجیتال کنار گذاشته شد و حالا طیف سنج اندازه گیری‌های مربوط به این علوم را پوشش داده است.

2- کاربرد های فرکانس رادیویی(RF uses)

طیف سنج در علوم مخابراتی کاربرد های فراوانی دارد.به عنوان مثال برای تعیین پهنای باند اشغال شده شبکه و پیدا کردن منایع نویز از طیف سنج استفاده می شود.

افرادی که در زمینه مخابرات بی سیم کار می کنند، توجه شدیدی به سیگنال های ناخواسته ی خارج از باند و اعوجاج هارمونیک( harmonic distortion) سیگنال ها دارند. به عنوان مثال سیستم های رادیوی سلولی باید از نظر هارمونیک های سیگنال حامل چک شوند ، چون ممکن است با سیستم های دیگر که در همان فرکانس عمل می کنند تداخل هارمونیک پیدا کنند .

تصرف طیفی(spectral occupancy ) یا همان بازبینی (monitoring) طیف یکی دیگر از اندازه گیری های مهمی است که در حوزه فرکانس انجام می شود. دولت ها برای سرویس های مختلف رادیویی مانند پخش رادیویی و تلوزیونی ، سیستم های تلفن همراه ، ارتباطات پلیسی و اورزانسی و کاربرد های ارتباطی دیگر فرکانس های مختلفی را اختصاص داده اند. و اینکه هر یک از این سرویس ها در فرکانس تعیین شده و عمل کند و در داخل پهنای باند کانال اختصاص یافته باقی بماند، بسیار مهم است. اغلب اوقات ممکن است نیاز باشد فرستنده ها و دیگر منابع تعمدی تشعشع در فاصله دقیقی از فرکانس های مجاور عمل کنند. تمام محاسبات مربوط به این مسائل،توسط طیف سنج انجام می شود.

» انواع اندازه گیری ها:

اندازه گیری های رایجی که توسط آنالیزر طیف انجام می شوند عبارتند از : اندازه گیری فرکانس،توان،مدولاسیون، اعوجاج و نویز سیگنال. بدست آوردن ظرفیت طیفی یک سیگنال به خصوص در سیستم هایی با پهنای باند محدود بسیار مهم است. توان منتقل شده نیز یکی دیگری از اندازه گیری های قابل انجام است. توان بسیار کم ممکن است به این معنا باشد که سیگنال نمی تواند به مقصد مورد نظر خود برسد و توان بسیار زیاد نیز ممکن است باعث شود که باطری به سرعت مصرف شود،ایجاد اعوجاج کند و یا باعث ایجاد دمای بالا در هنگام کار شود.

اندازه گیری کیفیت مدولاسیون برای اطمینان از درست کار کردن سیستم و اینکه اطلاعات به صورت صحیح توسط سیستم منتقل می شوند یا نه بسیار مهم است. آزمایش هایی مانند ازمایش درجه مدولاسیون،حداکثر دامنه باندهای جانبی،کیفیت مدولاسیون و پهنای باند اشغال شده ، مثال هایی از اندازه گیری های متداول مدولاسیون آنالوگ هستند. اندازه گیری های دیجیتال مدولاسیون شامل اندازه گیری شدت خطای برداری (error vector magnitude) EVM ، عدم تعادل IQ (IQ imbalance) ، خطای فاز درمقابل زمان(phase error versus time) و اندازه گیری های دیگر است.

در مخابرات، اندازه گیری اعوجاج هم برای فرستنده و هم برای گیرنده بسیار حیاتی است. اعوجاج هارمونیک بیش از حد در خروجی فرستنده می تواند باعث تداخل با باند های مخابراتی دیگر شود. مراحل پیش تقویت در گیرنده باید عاری از هرگونه مداخله اعوجاج باشد تا از ایجاد )crosstalk سيگنال هاى ناخواسته در مجموعه اى از مدارات ارتباطى يا کامپيوترى که از وجود ترافيک در کانالهاى ديگر يا از تداخل ناشى ميشود)جلوگیری شود.