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Comment utiliser un analyseur de spectre

Comment utiliser un analyseur de spectre

Les analyseurs de spectre sont des instruments de test clés à utiliser lors des tests de radiofréquence, de circuits RF, de modules et d'unités. Ils sont utilisés dans de nombreux domaines, notamment la conception RF, la conception générale de circuits électroniques, la fabrication et les tests électroniques, ainsi que le service et parfois la réparation sur site.

Ces instruments de test affichent l'amplitude par rapport à la fréquence et, par conséquent, ces instruments de test sont essentiels pour localiser les signaux parasites et afficher et mesurer les largeurs de bande des signaux.

Savoir comment utiliser efficacement un analyseur de spectre est essentiel pour pouvoir étudier correctement le fonctionnement des circuits RF.

L'un des principaux moyens de comprendre comment utiliser un analyseur de spectre est de jeter un œil aux commandes.

Bien que cet instrument de test puisse sembler compliqué, il peut être facile de comprendre comment utiliser un analyseur de spectre une fois qu'un peu de temps a été passé avec un analyseur de spectre.

Bien que chaque type d'analyseur soit différent, les concepts de base sont les mêmes pour tous les instruments de test - les mêmes types de mesure peuvent être effectués et les mêmes fonctions de contrôle de base sont disponibles. De cette manière, une fois qu'un instrument de test a été utilisé, les mêmes compétences de base peuvent être transmises à l'utilisation d'autres analyseurs de spectre.


Comment utiliser un analyseur de spectre - les bases

Il existe un certain nombre de commandes et d'interfaces différentes sur un analyseur de spectre. Bien que ces équipements de test puissent paraître compliqués, il est possible d'en faire bon usage après un peu de pratique car il est nécessaire d'utiliser correctement les commandes.

  • L'affichage Lorsque vous regardez comment utiliser un analyseur de spectre, l'un des principaux éléments de l'équipement de test est l'affichage. L'affichage a un réticule qui a généralement dix grandes divisions horizontales et dix grandes divisions verticales.

    L'axe horizontal de l'analyseur est étalonné linéairement en fréquence, la fréquence la plus élevée se trouvant sur le côté droit de l'affichage. L'axe vertical est calibré en amplitude. Cette échelle est normalement logarithmique, bien qu'il soit souvent possible d'avoir d'autres échelles, y compris des échelles linéaires pour des mesures spécialisées.

    Une échelle logarithmique est normalement utilisée car elle permet de voir des signaux sur une très large plage sur l'analyseur de spectre - les signaux d'intérêt peuvent varier de 70 dB, 80 dB ou plus. En règle générale, une valeur de 10 dB par division est utilisée. Cette échelle est normalement calibrée en dBm (c.-à-d. Décibels relatifs 1 milliwatt) et il est donc possible de voir les niveaux de puissance absolus ainsi que de comparer la différence de niveau entre deux signaux.

    En plus de l'affichage du spectre, les analyseurs modernes utilisant la technologie numérique ont souvent des touches programmables pour fournir diverses fonctions autour du bord de l'écran.

  • Réglage de la fréquence Pour régler la fréquence d'un analyseur de spectre, deux sélections peuvent être effectuées. Ces sélections sont indépendantes les unes des autres et sur différentes commandes ou saisies via un clavier séparément:

    • Fréquence centrale: : La sélection de la fréquence centrale règle la fréquence du centre de l'échelle sur la valeur choisie. C'est normalement là que se trouverait le signal à surveiller. De cette manière, le signal principal est au centre de l'affichage et les fréquences de chaque côté peuvent être surveillées.
    • Envergure: La sélection de portée est l'étendue de la couverture de fréquence qui doit être visualisée ou surveillée lors de l'utilisation de l'analyseur de spectre. La portée peut être donnée en tant que bande passante par division sur le réticule, ou la portée totale qui est vue sur la partie calibrée de l'écran, c'est-à-dire dans les étendues maximales des étalonnages sur le réticule. Une autre option souvent disponible consiste à définir les fréquences de démarrage et d'arrêt du balayage. C'est une autre façon d'exprimer la portée car la différence entre les fréquences de démarrage et d'arrêt est égale à la plage. La réduction de la portée permettra une meilleure résolution du signal, permettant de voir la proximité des composantes du signal.
    • Fréquences supérieure et inférieure: : Au lieu de régler la plage et la fréquence centrale, de nombreux analyseurs offrent la possibilité de saisir les fréquences de démarrage et d'arrêt ou les fréquences supérieure et inférieure pour le balayage.
  • Réglages de gain et d'atténuation Il existe d'autres contrôles à utiliser sur un analyseur de spectre. La plupart d'entre eux appartiennent à l'une des deux catégories. Le premier est associé au gain ou à l'atténuation des sections dans l'analyseur de spectre.

    Si des sections de l'équipement d'essai sont surchargées, des signaux parasites peuvent être générés à l'intérieur de l'instrument. Cela peut être évité en incluant une atténuation supplémentaire à l'aide de l'atténuateur d'entrée. Cependant, si trop d'atténuation est insérée, un gain supplémentaire est requis dans les étapes ultérieures (gain IF) et le niveau de bruit de fond est augmenté, ce qui peut parfois masquer des signaux de niveau inférieur. Ainsi, un choix judicieux des niveaux de gain pertinents dans l'analyseur de spectre est nécessaire pour obtenir les performances optimales.

    Les équipements de test modernes ont souvent une seule commande de gain, normalement appelée commande de niveau de référence, qui combine les commandes d'atténuation d'entrée et de gain IF. Il ajuste automatiquement les deux pour obtenir le réglage optimal. De cette manière, à la fois la surcharge à une extrémité, l'échelle et le plancher de bruit à l'autre extrémité sont optimisés.

    Normalement, le gain global est ajusté de manière à ce que le pic du signal d'intérêt soit placé vers le haut de l'écran - généralement un écart de 10 dB par rapport au haut est une marge suffisante. De cette manière, les signaux parasites et autres en amplitude peuvent également être vus très facilement.

    Si le niveau de référence est trop réduit, la valeur des signaux diminue et se rapproche progressivement du niveau de bruit résiduel. Pour des mesures raisonnables, il devrait y avoir une différence de 20 dB entre le signal et le bruit.

  • Taux de scan L'analyseur de spectre fonctionne en balayant la plage de fréquences requise du bas vers le haut de la plage requise. La vitesse à laquelle il le fait est importante. De toute évidence, plus la plage est analysée rapidement, plus la mesure peut être effectuée rapidement.

    Cependant, la vitesse de balayage de l'instrument de test est limitée par deux autres éléments. Ce sont le filtre qui est utilisé dans l'IF et le filtre vidéo qui peut également être utilisé pour faire la moyenne de la lecture. Ces filtres doivent avoir le temps de répondre sinon les signaux seront manqués et les mesures rendues inutiles.

    Il est toujours essentiel de maintenir la vitesse de balayage aussi élevée que possible pour garantir que les mesures sont effectuées le plus rapidement possible. Normalement, la vitesse de balayage, la portée et les largeurs de bande du filtre sont liées dans l'équipement de test pour garantir que la combinaison optimale est choisie. La vitesse de balayage est un paramètre clé, en particulier lorsqu'un grand nombre de mesures doivent être effectuées, par exemple dans la conception RF où les circuits intégrés ou RF doivent être caractérisés, ou chez les fabricants d'électronique où les temps de test doivent être réduits au minimum.

  • Filtrer les bandes passantes Les autres contrôles concernent les largeurs de bande de filtre au sein de l'instrument. Il existe généralement deux types:
    • Filtre IF: Le filtre IF basic fournit la résolution de l'analyseur de spectre en termes de fréquence. Le choix d'une bande passante de filtre étroite permettra de voir des signaux proches les uns des autres. Cependant, du fait même qu'ils sont à bande étroite, ces filtres ne répondent pas aux changements aussi rapidement que les filtres à bande plus large. En conséquence, une vitesse de balayage plus lente doit être choisie lors de leur utilisation.

      Lorsque vous devez utiliser des bandes passantes étroites et des taux de balayage lents, la durée pendant laquelle une mesure peut être effectuée en réduisant la durée à analyser. Même si une vitesse de balayage lente doit être utilisée, la plage sur laquelle l'analyse doit être effectuée peut être réduite, réduisant ainsi le temps de balayage pour l'analyseur.

    • Filtre vidéo: La fonction de filtre vidéo a été utilisée avec de nombreux analyseurs de spectre analogiques et n'est pas couramment vue sur ceux qui utilisent le traitement numérique du signal. Il fournit une forme de moyennage à appliquer au signal. Cela a pour effet de réduire les variations causées par le bruit et cela peut aider à faire la moyenne du signal et ainsi révéler des signaux qui ne seraient pas visibles autrement. L'utilisation du filtrage vidéo limite également la vitesse à laquelle l'analyseur de spectre peut scanner. Les analyseurs de spectre FFT et temps réel modernes auront une fonction de calcul de moyenne spéciale.

    Sur les analyseurs de spectre modernes, la bande passante du filtre est normalement automatiquement liée à la plage et à la fréquence de balayage, de sorte que le réglage optimal est choisi pour toute situation donnée. Plus le filtre est étroit, plus les détails sont fins et plus le niveau de bruit de fond est bas. (NB le bruit est proportionnel à la bande passante, donc plus la bande passante est faible, plus le bruit est faible). Comme mentionné ci-dessus, une bonne règle empirique consiste à s'assurer qu'il existe une différence de 20 dB entre le bruit et le niveau du signal pour des mesures raisonnables.

    La largeur de bande du filtre peut également être appelée résolution étant donné que des détails plus fins peuvent être vus avec des niveaux de bande passante de filtre plus étroits.

  • Marqueurs: Une fonction très utile qui est incorporée sur des analyseurs de spectre virtuellement nouveaux est celle de l'utilisation de marqueurs. Ceux-ci détectent le niveau de parties particulières de la forme d'onde et peuvent être utilisés pour mesurer les niveaux de différents signaux et comparer des chiffres tels que les niveaux d'harmoniques ou de signaux parasites par rapport à la porteuse.

    En règle générale, ces marqueurs peuvent être réglés pour sélectionner le pic, le deuxième pic, etc., ou pour mesurer le niveau à un point donné - une molette ou un bouton est généralement utilisé pour régler la fréquence à cet effet.

    Ces marqueurs sont généralement contrôlés par les touches de fonction programmables qui sont normalement présentes sous forme de touches programmables sur l'écran tactile ou de boutons autour de l'écran.

Les analyseurs de spectre modernes disposent d'un nombre considérable d'installations, en particulier par rapport aux instruments de test analogiques d'il y a de nombreuses années.

En plus de nombreuses fonctionnalités telles que les marqueurs, il existe normalement une multitude d'autres fonctionnalités accessibles à l'aide de touches programmables. Celles-ci peuvent inclure des routines pour mesurer le bruit de phase et la figure de bruit.

Un autre est la capacité de tester facilement les spectres de signaux. Un masque peut être mis en place détaillant les limites dans lesquelles le spectre d'un signal doit tomber. Ce masque apparaît à l'écran et il devient alors très facile de voir si le spectre d'un signal se situe en dehors de cela.

Trucs et astuces pour l'utilisation d'un analyseur de spectre

Bien qu'il soit possible de détailler les différents contrôles d'un analyseur de spectre et ce qu'ils font, il y a d'autres points relatifs à l'aspect pratique de l'utilisation d'un analyseur de spectre qui sont énumérés ci-dessous:

  • Attention au niveau d'entrée: Lorsqu'il s'agit de niveaux de puissance élevés, il peut être très facile d'endommager l'entrée de ces instruments de test. L'entrée est généralement connectée directement à une table de mixage haute performance. Si une puissance excessive est appliquée, cela peut détruire le mélangeur et cela peut être coûteux à réparer, sans parler du coût de l'interruption de tout test pendant qu'un remplacement est trouvé.

    Lors du test des émetteurs, la sortie doit passer par un atténuateur, et lors de la reconfiguration d'un test, il peut être facile d'oublier d'inclure l'atténuateur. Soyez très prudent pour vous assurer que l'atténuateur est toujours inclus pour réduire les niveaux de puissance élevés afin que l'entrée ne soit pas surchargée.

    Le connecteur d'entrée de l'analyseur a normalement un avertissement concernant le niveau de puissance maximum autorisé, détaillant les puissances réelles autorisées.
  • Vérifier si des signaux parasites sont générés dans l'analyseur ou l'UUT: Lors du test de signaux parasites, il n'est pas toujours évident si des signaux parasites ont été générés en interne dans l'instrument de test ou s'ils proviennent de l'unité testée. Les étages d'entrée de l'analyseur de spectre peuvent générer des signaux sérieux s'ils sont surchargés.

    Le moyen le plus simple de vérifier est de réduire le niveau de l'atténuateur d'entrée (pas d'autres commandes de gain) de 10 dB. Si les niveaux parasites chutent de 10 dB (avec les autres signaux), alors les signaux parasites sont générés par l'UUT. Si les signaux parasites chutent de plus de 10 dB, cela signifie qu'ils sont générés en interne dans l'analyseur de spectre. Si tel est le cas, réduisez l'atténuateur d'entrée jusqu'à ce que les signaux parasites générés par l'analyseur de spectre ne soient plus visibles.

  • Assurez-vous que le logiciel est à jour: Il est toujours préférable de s'assurer que le logiciel de l'analyseur de spectre est à jour. Les fabricants mettent régulièrement à jour le logiciel pour corriger les bogues et parfois pour améliorer les performances. En gardant le logiciel à jour, il est possible de s'assurer que toutes les dernières installations sont disponibles.
  • Lors de la mesure du bruit de phase, assurez-vous que les performances de l'analyseur sont adéquates: Lors de la mesure du bruit de phase d'un signal à l'aide d'un analyseur de spectre, assurez-vous que les performances de bruit de l'oscillateur local dans l'analyseur de spectre sont d'environ 6 dB supérieures à celles des performances attendues du signal testé. Si ce n'est pas le cas, le bruit de phase de l'oscillateur de l'analyseur de spectre affectera les lectures. Si le cas extrême où le signal à tester est meilleur que celui de l'oscillateur local de l'analyseur de spectre, le bruit de phase de l'analyseur de spectre lui-même est mesuré!

Lors de l'utilisation d'un analyseur de spectre, il est rapidement possible d'arriver à un endroit où il peut être utilisé efficacement. Certains des conseils et astuces sur l'utilisation de ces instruments de test aident à surmonter les problèmes que tout le monde rencontre lors de l'utilisation d'analyseurs de spectre.

Bien que la plupart des analyseurs de spectre aient des contrôles supplémentaires, ceux mentionnés sont les principaux qui sont utilisés et permettront de bien comprendre comment utiliser un analyseur de spectre. Les analyseurs de spectre sont des équipements de test très utiles et ils sont inestimables pour la conception, le développement et les tests RF.

Les analyseurs de spectre sont des instruments de test inestimables pour la conception RF - ils fournissent des informations essentielles sur le fonctionnement des circuits, modules et systèmes RF. En tant que tels, ils constituent l'un des équipements de test les plus importants pour la conception RF, la conception de circuits électroniques, la fabrication électronique, le service, la réparation sur site, etc.

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