Spectrum analyzer adalah perangkat yang mengukur dan menampilkan amplitudo (kekuatan) sinyal seiring perubahan frekuensinya dalam rentang frekuensi (spektrum) tertentu. Frekuensi muncul pada sumbu horizontal (X), sedangkan amplitudo ditampilkan pada sumbu vertikal (Y). Bentuk tampilannya mirip dengan osiloskop, dan bahkan ada perangkat yang bisa berfungsi sebagai osiloskop maupun spectrum analyzer.
Pentingnya spectrum analyzer
Sinyal frekuensi radio (RF) dan komunikasi nirkabel sekarang sudah sangat umum berkat keberadaan Wi-Fi, jaringan dan komunikasi seluler, sensor perangkat Internet of Things (IoT), radio tradisional, RADAR, dan sebagainya. Untuk mendesain dan menguji sirkuit atau sistem seperti ini, penting banget untuk bisa melihat keseluruhan spektrum sinyal dan faktor lain seperti sinyal liar (spurious), noise, lebar sinyal termodulasi, dan lainnya.
Perangkat seperti swept spectrum analyzer dan vector signal analyzer sebenarnya tidak menyediakan kemampuan seperti itu. Mereka hanya memberikan cuplikan dari sinyal di domain frekuensi atau modulasi, yang nggak bisa menggambarkan sifat dinamis dan transien dari sinyal RF modern.
Di sinilah spectrum analyzer jadi sangat berharga.
Apa yang diukur oleh spectrum analyzer?
Spectrum analyzer menampilkan spektrum amplitudo sinyal pada berbagai frekuensi. Ini memungkinkan analisis untuk menentukan apakah sinyal berada dalam batas yang dibutuhkan. Ia bisa menampilkan sinyal liar, bentuk gelombang kompleks, kejadian singkat yang jarang terjadi, dan noise. Spectrum analyzer juga bisa menganalisis sinyal transien, menangkap transmisi burst dan glitch, serta menunjukkan apakah sinyal yang lebih kuat sedang menutupi yang lebih lemah.
Perangkat ini sering digunakan untuk melihat spektrum frekuensi dinamis dari sinyal RF dan audio modern yang berubah seiring waktu. Ia menampilkan elemen individual dari sinyal dan performa sirkuit yang memproduksinya. Banyak organisasi juga menggunakannya untuk mengetahui perubahan apa yang perlu dilakukan agar interferensi bisa dikurangi dan performa sistem Wi-Fi atau router nirkabel bisa ditingkatkan.
Jenis-jenis spectrum analyzer
Ada beberapa jenis spectrum analyzer yang umum digunakan:
Swept-tuned atau superheterodyne
Jenis swept-tuned atau superheterodyne akan menurunkan sebagian dari sinyal input ke frekuensi tengah dari bandpass filter, dengan menggunakan oscillator yang dikontrol tegangan (VCO) untuk menyapu berbagai frekuensi. Dengan begitu, seluruh rentang frekuensi bisa dianalisis. Resolusi bandwidth-nya ditentukan oleh filter ini, dan semakin kecil bandwidth-nya, makin tinggi juga resolusi spektralnya — dan sebaliknya.
Fast Fourier Transform (FFT)
Beberapa spectrum analyzer digital menggunakan transformasi Fourier — metode buat mengurai sinyal ke dalam frekuensi individualnya. Analyzer jenis ini butuh frekuensi sampling minimal dua kali bandwidth-nya karena resolusi frekuensi berbanding terbalik dengan waktu pengukuran sinyal yang akan di-transformasikan.
Real-time analyzer
Analyzer real-time menangkap bandwidth secara real-time dan menyampling spektrum RF yang masuk dalam waktu terbatas. Informasinya dikonversi menggunakan algoritma FFT. Karena dilakukan secara real-time, tidak ada blind time (waktu buta), dan tidak ada celah dalam spektrum RF yang dihitung.
Audio
Spectrum analyzer juga bisa digunakan di spektrum audio untuk menampilkan level volume dari frekuensi band yang bisa didengar manusia. Ini digunakan untuk menganalisis harmonik dalam sinyal audio. Dulu dikenal sebagai wave analyzer, jenis ini umum banget dipakai oleh sound engineer dan bisa jalan di komputer yang punya sound card.
Spectrum analyzer: Kelebihan dan kekurangan
Pada analyzer swept-tuned, ada kompromi antara seberapa cepat layar bisa memperbarui seluruh rentang frekuensi dengan resolusinya. Untuk sinyal lemah, biasanya perlu pre-amplifier sebelum analisis dilakukan.
Analyzer FFT bisa membebani kemampuan converter analog-ke-digital (ADC). Perangkat ini juga butuh daya proses yang besar, jadi frekuensi yang bisa dianalisis jadi terbatas.
Sementara itu, real-time FFT analyzer memberikan resolusi yang bagus dan mengurangi celah dalam sampling.
Bagaimana cara kerja spectrum analyzer
Kebanyakan spectrum analyzer memungkinkan pengguna untuk mengatur frekuensi awal dan akhir, serta frekuensi tengah di antaranya. Ini jadi sumbu untuk menentukan jangkauan frekuensi (span atau passband) — misalnya, rentang antara frekuensi awal dan akhir. Analyzer ini juga bisa mengukur radio noise floor dan mengevaluasi seberapa dekat dua sinyal bisa tetap terdeteksi sebagai dua puncak terpisah.
Spektrum frekuensi biasanya pakai skala linear, sedangkan amplitudo pakai skala logaritmik atau desibel. Ini memungkinkan perangkat menampilkan sinyal dengan perbedaan amplitudo besar secara bersamaan di satu layar.
Antarmuka spectrum analyzer bisa dihubungkan ke receiver nirkabel atau komputer untuk membantu mendeteksi dan menganalisis sinyal elektromagnetik dalam rentang frekuensi tertentu. Teknik ini disebut panoramic reception dan berguna banget untuk identifikasi sumber interferensi pada perangkat jaringan nirkabel seperti Wi-Fi dan router nirkabel.
Analyzer real-time memanfaatkan pemrosesan sinyal digital secara real-time (DSP) sebelum data disimpan ke memori. Ini memungkinkan pengguna untuk mengeksplorasi sinyal lebih dalam dan mendeteksi kejadian yang nggak kelihatan oleh perangkat lain. Mereka juga bisa melakukan kalibrasi dan pengondisian sinyal, serta menganalisis data secara batch di memori.
Dalam analyzer real-time, DSP dan prosesor kontrol yang mengendalikan tampilan perangkat memberi kemampuan canggih yang tidak dimiliki analyzer swept-tuned atau vector signal analyzer. Perangkat ini juga memungkinkan otomatisasi berbagai rutinitas.
Aplikasi spectrum analyzer
Pada tampilan spectrum analyzer, sinyal keluaran pada frekuensi selain dari frekuensi komunikasi yang diinginkan akan muncul sebagai garis vertikal (pip). Karena itu, perangkat ini berguna banget untuk menentukan apakah pemancar nirkabel bekerja sesuai standar emisi yang ditentukan oleh pemerintah — apakah pemancar tetap berada dalam pita frekuensi yang dialokasikan atau justru mengganggu pita lain.
Selain untuk desain dan pengujian RF, spectrum analyzer juga dipakai di bidang desain sirkuit elektronik, manufaktur, dan perbaikan perangkat elektronik.
Analyzer real-time khususnya sangat berguna untuk:
- Pengujian Wi-Fi
- Komunikasi suara dan data, seperti radio seluler
- Video digital
- Analisis pengujian radar
- Berburu interferensi
- Manajemen spektrum sinyal