Niemal równocześnie z pojawieniem się pierwszych oscyloskopów przenośnych w ofertach większości producentów znalazły się także analizatory widma typu handheld. Użytkownikami tych przyrządów są przede wszystkim pracownicy utrzymania sieci telekomunikacyjnych. Klasyczne analizatory zupełnie się do tego nie nadają z uwagi na swoje wymiary i wagę. Natomiast żadna z wielkich firm nie była jak dotąd zainteresowana projektem analizatora widma USB.

Oscyloskopy USB chyba nigdy nie osiągnęły takiego uznania użytkowników jak oscyloskopy stacjonarne. Owszem, są bardzo przydatne w pracach serwisowych, zajmują mało miejsca na biurku, są tańsze od przyrządów klasycznych, ale do poważnych pomiarów

są wybierane zwykle oscyloskopy stacjonarne. Być może taka opinia nie motywowała wielkich producentów sprzętu pomiarowego do kopiowania podobnego pomysłu w zakresie analizatorów widma.

Tektronix postanowił zaryzykować i od pewnego czasu dostępne są na rynku rodziny analizatorów widma USB RSA306B, RSA500A i RSA600A. Są to przyrządy, które nie mogą funkcjonować bez komputera, nie mają własnego wyświetlacza i elementów regulacyjnych, nie wykonują funkcji pomiarowych bezpośrednio. Ma to swoje zalety – oprócz zmniejszenia gabarytów i wagi uwalnia się wewnętrzny procesor od skomplikowanych obliczeń i upraszcza jego oprogramowanie, a większość zadań związanych z obróbką danych przerzuca się na procesor komputera. Unika się ponadto ewentualnego oddziaływania elektroniki związanej z procesorem na część w.cz. analizatora. Koncepcja taka stawia też niestety przed użytkownikiem pewne wymagania. Ogromne strumienie danych generowane przez analizator narzucają konieczność stosowania interfejsu USB w wersji 3.0, a także komputera z procesorem co najmniej Core i5, 64-bitowego systemu operacyjnego począwszy od Windows 7 z Service Pack1, 8 GB RAM i co najmniej 20 GB wolnej przestrzeni na dysku. Nie są więc to wymagania banalne, co więcej nie są to tylko pobożne życzenia producenta. Na słabszym komputerze po prostu, mówiąc lakonicznie – pracy nie będzie. Takie wymagania narzuca oprogramowanie, z którym współpracuje m.in. opisywany w artykule analizator RSA607A. Podstawowy program – SignalVu-PC przetwarza dane otrzymane z analizatora, realizuje funkcje pomiarowe i wizualizuje wyniki na ekranie komputera. Parametry techniczne oraz cechy funkcjonalne przyrządu należy więc rozpatrywać uwzględniając zarówno sam analizator, jak i komputer z dedykowanym oprogramowaniem. Jak widać koncepcja taka sprzyja względnie łatwemu rozwijaniu możliwości pomiarowych analizatora przez opracowywanie specjalistycznego, łatwo uaktualnianego oprogramowania.

Przykładowe zastosowania analizatorów rodziny RSA600

RSA600 to analizatory pracujące w czasie rzeczywistym, co oznacza że umożliwiają oglądanie dynamicznych zmian widma. Do wizualizacji widma zastosowano technikę DPX (Digital Phosphor), znaną z wczesnych oscyloskopów cyfrowych firmy Tektronix. Przebiegi widoczne na wyświetlaczu LCD do złudzenia przypominają te, które można było obserwować w przyrządach z klasyczną lampą obrazową. Istotną zaletą takiej metody wyświetlania przebiegów jest modulacja ich jasności wynikająca z intensywności trafiania wiązki elektronów w luminofor lampy. Sama wiązka elektronów nie jest oczywiście modyfikowana, a jaśniejsze fragmenty oscylogramów wynikają ze statystycznie częstszego trafiania w nie wiązki elektronów. Efekt taki uzyskuje się względnie łatwo na drodze programowej pod warunkiem dysponowania wyświetlaczem zdolnym do oddania dużej liczby kolorów. W przypadku instalowania oprogramowania na współczesnych komputerach nie ma z tym najmniejszego problemu. Wyświetlanie przebiegów w technice DPX zabiera jednak trochę mocy obliczeniowej procesora komputera i/lub jego karty graficznej. Jeszcze bardziej wyraziste odwzorowanie intensywności wykresów można uzyskać modulując nie tylko jasność, ale też zmieniając kolor poszczególnych fragmentów przebiegu. Koncepcję tę zastosowano w technice DPX.

Wyświetlanie widma techniką klasyczną i DPX

Na rys. 1 przedstawiono widmo zmierzone podczas badania telefonu bezprzewodowego komunikującego się ze stacją bazową na kilku kanałach. Mapa kolorów może być wybierana spośród kilku dostępnych szablonów. Najczęściej jest stosowany szablon temperaturowy, w którym poziomy sygnału są zgodne z rozkładem barw w tęczy. Niebieski kolor oznacza najmniejszą intensywność przebiegu, czerwony największą. Użytkownik może jednak dostrajać przypisania kolorów do własnych potrzeb. Widoczny w widmie żółto-pomarańczowy pasek odpowiada stanowi spoczynkowemu telefonu. Przez większą część testu telefon był nieaktywny stąd największa intensywność sygnału na poziomie szumu. W czasie badania telefon został siedmiokrotnie uaktywniony komunikując się za każdym razem ze stacją bazową na innym kanale, co zostało uchwycone przez analizator.

Rys. 1. Widmo sygnału mierzone techniką DPX

Podstawową funkcją analizatora RSA607A, tak jak analizatorów klasycznych, jest badanie (oglądanie, pomiary) widma sygnału w.cz. dostarczonego do wejścia RF. Może to być sygnał doprowadzony kablem z jakiegoś urządzenia radiowego, można też dołączyć do gniazda antenę na określone pasmo i badać sygnał pochodzący bezpośrednio z niej. Przykład takiego pomiaru przedstawiono na rys. 2. Do wejścia RF dołączono antenę radiową na pasmo FM, a następnie wykreślono zmierzone widmo. Poszczególne piki tego wykresu odpowiadają stacjom radiowym odbieranym w Warszawie na zakresie UKF FM. Dla porównania widoczne są wykresy wyświetlane techniką klasyczną i DPX. Jak widać, odbieranych stacji jest sporo, można więc mieć wątpliwość, który pik odpowiada danej stacji. Najlepszą metodą weryfikacji jest podsłuchanie (dosłownie) audycji nadawanej na danej częstotliwości. Wystarczy częstotliwość wybranej stacji ustawić jako centralną i uruchomić demodulator. Aktualnie nadawana audycja będzie słyszana w głośniku komputera. Funkcja demodulacji działa zarówno w klasycznym trybie wyświetlania widma, jak i w trybie DPX. Ze względu na znaczne obciążenie procesora w trybie DPX, dźwięk może być w tym przypadku jednak trochę szarpany. Za pomocą demodulatora analizatora RSA607A można odsłuchiwać stacje nadające z modulacją częstotliwości (FM), amplitudy (AM) i fazy (PM).

Rys. 2. Porównanie widma mierzonego techniką DPX i standardową

Badanie widma z wykorzystaniem spektrogramu

Zakres pomiarowy analizatora RSA607A bez problemu pokrywa pasmo WiFi i Bluetooth. Przyrząd ten bardzo dobrze nadaje się więc do pomiarów urządzeń wykorzystujących oba rodzaje transmisji. Szczególnie niepożądane dla użytkownika mogą być możliwe interferencje podczas jednoczesnej aktywności interfejsów Bluetooth i WLAN – oba pracują w paśmie 2,4 GHz. W pomiarach wzajemnego oddziaływania na siebie różnych mediów niezastąpiony jest spektrogram. Chociaż jest on wyświetlany na płaskim ekranie, można go de facto traktować jak wykres trójwymiarowy, w którym na osi pionowej jest zaznaczany czas, na osi poziomej częstotliwość, a trzecia zmienna – poziom sygnału – jest zaznaczana kolorem. Pomiar pasma 2,4 GHz z aktywną siecią WiFi i urządzeniami Bluetooth przedstawiono na rys. 3. Jest na nim widoczne widmo wyświetlane techniką DPX, a także spektrogram. Malkontenci, dla których spektrogram z rys. 3 jest jednak za mało czytelny mogą zmienić jego wygląd na bardziej trójwymiarowy. Przykład przedstawiono na rys. 4.

Rys. 3. Widmo sygnału i spektrogram mierzone techniką DPX

Rys. 4. 3-wymiarowy wykres spektrogramu