TinySA Ultra маленький анализатор спектра для радиолюбителя (обзор)

Прогресс в части радиолюбительской аппаратуры за последние годы шагнул далеко вперед. Еще недавно у радиолюбителя на столе гнездился целый парк советской измерительной техники, затем стали доступны (хоть и не всем) сервисные мониторы – универсальные приборы позволяющие проводить множество измерений. А теперь появился TinySA Ultra (TinySA4), который если изменит не все, то очень многое! Не так давно похожая история происходила и в сегменте антенных анализаторов, когда для широкой общественности стал доступен дешевый и функциональный NanoVNA про который я уже писал на страницах журнала. Короче говоря, революция в радиолюбительских измерениях свершилась. И если вы мечтали получить себе на стол измерительный комплекс за 3 копейки и 2 бутерброда, то я вас поздравляю, вы дождались. Но давайте вернемся к герою нашего обзора, это TinySA4 или TinySA Ultra.

TinySA — Маленький анализатор спектра и не только! Что это и зачем?

Зачем вообще нужен анализатор спектра радиолюбителю, и с чем его едят? Если всем известный осциллограф используется для измерения и отображения быстропеременных электрических сигналов во времени, то анализатор спектра используется для измерения амплитуды, а также отображения электрических сигналов в зависимости от частоты!

На экране анализатора спектра мы видим т.н. АЧХ, или Амплитудно-Частотную Характеристику. К слову, многие современные осциллографы имеют функцию БПФ (быстрого преобразования Фурье) схожую с тем, чем занимается анализаторы спектра, но функция эта, как правило, сделана для галочки и полноценный анализатор спектра заменить не может.

Кому может быть полезен анализатор спектра?

Такой прибор может быть полезен, если вам необходимо понять, на каких частотах работает тот или иной ВЧ прибор. Какова амплитуда излучаемого сигнала? Есть ли гармоники на выходе передатчика, каков их уровень? При помощи такого прибора радиолюбители могут проводить быстрый ВЧ-анализ эфирной обстановки. Точно наводить ВЧ антенны на источник сигналов. Проверять правильность работы РЧ устройств. Также возможно определение параметров модуляции, измерение фазовых шумов, измерение коэффициента шума, измерение гармонических и не гармонических искажений и т.д. Обо всех возможностях этого прибора мы поговорим ниже.

Комплектация и внешний вид

Поставляется анализатор в черной картонной коробке с текстурированным покрытием. Логотип и название прибора выполнены золотым тиснением.

Сам анализатор внутри коробки находится в пластиковом прозрачном сепараторе и упакован в матовый полиэтиленовый пакет.

Вытаскиваем сепаратор и видим картонную вставку с логотипом и адресом сайта, где можно почерпнуть массу знаний об использовании TinySA (если, конечно, вы знаете английский язык).

Под картонной вставкой находятся два кабеля SMA–Male, соединительный бочонок SMA–Female, USB–C кабель для зарядки и соединения с ПК, телескопическая антенна с SMA–Male разъемом и стилус в виде гитарного медиатора.

Комплектация не богатая, но есть все что нужно для работы, кроме внешнего аттенюатора. Сам анализатор TinySA Ultra исполнен в пластиковом корпусе. Хотелось бы, конечно, увидеть металл, но думается, это было бы дороже.

С обратной стороны находится маркировочная табличка, на которой указан логотип, QR-код, частотные диапазоны, ревизия прибора, серийный номер, а также то, что прибор разработал Эрик из Нидерландов, а произвела на свет компания ZeenCo в Китае.

На борту присутствует 4-х дюймовый сенсорный экран.

2 SMA разъема для подключения ВЧ устройств.

Управление представлено выключателем питания, светодиодом и качающимся джойстиком-кнопкой. Удобнее всего управлять анализатором через сенсорный экран, но если вам это вдруг неудобно, то можно обойтись и «качелькой».

На нижней грани корпуса присутствует разъем USB–C для соединения анализатора с ПК и зарядки встроенного аккумулятора. Здесь же находится разъем для microSD карты (в комплекте идет карточка на 32Гб). Рядом расположен разъем для подключения наушников. Анализатор умеет демодулировать принимаемые сигналы.

Собственно, это все, что можно сказать про внешний вид прибора. Он аскетичен и очень похож на своего собрата NanoVNA.

Включаем прибор. Основы управления.

Стартует прибор в последнем режиме, в котором его выключили. Если был активирован анализатор спектра, значит запустится анализатор спектра. Если был включен режим генератора, значит будет активирован режим генератора.

Управляется прибор очень просто. Нажатием на джойстик вызывается меню. Качелькой джойстика перемещаемся по меню. Нажатием на джойстик ходим по пунктам. Аналогично работает сенсорное управление стилусом. Тап на экран вызывает меню, а дальше все как в современном смартфоне.

Первое, что следует сделать после включения, это самокалибровка. Соединяем комплектным кабелем порты прибора. Затем заходим в пункт меню CONFIG -> SELF TEST. Если все хорошо, то идем в меню LEVEL CAL и, сбросив калибровку, проводим ее заново от 100кГц до 5.3ГГц, либо выше 5.3ГГц, в зависимости от задач. Для калибровки выше 5.3ГГц нужен отдельный генератор.

Подробнее про СВЧ измерения читайте ниже в разделе Ultra Mode. Там описано какие ограничения у прибора есть на СВЧ диапазонах.

Описание пунктов меню анализатора спектра TinySA Ultra

Меню у анализатора обширное и имеет древовидную структуру. Ниже я постарался перевести все пункты меню (возможно это где-то сделано коряво, но что поделать).

PRESET пункт загружает или сохраняет конфигурации прибора.

LOAD STARTUP перезагружает начальные настройки с которыми прибор стартует.
LOAD X загружает настройки из слота x (изначально там EMPTY X).
LOAD DEFAULTS загружает заводские настройки.
SAVE SETTINGS запоминает текущее состояние прибора которое будет загружено при следующем включении.
LOAD FROM SD загрузить настройки прибора с SD карты.

STORE управление сохраненными настройками.

STORE AS STARTUP запомнить текущие настройки и загрузить их при следующем запуске.
STORE (1-4) сохраняет текущие настройки в слот (1-4).
STORE -> SD сохранить текущие настройки на SD карту.
FACTORY DEFAULTS установить при следующем запуске настройки по умолчанию.

FREQUENCY пункт задает диапазоны частот для работы прибора.

START задать начальную частоту сканирования прибора.
STOP задать конечную частоту сканирования прибора.
CENTER задать центральную частоту сканирования.
SPAN диапазон сканирования относительно центральной частоты.
ZERO SPAN переводит сканирование в режим center/span, устанавливает диапазон в 0 Гц и задает центральную частоту.
RBW задает полосу разрешения. Имейте в виду, что низкий RBW может существенно увеличить время сканирования.
VBW устанавливает VBW как часть от RBW или автоматически.
SHIFT FREQ используется в сочетании с преобразователями вверх / вниз и позволяет вводить фактическую частоту с учетом смещения.

LEVEL в этом меню находятся настройки связанные с уровнем измеряемых сигналов

REF LEVEL устанавливает уровень относительно которого проводится измерение сигнала. Верхняя граница.
SCALE/DIV уровень на клетку дисплея.
ATTENUATE задает величину ослабления сигнала по входу (регулировка встроенного аттенюатора).
UNIT система измерения (dBm, dBmV, dBuV, Вольт или Ватт).
EXT GAIN устанавливает смещение уровня в dB, если используется внешний усилитель с фиксированным усилением, или аттенюатор на нужное количество dB.
LNA управление встроенным МШУ (LNA). Когда МШУ включается, встроенный аттенюатор выключается.

TRIGGER настройка триггеров.

AUTO это обычный режим сканирования, триггеры не активированы.
NORMAL отображает результат на экране, как только уровень сигнала в настройках триггера будет выше определенного уровня.
SINGLE единичное сканирование диапазона.
TRIGGER LEV в этом пункте можно ввести уровень срабатывания триггера.
UP EDGE начинает сканирование, когда уровень входного сигнала поднимается с уровня ниже установленного уровня триггера до уровня выше установленного уровня триггера
DOWN EDGE начинает сканирование, когда уровень входного сигнала переходит с уровня выше установленного уровня триггера на уровень ниже установленного уровня триггера
PRE|MID|POST TRIGGER настройка переключения триггера, позволяющая установить положение триггера в начале, середине или конце сканирования.
LISTEN переводит tinySA в режим прослушивания на частоте текущего активного маркера (через разъем для наушников).

TRACE настройка графика и управление различными аспектами отображения графика (АЧХ).

TRACE (1-4) выбор одного из 4 графиков и его параметров.
ENABLE включить или выключить сбор, анализ и отображение информации на графике
FREEZE заморозить график в текущей момент времени.
CALC в этом пункте можно выбрать различные параметры вычисления и отображения графика во времени, такие как усреднение, максимальное удержание и т.д.
OFF выключить любые усреднения, удержания и пр.
MIN HOLD настраивает дисплей на отображение минимального измеренного значения.
MAX HOLD настраивает дисплей на отображение максимального измеренного значения.
MAX DECAY настраивает отображение измеренного для максимального количества сканирований.
AVER 4 усреднение по 4 измерениям.
AVER 16 усреднение по 16 измерениям.
AVER усреднение по всем измерениям. Нажмите еще раз, чтобы начать измерение снова.
QUASI PEAK устанавливает режим квазипикового удержания.
TABLE->TRACE поддерживает определение статической трассировки
NORMALIZE нормализует график.
SUBTRACT выбирает график для вычитания из текущего графика.
TRACE->TRACE копирует текущие данные графика на другой график
TRACE->SD записывает текущие данные с графика на вставленную SD-карту, имя файла создается на основе текущих даты и времени
SD->TRACE считывает данные графика с SD-карты и сохраняет в статичный график.

DISPLAY настройки отображения информации на дисплее.

PAUSE SWEEP приостановить сканирование.
WATERFALL включить режим водопада.
BIG NUMBER отображает на дисплее значение сигнала (крупно) соответствующее текущему положению маркера.
DRAW LINE выводим горизонтальную синюю линию на дисплее на указанном уровне.
SWEEP TIME устанавливает время для полной развертки в секундах.
SWEEP POINTS устанавливает количество точек сканирования.
SWEEP ACCURACY устанавливает компромисс между временем развертки и точностью.
NORMAL стандартный режим сканирования
PRECISE точный режим сканирования.
FAST быстрый режим сканирования.
NOISE SOURCE оптимизация для широкополосного сканирования с использованием источников шума.
SPEEDUP устанавливает коэффициент ускорения при сканировании.
ROTATE DISPLAY повернуть дисплей на 180 градусов.

MARKER позволяет настроить маркеры на графике.

MODIFY MARKER позволяет выбрать маркер и настроить его параметры.
MARKER (1-8) выбираем нужный нам маркер.
DELTA (1-8) устанавливаем выбранный маркер, как дельта-маркер.
NOISE определить выбранный маркер, как маркер шума.
TRACKING определить выбранный маркер как трекинг маркер.
TRACE (1-4) позволяет выбрать график на котором будет отображаться выбранный маркер.
TRACE AVERAGE устанавливает выбранный в данный момент маркер для отображения среднего уровня сигнала (для всего графика).
SEARCH подменю для настройки поиска пиков и т.д.
PEAK SEARCH выставить маркер на максимальный пик.
MIN<-LEFT найти первый минимум левее относительно текущей позиции
MIN->RIGHT найти первый минимум правее относительно текущей позиции
MAX<-LEFT найти первый максимум левее относительно текущей позиции
MAX->RIGHT найти первый максимум правее относительно текущей позиции
ENTER FREQUENCY установить маркер на нужную частоту
TRACKING автоматически установить маркер на максимальный уровень сигнала на спектре.
PEAK n устанавливает минимальную величину в dB выше минимального уровня шума для маркера отслеживания.
DELETE выключить выбранный маркер и вернуться в предыдущее меню.
MARKER OPS позволяет настроить диапазон отображения частоты на основе активного маркера.
-> START устанавливает начальную частоту сканирования по частоте текущего маркера.
-> STOP устанавливает конечную частоту сканирования по частоте текущего маркера.
-> CENTER устанавливает центральную частоту сканирования по частоте текущего маркера.
-> SPAN устанавливает диапазон сканирования на частоту текущего маркера.
-> REF LEVEL устанавливает уровень REF LEVEL на уровень текущего маркера.
SEARCH MARKER позволяет размещать маркер без отслеживания на максимумах или минимумах сигнала. Смотрите описание «поиска» выше.
RESET MARKERS сбросить все маркеры на «по умолчанию».

MEASURE помогает быстро настроить TinySA для определенных измерений.

OFF выключает все настройки и режимы связанные с измерением, и возвращает tinySA к обычной работе.
HARMONIC переключает прибор в режим настройки маркеров для измерения уровня гармоник сигнала.
OIP3 переключает прибор в режим настройки маркеров для измерения IP3.
PHASE NOISE переключает прибор в режим настройки маркеров для измерения фазового шума.
SNR переключает прибор в режим настройки маркеров для измерения соотношения сигнал/шум.
-3dB WIDTH переключает прибор в режим настройки маркеров для измерения в полосе -3dB.
AM устанавливает различные настройки для оптимизации наблюдений сигнала с AM-модуляцией.
FM устанавливает различные настройки для оптимизации наблюдений сигнала с FM-модуляцией.
THD позволяет измерять THD, определяемый как процент энергии в гармониках по сравнению с энергией в основном пике.
CHANNEL POWER позволяет измерять ACP и мощность в канале.
LINEAR прогоняет внутренний аттенюатор по всем уровням ослабления и рисует зеленую линию, показывающую измеренный максимальный уровень для каждой настройки ослабления.
NOISE FIGURE шумовые измерения.
MEASURE TINYSA NF измеряет шумовые показатели tinySA на указанной частоте.
STORE TINYSA NF запоминаем измеренные шумовые показатели.
VALIDATE TINYSA NF проверяем правильность измерения.
MEASURE AMP NF измеряем УРОВЕНЬ ШУМА усилителя.
STORAGE различные функции, связанные с сохранением.
LOAD BMP загружает ранее сохраненное изображение экрана.
LOAD CMD загружает и запускает командный файл.
AUTO NAME включает автоматические именование файлов по дате и времени.

CONFIG меню настройки анализатора.

TOUCH подменю настройки тачскрина.
TOUCH CAL калибровка тачскрина.
TOUCH TEST проверка калибровка тачскрина.
SELF TEST запускает программу самопроверки. Для самопроверки соедините комплектным кабелем разъемы CAL и RF.
LEVEL CAL калибровка прибора для точных измерений уровней сигналов.
CALIBRATE 100 кГц to 5.34ГГц для этой калибровка используется выход CAL.
CALIBRATE above 5.34ГГц для этой калибровки требуется сигнал с внешнего генератора 5.34ГГц для удаления шага на 5.34ГГц.
RESET CALIBRATION сбросить калибровки на «по умолчанию».
VERSION показать версию прошивки.
SPUR REMOVAL активирует алгоритм удаления спур.
SAMPLE REP устанавливает количество повторных измерений для каждой частоты.
BRIGHTNESS позволяет настроить яркость дисплея.
DATE TIME установка времени и даты.
SET TIME установка времени.
SET DATE установка даты.
PULSE HIGH включает триггерный сигнал с выхода CAL для старта измерений.
LO OUTPUT включает выход первого гетеродина на выход CAL.
ENABLE ULTRA включает режим Ultra для входов и выходов.
MINIMUM GRID LINES устанавливает количество линий сетки на экране.
JOG STEP устанавливает шаг частоты при использовании джойстика.
CLEAR CONFIG сброс на заводские настройки по умолчанию. Для сброса введите код 1234.
CONNECTION установки для настройки соединения прибора и ПК.
USB соединение прибора через USB.
SERIAL используется встроенный COM порт для соединения (надо разбирать корпус).
SERIAL SPEED настройка скорости COM порта.
LEVEL CORRECTION позволяет настроить входные и выходные уровни сигналов.
INPUT LEVEL позволяет калибровать показания уровня путем ввода известного уровня сигнала под маркером 1.
OUTPUT LEVEL позволяет вводить и корректировать фактический уровень выходного сигнала на нескольких частотах.
30 МГц LEVEL позволяет ввести фактический уровень автоматически активируемого выходного сигнала на частоте 30 МГц.
1ГГц LEVEL позволяет ввести фактический уровень автоматически активируемого выходного сигнала на частоте 1ГГц.
1.2ГГц LEVEL позволяет ввести фактический уровень автоматически активируемого выходного сигнала на частоте 1.2ГГц.
INPUT CURVE позволяет вводить частотно-зависимую коррекцию входного уровня для диапазона 0 – 800 МГц.
LNA CURVE позволяет вводить частотно-зависимую коррекцию входного уровня для диапазона 0 – 800 МГц при включенном LNA.
ULTRA CURVE позволяет вводить частотно-зависимую коррекцию входного уровня для диапазона 800 МГц – 6 ГГц.
LNA_U CURVE позволяет вводить частотно-зависимую коррекцию входного уровня для диапазона 800 МГц – 6 ГГц с включенным LNA.
OUTPUT CURVE позволяет вводить частотно-зависимую коррекцию выходного уровня для диапазона 0-800 МГц.
EXPERT CONFIG позволяет корректировать тонкие настройки.
PROGRESS BAR управляет отображением зеленого прогресс-бара при медленном сканировании.
DIRECT MODE включает специальный режим для:
LINEAR AVERAGING
HARMONIC
FREQ CORR позволяет настроить коррекцию частоты.
NF профиль шума для tinySA Ultra.
DUMP FIRMWARE слить прошивку с прибора.
INTERNALS поддерживает настройку некоторых внутренних параметров. Не используйте без соответствующих инструкций.
AGC включение/выключение встроенного АРУ.
LNA включение/выключение встроенного МШУ.
BPF позволяет измерять производительность внутреннего полосового фильтра.
BELOW IF переключает LO в режим ниже ПЧ при измерении ниже 190 МГц.
IF FREQ позволяет ввести частоту ПЧ, используемую в НЧ режиме.
DECAY задает скорость затухания квазипикового измерения.
ATTACK задает скорость атаки квазипикового измерения.
SCAN SPEED? позволяет настроить скорость сканирования.
MIXER DRIVE устанавливает мощность сигнала на выходе смесителя.

MODE выбираем режим работы прибора.

Анализатор спектра. Для измерений используется порт RF (вход)
Генератор стандартных сигналов. Для выхода используется порт RF (выход)
Калибровочный выход управляет встроенным калибровочным эталонным генератором, используя порт CAL для вывода сигнала.

Технические характеристики TinySA Ultra

Пользовательский интерфейс:

Разрешение экрана 480*320 пикселей
Диагональ экрана 4″
Цветность 16 бит на пиксель
Резистивный тачскрин
Управление джойстиком
Управление по USB
Опционально управление через встроенный USART
Линейные преобразователи напряжения для снижения уровня помех

Характеристики анализатора спектра:

Частотный диапазон от 100 кГц до 800 МГц в обычном режиме и до 6 ГГц в режиме ULTRA
Входное сопротивление 50 Ом, когда аттенюатор включен на 10 dB или больше
Регулируемый ручной или автоматический входной аттенюатор сигналов с диапазоном от 0 dB до 31 dB и шагом 1 dB
Максимальный входной уровень сигналов +10 dBm с выключенным аттенюатором
Максимальный кратковременный уровень +20 dBm с включенным аттенюатором 30 dB
Рекомендуемая максимальная входная мощность +5 dBm с аттенюатором, работающим в автоматическом режиме
Для максимально корректных измерений придерживайтесь уровня сигнала на входе не выше -25dBm
Точка компрессии для измерения интермодуляционных искажений 3 порядка (IIP3) +15dBm с выключенным аттенюатором
Точка компрессии в 1dB на -1dBm с выключенным аттенюатором
Разрешение детектора мощности 0,5 dB. Линейность в зависимости от частоты +/-2 dB
Абсолютная точность детектора уровня мощности после калибровки +/-2 dB
�