Analizator widma - Polski Serwis Naukowy

Schemat funkcjonalny analizatora widma z przestrajaną heterodyną

Analizator widma – urządzenie pomiarowe służące do prezentacji widma częstotliwościowego danej wielkości fizycznej zmiennej w czasie. Wielkością tą może być np. wychylenie (analizator widma drgań mechanicznych), ciśnienie powietrza (analizator widma akustycznego), długość fali światła (analizator widma optycznego). Najbardziej powszechnie termin ten używany jest jednak jako określenie elektronicznego przyrządu pomiarowego służącego do prezentacji w czasie rzeczywistym widma sygnału elektrycznego. Wielkością fizyczną zmienną w czasie jest wówczas napięcie lub prąd, które są ze sobą związane przez wejściową impedancję charakterystyczną analizatora.

Zespół filtrów (inna nazwa: bank filtrów) to układ elektroniczny lub algorytm będący strukturą o wielu wejściach i/lub wielu wyjściach złożoną z filtrów pasmowych. Podstawowym zadaniem zespołu filtrów jest dekompozycja sygnału na składowe należące do różnych przedziałów częstotliwości nazywanych podpasmami lub subpasmami. Pożądana jest taka budowa zespołu filtrów, aby możliwe było odtworzenie całego sygnału ze złożenia sygnałów podpasmowych. Oznacza to, że poszczególne podpasma powinny być rozłączne w dziedzinie częstotliwości (z dokładnością do obszaru wzajemnego zachodzenia na siebie charakterystyk pojedynczych filtrów) i pokrywać pełen zakres częstotliwości sygnału wejściowego.

Ciśnienie atmosferyczne to stosunek wartości wektora siły, z jaką słup powietrza naciska na powierzchnię ziemi do powierzchni na jaką dany słup naciska (por. ciśnienie). Co za tym idzie, w górach ciśnienie jest niższe, gdyż słup ten jest mniejszy, a na nizinach ciśnienie jest wyższe.

Widmo obserwowane na ekranie analizatora reprezentuje analizowany sygnał w funkcji częstotliwości. Analizator widma pokazuje więc, ile i o jakim poziomie sygnałów składowych o częstotliwościach z analizowanego zakresu zawiera się w badanym sygnale wejściowym. Wynikiem działania idealnego analizatora widma jest obraz sygnału wejściowego będący efektem przekształcenia matematycznego znanego jako transformata Fouriera.

Impedancja, Z (rzadziej i mniej poprawnie także zawada) – wielkość charakteryzująca zależność między natężeniem prądu i napięciem w obwodach prądu zmiennego.

Widmo spektroskopowe – zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego na poszczególne częstotliwości, długości fal lub energie. Widmo, które powstało w wyniku emisji promieniowania przez analizowaną substancję albo na skutek kontaktu z nią (przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite), może dostarczyć szeregu cennych informacji o badanej substancji.

Idea analizatora widma nie byłaby możliwa do zrealizowania bez użycia filtrów, czyli układów selektywnych pozwalających wydzielić daną częstotliwość składową z badanego sygnału. Wczesne konstrukcje analizatorów widma oparte były o tzw. zespół filtrów. Był to zbiór stałych filtrów o ustalonych częstotliwościach rezonansu własnego, do których sygnał wejściowy był doprowadzany równolegle i jednocześnie. Poziomy sygnałów wyjściowych filtrów odzwierciedlały udział poszczególnych składowych częstotliwościowych w badanym sygnale.
W późniejszych konstrukcjach w miejsce zespołu filtrów wprowadzono jeden filtr przestrajany.

Znaczącym momentem w historii rozwoju analizatorów widma było wprowadzenie przemiany częstotliwości realizowanej przez mieszacz o przestrajanej heterodynie. Pozwoliło to na zastosowanie tylko jednego, nieprzestrajanego filtru pośredniej częstotliwości.

Jednak prawdziwy przełom w rozwoju analizatorów widma był związany z ich cyfryzacją. Postęp w rozwoju przetworników A/D (analogowo-cyfrowych) umożliwił próbkowanie sygnału pośredniej częstotliwości i dalsze jego przetwarzanie (detekcja, filtracja wizyjna, wizualizacja) w postaci cyfrowej. Współczesny analizator widma jest właściwie uniwersalnym cyfrowym analizatorem sygnałów, którego funkcjonalność determinuje jego własne oprogramowanie, a wizualizacja widma sygnału w dziedzinie częstotliwości jest tylko jednym z trybów pracy.