Lab1 Spectrum Analyzer

Lab1 Spectrum Analyzer

การทดลองที่ 1

Radio Frequency Monitoring ทดลองโดยใช้เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ร่วมกับเครื่องรับวิทยุสื่อสารในย่าน 450-460 MHz

วัตถุประสงค์
1. เพื่อให้คุ้นเคยกับการใช้งานเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่
2. เพื่อให้เข้าใจกลไกลการทำงาน และการปรับค่าแบบต่างๆ
3. เพื่อทดลองใช้เครื่องมือในรูปแบบต่างๆ

อุปกรณ์
1. Spectrum Analyzer
2. สายอากาศย่าน 450-460 MHz
3. วิทยุสื่อสารย่าน 450-460 MHz

วิธีการทดลอง
เมื่อต้องการตรวจสอบการใช่คลื่นความถี่วิทยุสื่อสาร พบว่าลักษณะการใช้ความถี่มิได้ทำการส่งออกอากาศตลอดเวลา ส่วนใหญ่จะรอรับ และจะส่งเมื่อต้องการ ซึ่งเวลาในการออกอากาศมักจะสั้น ไม่ยาวต่อเนื่อง ดังนั้นการใช้เครื่องวิทยุสื่อสารรอรับ หรือสแกนหาต้องใช้เวลานานในการพบว่ามีการใช้คลื่นที่ความถี่ใดบ้าง
แต่หากใช้เครื่องวิเคราะห์ความถี่รับสัญญาณผ่านสายอากาศ พบว่า สามารถแสดงคลื่นความถี่ในย่านที่ต้องการได้พร้อมๆกันหลายคลื่น แต่อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถที่จะรับฟังข่าวสารได้พร้อมๆกันทั้งหมด ต้องเลือกความถี่ที่จะรับฟังให้นักศึกษาลองใช้เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ร่วมกับเครื่องรับวิทยุสื่อสารทำการตรวจสอบการใช้งานคลื่นวิทยุย่าน 450-460 MHz

ผลการทดลอง

รูปแสดงขณะที่ยังไม่มีการปรับค่าใด ๆ จะสังเกตเห็นว่าไม่มีสัญญาณเกิดขึ้น

รูปแสดงหลังจากที่ปรับค่าตามที่ต้องการที่คลื่นความถี่ 147.500 MHz จะตรวจเจอสัญญาณ

รูปแสดงวิทยุสื่อสารที่ใช้ในการทดลองที่ย่านความถี่ 147.500 MHz

รูปแสดง Spectrum เมื่อปรับ Span เพิ่ม

        สรุปผลการทดลอง
            จากการทดลอง หาคลื่นความถี่วิทยุสื่อสารโดยใช้เครื่องรับวิทยุสื่อสารนั้น เนื่องจากคลื่นความถี่นั้นไม่ได้มีการส่งสัญญาณตลอดเวลาเพราะขึ้นกับจังหวะการพูด จึงทำให้การหาคลื่นความถี่หรือรู้จุดตำแหน่งของคลื่นความถี่นั้นทำได้ยากลำบาก ดังนั้นการใช้เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่หรือ spectrum analyzer มาใช้ร่วมกับเครื่องรับวิทยุสื่อสารนั้นทำให้สามารถหาตำแหน่งของคลื่นความถี่ได้ง่ายขึ้น รวมถึงสามารถเห็นคลื่นความถี่ใกล้เคียงที่มีการส่งสัญญาณหรือมีการสื่อสารได้อีกด้วย ทำให้การทำงานสะดวกได้ตรงตามความต้องการมากยิ่งขึ้น

การทดลองที่ 2
Spectrum of TV ทดลองดูสเปคตรัมของสถานีโทรทัศน์ช่อง 3 และ TPBS ในย่าน UHF

อุปกรณ์
1. Spectrum Analyzer
2. สายอากาศย่าน UHF แบบ Log periodic

วิธีการทดลอง
สัญญาณโทรทัศน์ช่อง 3 ซึ่งออกอากาศในกรุงเทพฯ ในช่องสัญญาณย่าน UHF ที่ช่อง 32 ความถี่ 558-566 MHz ส่งออกอากาศสัญญาณภาพแบบ AM โดยใช้แถบความถี่แบบ Vestigial sideband (VSB) ส่งสัญญาณเสียงทั้งแบบอนาลอก (FM) และดิจิตอล (Nicam) ในการดูสเปคตรัมช่องสัญญาณโทรทัศน์ 1 ช่อง ใช้ span 10 MHz ในการทดลองนี้ หากมีการเลือกค่า RBW ที่ไม่เหมาะสม อาจจะไม่สามารถแสดงรูปแถบความถี่ที่ถูกต้องได้

ผลการทดลอง

รูปแสดงสเปกตรัมของสัญญาณโทรทัศน์

การส่งสัญญาณโทรทัศน์นั้นจะต้องส่งสัญญาณแบบภาพ แยกกับการส่งสัญญาณแบบเสียง

โดยสัญญาณภาพจะส่งแบบ AM ส่วนสัญญาณเสียงจะส่งแบบ FM นอกจากนี้สัญญาณเสียงยังแบ่งออกเป็น2 ส่วน คือส่งแบบ Analog และ Digital

รูปแสดงการปรับค่า RBW เพิ่มขึ้น จาก 30 kHz เป็น 300 kHz

ปรากฏว่า แถบความถี่เสียงระหว่างอนาล็อกกับดิจิตอลจะเกิดความผิดเพี้ยนขึ้น

รูปแสดงการปรับค่า VBM เพิ่มขึ้นจาก 300 Hz เป็น 10 kHz

ปรากฏว่า ช่วงสัญญาณแนวตั้งของ สัญญาณรบกวน noise floor จะกว้างขึ้นตามแนวตั้ง

รูปแสดงการปรับค่า VBM ลดลงจาก 10 kHz เป็น 3 kHz

ปรากฏว่า ช่วงสัญญาณแนวตั้งของ สัญญาณรบกวน noise floor จะแคบลงและผิดเพี้ยน

สรุปผลการทดลอง

จากการทดลอง จะสังเกตเห็นว่า สัญญาณจากสถานีโทรทัศน์นั้น จะแยกการส่งออกเป็นสัญญาณภาพ สี และเสียง โดยที่สัญญาณทั้งหมดจะอยู่บริเวณใกล้เคียงกัน ซึ่งจะเห็นได้ว่าภาพ สี เสียงที่ได้จะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น การปรับแบนด์วิซ ถ้าปรับน้อยไปก็จะไม่ค่อยได้ยินเสียงหรือมีเสียงที่ฟังไม่ค่อยชัด เป็นต้น นอกจากนี้สถานีโทรทัศน์ช่องต่างๆจะใช้สัญญาณในย่านความถี่ที่แตกต่างกัน โดยสถานีโทรทัศน์ย่าน UHFได้แก่ สถานีโทรทัศน์ช่อง 3 และ thaiPBS โดยสัญญาณจะชัดหรือไม่ขึ้นอยู่กับการปรับเสาอากาศ ให้ตรงกับสถานี พร้อมทั้ง ปรับค่า SPAN ให้มากขึ้น

การทดลองที่ 3
Spectrum of satellite downlink from LNB ทดลองดูสเปคตรัมของสัญญาณดาวเทียมที่ได้รับผ่านอุปกรณ์ LNB

อุปกรณ์
1. Spectrum Analyzer
2. จานรับสัญญาณดาวเทียม และ LNB ย่านเคยู

วิธีการทดลอง
สัญญาณดาวเทียมไทยคมที่ตำแหน่ง 78.5E สามารถที่จะรับได้และแสดงที่หน้าจอของเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ โดยการกำหนดช่วงความถี่ 950-1450 MHz ระดับสัญญาณอ้างอิงประมาณ -60dBm สเกล 2 dB/div ปรับ VBW 10 kHz,RBW 5 MHz หรือทดลองปรับแต่งพารามิเตอร์ต่างๆเอง

รูปแสดงสเปกตรัมของระดับสัญญาณจากดาวเทียมไทยคม 2 KU band

ที่ความถี่ 1.0094 GHz ตำแหน่ง 240 องศา

รูปแสดงสเปกตรัมของระดับสัญญาณ ณ ที่ความถี่ต่างๆ

สรุปผลการทดลอง

จากการทดลอง เป็นการสังเกตสเปกตรัมในหลายๆคลื่นความถี่ โดยใช้หน่วยของ dBm ในการแยกประเภท หากเราปรับจานรับสัญญาณดาวเทียมได้ตรงตามมุมของดาวเทียมส่งสัญญาณ หน้าจอที่แสดงบน Spectrum Analyzer จะแสดงเส้นความถี่ที่หลากหลาย แต่ถ้าไม่ได้องศาที่ถูกต้องก็จะไม่มีสัญญาณใดๆเกิดขึ้น

การทดลองที่ 4

GSM Frequency Spectrum

รูปแสดงเครื่อง Spectrum Analyzer ที่ต่อสายอากาศ

รูปแแสดง สัญญาณ downlink ที่เกิดขึ้นบนหน้าจอ ซึ่งเกิดจาก

การปรับ center ให้มีความถี่ 1800 MHz และปรับ SPAN ให้ได้ 750 MHz

รูปแสดงสัญญาณ uplink พุ่งสูงหลังจากกดโทรออกจากโทรศัพท์มือถือ

สรุปผลการทดลอง

จากการทดลอง เมื่อต่อสายเข้ากับเครื่อง Spectrum Analyzer แล้วปรับความถี่ที่ 1800 MHz ปรากฏว่าพบเพียงสัญญาณ Downlink ที่ยังไม่มีสัญญาณ Uplink เลย แต่หลังจากที่เรากดโทรออก จะเห็นว่ามี carrier พุ่งขึ้นสูงมาก ชัดเจน ซึ่งนั่นก็คือสัญญาณ Uplink

วิจารณ์ผลการทดลอง

          การทดลองเรื่อง Radio Frequency Monitoring เป็นการทดลองการใช้เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ร่วมกับเครื่องรับวิทยุสื่อสาร ซึ่งคลื่นวิทยุสื่อสารนั้นเป็นคลื่นที่ไม่ได้ส่งออกสัญญาณตลอดเวลา จะส่งเฉพาะเวลาที่ต้องการใช้หรือสื่อสารเท่านั้น ดังนั้นในการทดลองนี้ จะมีปัญหาเล็กน้อยตรงที่บางครั้งสัญญาณที่ส่งออกนั้นสั้นมากทำให้ไม่สามารถหาคลื่นความถี่นั้นได้ทันท่วงที รวมถึงบางครั้งคลื่นความถี่ที่ขึ้นว่ามีสัญญาณส่งออกอากาศนั้น บางครั้งไม่มีการพูดคุยหรือการสื่อสาร  และปัญหาที่สำคัญอีกอย่างคือการปรับคลื่นความถี่ที่เครื่องรับวิทยุสื่อสารไม่ตรงกับความถี่ที่ได้จากเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ทำให้บางครั้งไม่ได้ยินสัญญาณหรือการสื่อสาร  และปัญหาสุดท้ายก็คือการตั้งค่าต่างๆเช่น การตั้งค่าความถี่กลาง, SPANและอื่นๆในบางครั้ง ถ้าเราตั้งค่าเหล่านี้ไม่ดีพอก็จะทำให้พลาดคลื่นความถี่บางคลื่นที่มีการสื่อสารแต่เรามองไม่เห็น ณ ขณะนั้น

            การทดลอง Spectrum of TV นี้เป็นการดูสเปกตรัมของสถานีโทรทัศน์ในย่าน UHF ซึ่งได้แก่ สถานีโทรทัศน์ช่อง3และสถานี TPBS ปัญหาที่เกิดขึ้นก็คือ เสียงหรือสัญญาณที่ได้ยินไม่ชัดเจน ซึ่งต้องปรับแบนด์วิดซ์ให้เหมาะสม