Спектроанализатор#

Спектроанализатор выполняет спектральный анализ для разложения сложных сигналов на простые гармонические составляющие (частоты). Инструмент позволяет преобразовать временные данные в спектр амплитуд или мощности с использованием окон для минимизации спектральной утечки, также вычислить отношение полезного сигнала к шуму (SNR).

Функционал инструмента заключается в том, что пользователь выбирает из схемы блок и выходной порт, а затем вводит некоторые параметры для анализа (см. рис. 2 ниже):

Задержка захвата - время, [с], от начала моделирования, через которое начинается захват сигнала для анализа. Позволяет пропустить переходные процессы.
Режим анализа - возможность переключения между режимами Стандартный и Гармонический.
Фундаментальная частота, [Гц], - самая низкая частота, на которой повторяется сигнал, доступна при выборе Режима анализа - Гармоничесикй.
Количество гармоник на графике, доступно при выборе Режима анализа - Гармоничесикй.
Количество периодов для анализа. Оно определяет длительность окна БПФ, доступно при выборе Режима анализа - Гармоничесикй.
Количество точек БПФ - отвечает за баланс между точностью определения частоты и точностью определения времени.
Вычислить THD - вычисляет коэффициент гармонических искажени.
Желаемое частотное разрешение при выполнении анализа. Оно определяет, насколько мелкие детали по частоте можно различить в итоговом спектре.
Максимальная частота, [Гц], которая должна быть корректно представлена в спектре.
Тип оконной функции, применяемой к временному сигналу перед БПФ для уменьшения спектральных утечек. Возможные значения:
- Прямоугольное;
- Ханна;
- Хэмминга;
- Блэкмана;
- Кайзера (Параметр формы окна Кайзера (β). Влияет на компромисс между шириной главного лепестка и уровнем боковых лепестков. Используется только если выбрана оконная функция Кайзера).
Тип величины:
- Амплитуда;
- Мощность (значение вычисляется как (Амплитуда²) / (2 * referenceLoad)).
Опорное сопротивление, Ом (для расчёта мощности из амплитуды: Мощность = Амплитуда² / (2 * referenceLoad). По умолчанию = 1).
Формат отображения: дБ (децибелы) или Линейный (Для амплитуды в дБ: 20·log10(Амплитуда), для мощности: 10·log10(Мощность)).

Свойства относящиеся к SNR:

Флаг (вкл/выкл), определяющий, нужно ли вычислять отношение сигнал/шум (SNR) на основе заданных порогов. Результат сохраняется в поле snr ответа.
Порог шума, [дБ], относительно медианного уровня шума. Если спектральная составляющая превышает медиана + Порог сигнала, она считается сигналом (полезной компонентой) при вычислении SNR.
Порог сигнала, [дБ], для расширения области сигнала: все соседние бины, уровень которых выше медиана + Порог шума, также относятся к сигналу, а не к шуму.
IP3 - вычисляет точку пересечения третьего порядка.

После задания всех параметров активруется кнопка Построить график зависимости амплитуды [дБ] от частоты [Гц], а также выводит значение SNR (если это было выбрано пользователем).

Важно

Ограничения для параметров:

Название	Описание	Обязательное	Ограничение
Задержка захвата, [с]	Время отступа (в секундах) от начала сигнала перед стартом БПФ	да	≥ 0
Режим анализа: Стандартный; Гармонический	Позволяет выбрать режим анализа	нет	При выборе гармонического режима, следующие параметры становятся недоступны: Минимальное допустимое разрешение спектра; Максимальная частота; Вычислить SNR
Фундаментальная частота, [Гц]	Самая низкая частота, на которой повторяется сигнал, доступна когда Режим анализа - `Гармонический`	да	> 0
Количество гармоник	Количество гармоник на графике, доступно когда Режим анализа - `Гармонический`	да	≥ 1
Количество периодов	Количество периодов для анализа. Определяет длительность окна БПФ, доступно когда Режим анализа - `Гармонический`	да	≥ 1
Количество точек БПФ	Размер блока данных (выборки), который алгоритм обрабатывает за один раз. Это свойство отвечает за баланс между точностью определения частоты и точностью определения времени. Доступно когда Режим анализа - `Гармонический`	да	Выбирается из выпадающего списка
Вычислить THD	Вычислить коэффициент гармонических искажений. Доступно когда Режим анализа - `Гармонический`	нет	вкл/выкл
Минимальное допустимое разрешение спектра, [Гц]	Задаёт эталонное расстояние между точками на графике. Программа сама пересчитает и изменит шаг времени симуляции всего проекта, чтобы спектр строго соответствовал этой расчётной сетке.	да	> 0
Максимальная частота, [Гц]	Максимальная ожидаемая частота. Ограничивает выходной спектр на графике.	да	> Минимально допустимого разрешения спектра
Оконная функция	Функция сглаживания краев выборки для уменьшения растекания спектра.	да	Выбирается из выпадающего списка
Параметр β	Коэффициент β для настройки ширины главного лепестка окна Кайзера.	опционально	> 0, активен только при выборе `Оконная функция` - `Кайзера`
Тип величины	Выбор отображения: Амплитуда (Magnitude) или Мощность (Power).	да	Выбирается из выпадающего списка
Опорное сопротивление, [Ом]	Значение сопротивления [Ом] для расчета спектра мощности.	опционально	> 0, активен только при выборе `Тип величины` - `Мощность`
Формат отображения	Единицы измерения вертикальной оси.	да	Выбирается из двух вариантов
Вычислить SNR	Включить автоматический расчет коэффициента SNR.	да	вкл/выкл
Порог сигнала, [дБ]	Превышение над уровнем шума (в [дБ]) для обнаружения пика сигнала.	опционально	> 0, активен только при выборе `Вычислить SNR` - `вкл`
Порог шума, [дБ]	Граница (в [дБ]) для определения ширины частотного пика сигнала.	опционально	> 0, активен только при выборе `Вычислить SNR` - `вкл`
IP3	Вычислить точку пересечения третьего порядка	опционально	вкл/выкл

Использование инструмента – Спектроанализатор происходит при нажатии на кнопку Спектроанализатор, находящуюся во вкладке инструменты нижней панели в разделе Общее, рис. 1 :