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Spécifications de l'analyseur de spectre

Spécifications de l'analyseur de spectre

Les spécifications de l'analyseur de spectre peuvent être un peu compliquées, mais il est essentiel d'en avoir au moins une compréhension de base lors de la sélection de l'un de ces instruments de test.

Même lors de l'utilisation d'un analyseur de spectre, la compréhension des spécifications peut garantir que ses limites sont comprises et que les mesures qui sont effectuées sont celles qui sont à sa portée.

Les analyseurs de spectre sont des instruments de test coûteux, il est essentiel que le meilleur soit choisi pour toutes les applications. Il peut être important de comprendre les spécifications de base ainsi que la différence entre les analyseurs de spectre analogiques / superhétérodynes, les analyseurs de spectre FFT et même les analyseurs de spectre en temps réel.

Un peu de temps à étudier les spécifications peut garantir que le bon instrument de test est choisi.

Types d'analyseurs de spectre

Avant de plonger dans les spécifications et leur signification réelle, l'une des premières étapes consiste à sélectionner le bon type d'analyseur. Il existe plusieurs types d'analyseurs différents, il est donc essentiel de comprendre ce qu'est chaque type et ce qu'il est capable de réaliser.

  • Analyseur de spectre superhétérodyne: Ce type d'analyseur de spectre utilise le principe de la superhétérodyne. Un oscillateur local convertit le signal entrant en une fréquence IF fixe. En balayant l'oscillateur local à l'aide d'une tension de rampe, il est possible de balayer une gamme de fréquences. Si la tension de rampe est également liée à l'axe horizontal de l'affichage et l'axe vertical au niveau détecté du signal, alors un affichage du spectre est vu.
  • Analyseur de spectre FFT: L'analyseur de spectre FFT à transformée de Fourier rapide utilise des techniques numériques. Le signal entrant est échantillonné et des échantillons successifs sont transmis à un processeur FFT pour traiter le signal. Le processeur FFT assure tout le traitement du signal afin que les informations de spectre puissent être transmises à un processeur de commande et d'affichage pour être affichées.
  • Analyseur de spectre en temps réel: L'un des problèmes avec un analyseur FFT est que des signaux transitoires peuvent être manqués entre des échantillons successifs pour le processeur FFT. Pour surmonter cela, un analyseur de spectre en temps réel prélève des échantillons qui se chevauchent dans le temps. De cette façon, les transitoires qui se produisent seront capturés et analysés. Les analyseurs de spectre en temps réel sont particulièrement utiles pour analyser les systèmes RF qui sont pilotés par des processeurs car des problèmes et des transitoires peuvent survenir. Ils sont également très utiles pour capturer diverses formes de modulation et pour les systèmes à sauts de fréquence.
  • Analyseur de spectre USB: Bien que les analyseurs de spectre USB ne soient peut-être pas un type d'analyseur différent en tant que tel, ils justifient probablement une section car ils fournissent un moyen très rentable de créer un analyseur de spectre. En capturant la forme d'onde et en entreprenant le traitement dans un FPGA spécialement conçu, les informations traitées peuvent être transmises à un ordinateur via une interface USB pour être affichées. Cela économise des coûts et de l'espace considérables.

Couverture de fréquence de l'analyseur de spectre

La couverture de fréquences est peut-être l'une des principales caractéristiques principales d'un analyseur de spectre.

En règle générale, un analyseur de spectre sera capable de mesurer de très près de zéro Hertz jusqu'à sa fréquence maximale.

Normalement, la limite de fréquence inférieure n'est pas un problème pour la plupart des applications car les analyseurs de spectre RF sont normalement utilisés pour des fréquences bien comprises dans le spectre RF. La limite inférieure peut dépendre du fait que l'instrument de test est couplé en courant continu ou en courant alternatif. Le couplage CC donne normalement une limite beaucoup plus basse. Un exemple typique de la limite inférieure pour un analyseur de spectre haut de gamme peut être d'environ 2 Hz pour un couplage CC, mais 10 MHz pour un couplage CA.

L'avantage du couplage AC est qu'il supprime tout DC qui peut être présent sur le signal. Si le composant CC est trop grand, cela pourrait facilement endommager l'entrée de l'analyseur de spectre et la réparation pourrait être coûteuse.

Le principal paramètre requis pour la spécification de la couverture de fréquence est la limite supérieure. Cela devrait évidemment inclure au moins le fondamental des signaux d'intérêt, mais rappelez-vous que les analyseurs de spectre sont souvent nécessaires pour mesurer des signaux parasites comme la distorsion d'intermodulation et les harmoniques.

Afin de pouvoir vérifier correctement les performances de toute unité, module ou circuit, il est nécessaire de voir au moins la troisième harmonique du signal principal, et de préférence plus élevée.

Un jugement prudent doit être fait pour sélectionner la bonne fréquence supérieure, éventuellement avec une certaine contingence. Cependant, les incréments de la fréquence maximale ont tendance à être assez importants et ils s'accompagnent d'une forte augmentation des coûts.

Spécification de précision de fréquence

La précision de fréquence est une spécification importante pour tout analyseur. Bien qu'il ne s'agisse pas d'un compteur de fréquence, la précision de la fréquence est souvent la clé de sa spécification.

La précision de fréquence est traitée différemment pour les anciens analyseurs analogiques à balayage superhétérodyne et les analyseurs numériques FFT beaucoup plus récents. Il vaut la peine d'examiner séparément les spécifications des deux formes d'instruments de test séparément. L'analyseur superhétérodyne balayé étant le premier sur la scène, cela sera abordé en premier:

  • Analyseurs de spectre à balayage superhétérodyne analogique: Les erreurs de cette forme d'analyseur de spectre peuvent être divisées en un certain nombre de domaines différents:
    • Imprécision de la référence de fréquence: Cette erreur est principalement déterminée par l'oscillateur de base de temps interne de l'analyseur. Aujourd'hui, pratiquement tous les analyseurs de spectre utilisent un oscillateur à four à cristal de haute performance, ce terme est donc généralement assez petit. L'architecture interne de l'analyseur aura également une incidence sur ce terme. Cependant, lorsque vous utilisez un analyseur de spectre pour des mesures de fréquence, il convient de se rappeler que le four prend du temps à se réchauffer et à se stabiliser, de sorte que les mesures ne doivent être prises qu'une fois l'analyse terminée. Tous les détails à ce sujet seront fournis dans la fiche technique de l'analyseur de spectre.
    • Erreur de portée: Sur les analyseurs plus anciens qui n'ont peut-être pas utilisé de techniques numériques, une erreur de portée était également un problème clé. Cette erreur était souvent divisée en deux spécifications, sur la base du fait que de nombreux analyseurs de spectre étaient entièrement synthétisés pour de petites portées, mais sont réglés en boucle ouverte pour des portées plus grandes. Vérifiez le fonctionnement de l'analyseur, mais pour la plupart des modèles modernes, cela ne s'applique pas
    • Erreur de fréquence centrale: Encore une fois, cette forme de spécification d'erreur était applicable aux analyseurs plus anciens. Dans la plupart des cas, elle était beaucoup plus petite que l'erreur de portée.
  • Analyseurs de spectre basés sur la FFT: Les analyseurs de spectre à transformée de Fourier rapide utilisent une approche très différente pour atteindre le même objectif que les instruments de test plus anciens. Dans ce groupe d'analyseurs, l'analyseur de spectre en temps réel est également inclus car il s'agit en réalité d'une version spécialisée haute performance de l'analyseur de spectre FFT. Il est également possible d'inclure l'analyseur de spectre USB car il fonctionne selon les mêmes principes que l'analyseur FFT - la seule différence est que l'instrument de test USB utilise l'affichage, le traitement de l'affichage, les commandes, etc. dans un ordinateur, tout en laissant le Analyseur de spectre USB pour entreprendre tout le traitement du signal.

    Dans ces analyseurs, tous les signaux de référence, horloges et autres sont dérivés d'une source à haute stabilité. Souvent, il s'agit d'un oscillateur à cristal contrôlé par un four - il pourrait même être verrouillé sur une source standard beaucoup plus élevée pour donner au système un niveau de précision de fréquence beaucoup plus élevé. Toute mesure de fréquence effectuée par l'analyseur sera fondamentalement déterminée par la précision de l'horloge.

    En règle générale, les mesures de fréquence sont effectuées à l'aide de marqueurs. Une position sur l'écran est sélectionnée, et il s'agit souvent d'un pic d'un signal afin que sa fréquence centrale puisse être mesurée. C'est principalement la précision de fréquence de ces marqueurs qui est intéressante.

    Il existe plusieurs spécifications de précision de fréquence qui sont utilisées dans un analyseur de spectre FFT.

    • Résolution du marqueur: La résolution du marqueur n'est pas réellement liée à la précision de la fréquence, mais elle donne les pas que le marqueur peut faire - elle donne la taille du pas entre une position et la position adjacente. Dans de nombreux instruments de test, cela peut aller jusqu'à 1 Hz. C'est plus que suffisant, d'autant plus que certaines des fréquences que les analyseurs modernes peuvent mesurer s'étendent à de nombreux GHz.
    • Incertitude de fréquence du marqueur: L'incertitude du marqueur est ce que l'on pourrait considérer comme la précision du système. Comme les marqueurs donnent une lecture de la fréquence à laquelle ils sont positionnés, donnant souvent la fréquence crête ou centrale d'un signal, c'est cette précision ou plus exactement l'incertitude qui est d'une grande importance.

      Le chiffre d'incertitude du marqueur se compose de plusieurs éléments. Il peut généralement être déterminé comme ± (fréquence du marqueur x précision de référence + généralement environ 10% de la largeur de bande de résolution + 0,5 x (portée / (points de balayage - 1) + résolution du marqueur).

    La précision de fréquence d'une référence de fréquence utilisée dans un analyseur de spectre, qu'il s'agisse d'un analyseur à balayage ou d'un analyseur FFT, dépend de la référence de fréquence utilisée pour piloter le synthétiseur de fréquence et d'autres signaux d'horloge. Cela suppose que l'oscillateur variable dans l'analyseur est synthétisé et ne fonctionne pas librement comme dans certains des tout premiers analyseurs.

    L'erreur de référence de fréquence peut être calculée comme suit: ± (temps depuis le dernier ajustement x taux de vieillissement + dérive de température + précision d'étalonnage).

La précision de fréquence des analyseurs de spectre n'est pas toujours facile à calculer en laboratoire, mais les modèles haute performance d'aujourd'hui fourniront des niveaux de précision étonnamment élevés, bien qu'en utilisant les calculs simples ci-dessus, il soit possible d'obtenir une bonne estimation des performances, sans faire une étude complète de tous les paramètres pertinents.

Spécification du bruit de phase

Le bruit de phase est devenu de plus en plus important ces dernières années et, parallèlement, il est nécessaire de mesurer les performances de bruit de phase de nombreux oscillateurs et systèmes.

Afin d'effectuer des mesures de bruit de phase, les performances de l'analyseur de spectre doivent être meilleures que celles de l'unité sous test. Sinon, la mesure sera celle de l'instrument de test de bruit de phase effectuant la mesure car le bruit de phase de l'analyseur de spectre masquerait celui de l'unité sous test.

Compte tenu de cela, les performances de bruit de phase de l'analyseur sont un paramètre clé.

Typiquement, la spécification du bruit de phase est donnée comme le niveau de bruit de bande latérale unique qui est mesuré lors de l'utilisation d'une source de signal parfaite. Il est spécifié comme le niveau de bruit de phase mesuré en dBc (décibels par rapport à la porteuse) mesuré dans une largeur de bande de 1 Hz à un décalage donné.

Comme le niveau de bruit de phase varie avec le décalage, le niveau peut être spécifié à un certain nombre de fréquences, et un tracé du bruit peut également être donné.

Une spécification typique peut ressembler au tableau ci-dessous:

Décalage par rapport au transporteurNiveau
10 Hz-80 dBc
100 Hz-108 dBc
1 kHz<-125dBc
10 kHz<- 135 dBc
100 kHz<- 138 dBc
1 MHz<-145 dBc
10 MHz<- 154 dBc

Lorsque la mesure atteint un décalage de 10 MHz, il est prévu que le bruit restera constant, atteignant le plancher de bruit de l'instrument d'essai.

Spécification de précision d'amplitude

La spécification de l'analyseur de spectre pour la précision de l'amplitude est d'une grande importance pour toutes les mesures effectuées par l'instrument de test.

Il existe deux spécifications de l'analyseur associées à la précision d'amplitude:

  • Spécification de précision absolue: Cette spécification de l'analyseur de spectre fait référence aux mesures où le niveau absolu est requis. Il peut s'agir d'une mesure du niveau de puissance d'un signal exprimé en dBm, etc.
  • Spécification de précision relative: La spécification de précision relative est légèrement différente. Cette spécification est utilisée lorsque les signaux sont exprimés en décibels par rapport à un autre signal. Par exemple, une harmonique peut être exprimée en décibels sur la porteuse. Ces mesures sont généralement plus précises que les mesures absolues car la précision de toute la chaîne de signal est

Spécification de la bande passante de résolution

La spécification de la largeur de bande de résolution pour un analyseur de spectre est importante lorsqu'il est nécessaire de mesurer des signaux proches les uns des autres.

La largeur de bande de résolution est principalement déterminée par la bande passante du filtre utilisé dans l'analyseur, mais d'autres facteurs tels que le type de filtre, la FM résiduelle et les bandes latérales de bruit sont des facteurs à prendre en compte pour déterminer la résolution utile disponible.


Voir la vidéo: Tuto Stabilité Spectrale Analyseurs de Spectre (Décembre 2020).