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Especificações do analisador de espectro

Especificações do analisador de espectro

As especificações do analisador de espectro podem ser um pouco complicadas, mas é essencial ter pelo menos um conhecimento básico delas ao selecionar um desses instrumentos de teste.

Mesmo ao usar um analisador de espectro, compreender as especificações pode garantir que suas limitações sejam compreendidas e que as medições feitas estejam dentro de sua capacidade.

Analisadores de espectro são instrumentos de teste caros, é essencial que o melhor seja escolhido para qualquer aplicação. Compreender as especificações básicas, bem como a diferença entre analisadores de espectro analógicos / super-heteródinos, analisadores de espectro FFT e até mesmo analisadores de espectro em tempo real, pode ser importante.

Um pouco de tempo estudando as especificações pode garantir que o instrumento de teste correto seja escolhido.

Tipos de analisador de espectro

Antes de nos aprofundar nas especificações e no que elas realmente significam, uma das primeiras etapas é selecionar o tipo certo de analisador. Existem vários tipos de analisadores, por isso é essencial compreender o que é cada tipo e o que é capaz de realizar.

  • Analisador de espectro super-heteródino: Este tipo de analisador de espectro usa o princípio super-heteródino. Um oscilador local converte o sinal de entrada em uma frequência fixa IF. Ao varrer o oscilador local usando uma tensão de rampa, é possível varrer uma faixa de frequências. Se a tensão de rampa também estiver ligada ao eixo horizontal da tela e o eixo vertical ao nível detectado do sinal, então uma tela do espectro é vista.
  • Analisador de espectro FFT: O analisador de espectro FFT, Fast Fourier Transform, usa técnicas digitais. O sinal de entrada é amostrado e amostras sucessivas são passadas para um processador FFT para processar o sinal. O processador FFT fornece todo o processamento de sinal para que as informações do espectro possam ser transmitidas a um processador de controle e exibição para serem exibidas.
  • Analisador de espectro em tempo real: Um dos problemas com um analisador FFT é que os sinais transitórios podem ser perdidos entre amostras sucessivas para o processador FFT. Para superar isso, um analisador de espectro em tempo real coleta amostras que se sobrepõem no tempo. Dessa forma, o transiente que ocorrer será capturado e poderá ser analisado. Os analisadores de espectro em tempo real são particularmente úteis para analisar sistemas RF que são acionados por processadores, pois podem ocorrer falhas e transientes. Eles também são muito úteis para capturar várias formas de modulação e para sistemas de salto de frequência.
  • Analisador de espectro USB: Embora os analisadores de espectro USB possivelmente não sejam um tipo diferente de analisador, eles provavelmente merecem uma seção, pois fornecem uma maneira muito econômica de criar um analisador de espectro. Ao capturar a forma de onda e realizar o processamento em um FPGA projetado especificamente, as informações processadas podem ser passadas para um computador através de uma interface USB para serem exibidas. Isso economiza custos e espaço consideráveis.

Cobertura de frequência do analisador de espectro

Possivelmente, uma das especificações de título mais importantes para um analisador de espectro é sua cobertura de frequência.

Normalmente, um analisador de espectro será capaz de medir de muito próximo a zero Hertz até sua frequência máxima.

Normalmente, o limite de frequência inferior não é um problema para a maioria das aplicações, pois os analisadores de espectro de RF são normalmente usados ​​para frequências bem dentro do espectro de RF. O limite inferior pode depender se o instrumento de teste é DC ou AC acoplado. O acoplamento CC normalmente fornece um limite muito mais baixo. Um exemplo típico do limite inferior para um analisador de espectro de ponta pode ser em torno de 2 Hz para o acoplamento DC, mas 10 MHz para o acoplamento AC.

A vantagem do acoplamento CA é que ele remove qualquer CC que possa estar presente no sinal. Se o componente DC for muito grande, ele pode facilmente danificar a entrada do analisador de espectro e o reparo pode ser caro.

O principal parâmetro necessário para a especificação de cobertura de frequência é o limite superior. Obviamente, isso deve incluir pelo menos a parte fundamental dos sinais de interesse, mas lembre-se de que os analisadores de espectro são freqüentemente necessários para medir sinais espúrios, como distorção de intermodulação e harmônicos.

Para poder verificar o desempenho de qualquer unidade, módulo ou circuito de forma adequada, é necessário ver pelo menos a terceira harmônica do sinal principal, de preferência superior.

Um julgamento cuidadoso precisa ser feito ao selecionar a frequência superior certa, possivelmente com uma certa quantidade de contingência. No entanto, os incrementos na frequência superior tendem a ser bastante grandes e vêm com um grande aumento de custo.

Especificação de precisão de frequência

A precisão da frequência é uma especificação importante para qualquer analisador. Embora não seja um contador de frequência, a precisão da frequência costuma ser a chave para sua especificação.

A precisão da frequência é tratada de forma diferente para os analisadores analógicos por varredura super-heteródinos mais antigos e os analisadores digitais FFT, muito mais recentes. Vale a pena dar uma olhada nas especificações para ambas as formas de instrumento de teste separadamente. Como o analisador de varredura super-heteródino foi o primeiro a chegar, isso será abordado primeiro:

  • Analisadores analógicos de espectro por varredura super-heteródina: Os erros para esta forma de analisador de espectro podem ser divididos em uma série de áreas diferentes:
    • Imprecisão da referência de frequência: Este erro é determinado principalmente pelo oscilador de base de tempo interno do analisador. Hoje, praticamente todos os analisadores de espectro usam um oscilador de forno de cristal de alto desempenho, portanto, esse termo normalmente é bem pequeno. Além disso, a arquitetura interna do analisador também terá influência neste termo. No entanto, ao usar um analisador de espectro para quaisquer medições de frequência, vale lembrar que o forno leva algum tempo para aquecer e se estabilizar, portanto, quaisquer medições só devem ser feitas depois que a análise estiver estabilizada. Detalhes completos sobre isso serão fornecidos na folha de especificações do analisador de espectro.
    • Erro de Span: Em analisadores mais antigos que podem não ter usado técnicas digitais, um erro de amplitude também era um problema chave. Esse erro costumava ser dividido em duas especificações, com base no fato de que muitos analisadores de espectro foram totalmente sintetizados para pequenos spans, mas são ajustados em loop aberto para spans maiores. Verifique o funcionamento do analisador, mas para os mais modernos isso não é aplicável
    • Erro de frequência central: Novamente, essa forma de especificação de erro era aplicável a analisadores mais antigos. Na maioria dos casos, foi muito menor do que o erro de amplitude.
  • Analisadores de espectro baseados em FFT: Os analisadores de espectro com Transformada Rápida de Fourier usam uma abordagem muito diferente para atingir o mesmo objetivo dos instrumentos de teste mais antigos. Dentro deste grupo de analisadores, o analisador de espectro em tempo real também está incluído porque é realmente uma versão especializada de alto desempenho do analisador de espectro FFT. Também é possível incluir o analisador de espectro USB porque ele opera usando os mesmos princípios do analisador FFT - a única diferença é que o instrumento de teste USB usa a tela, processamento da tela, controles, etc. dentro de um computador, enquanto deixa o Analisador de espectro USB para realizar todo o processamento do sinal.

    Nestes analisadores, todos os sinais de referência, relógios e similares são derivados de uma fonte de alta estabilidade. Freqüentemente, este é um oscilador de cristal controlado por forno - ele pode até mesmo ser bloqueado para uma fonte padrão muito mais alta para dar ao sistema um nível muito maior de precisão de frequência. Qualquer medição de frequência feita pelo analisador será determinada fundamentalmente pela precisão do relógio.

    Normalmente as medições de frequência são feitas com marcadores. Uma posição na tela é selecionada e, geralmente, é o pico de um sinal para que sua frequência central possa ser medida. É principalmente a precisão da frequência desses marcadores que interessa.

    Existem várias especificações de precisão de frequência que são usadas em um analisador de espectro FFT.

    • Resolução do marcador: A resolução do marcador não está realmente relacionada com a precisão da frequência, mas dá os passos que o marcador pode fazer - dá o tamanho do passo entre uma posição e a adjacente. Em muitos instrumentos de teste, isso pode ser tão bom quanto 1 Hz. Isso é mais do que adequado, especialmente porque algumas das frequências que os analisadores modernos podem medir se estendem a muitos GHz.
    • Incerteza de frequência do marcador: A incerteza do marcador é o que pode ser considerado a precisão do sistema. Como os marcadores fornecem uma leitura da frequência em que estão posicionados, muitas vezes fornecendo o pico ou a frequência central de um sinal, é essa precisão ou, mais corretamente, a incerteza que é de grande importância.

      A figura de incerteza do marcador consiste em vários elementos. Normalmente, pode ser determinado como ± (frequência do marcador x precisão de referência + tipicamente cerca de 10% da largura de banda de resolução + 0,5 x (amplitude / (pontos de varredura - 1) + resolução do marcador).

    A precisão de frequência de uma referência de frequência usada em um analisador de espectro, seja um analisador por varredura ou um FFT, depende da referência de frequência usada para acionar o sintetizador de frequência e outros sinais de relógio. Isso pressupõe que o oscilador variável dentro do analisador é sintetizado e não funciona livremente como em alguns dos primeiros analisadores.

    O erro de referência de frequência pode ser calculado como ± (tempo desde o último ajuste x taxa de envelhecimento + variação de temperatura + precisão de calibração).

A precisão da frequência dos analisadores de espectro nem sempre é fácil de calcular em laboratório, mas os modelos de alto desempenho de hoje fornecerão níveis surpreendentemente altos de precisão, embora usando os cálculos simples acima, seja possível obter uma boa estimativa do desempenho, sem fazer uma investigação completa de todos os parâmetros relevantes.

Especificação de ruído de fase

O ruído de fase tem se tornado cada vez mais importante nos últimos anos e, junto com isso, é necessário medir o desempenho do ruído de fase de muitos osciladores e sistemas.

Para fazer medições de ruído de fase, o desempenho do analisador de espectro deve ser melhor do que o da unidade em teste. Caso contrário, a medição será a do instrumento de teste de ruído de fase fazendo a medição, porque o ruído de fase do analisador de espectro mascararia o da unidade sob teste.

Em vista disso, o desempenho do ruído de fase do analisador é um parâmetro chave.

Normalmente, a especificação de ruído de fase é dada como o nível de ruído de banda lateral única que é medido ao usar uma fonte de sinal perfeita. É especificado como o nível de ruído de fase medido em dBc (decibéis em relação à portadora) medido em uma largura de banda de 1 Hz em um determinado deslocamento.

Como o nível de ruído de fase varia com o deslocamento, o nível pode ser especificado em um número de frequências e um gráfico do ruído também pode ser fornecido.

Uma especificação típica pode ser semelhante à tabela abaixo:

Offset from CarrierNível
10 Hz-80 dBc
100 Hz-108dBc
1 kHz<-125dBc
10 kHz<- 135 dBc
100 kHz<- 138 dBc
1 MHz<-145 dBc
10 MHz<- 154 dBc

Conforme a medição atinge um deslocamento de 10 MHz, é antecipado que o ruído permanecerá constante, atingindo o piso de ruído do instrumento de teste.

Especificação de precisão de amplitude

A especificação do analisador de espectro para precisão de amplitude é de grande importância para quaisquer medições feitas pelo instrumento de teste.

Existem duas especificações de analisador associadas à precisão de amplitude:

  • Especificação de precisão absoluta: Esta especificação do analisador de espectro refere-se a medições em que o nível absoluto é necessário. Pode ser uma medição do nível de potência de um sinal expresso em termos de dBm, etc.
  • Especificação de precisão relativa: A especificação de precisão relativa é ligeiramente diferente. Esta especificação é usada quando os sinais são expressos em termos de decibéis quando comparados a outro sinal. Por exemplo, um harmônico pode ser expresso em termos de decibéis na portadora. Essas medições são geralmente mais precisas do que as medições absolutas porque a precisão de toda a cadeia de sinal é

Especificação de resolução de largura de banda

A especificação da largura de banda de resolução para um analisador de espectro é importante quando é necessário medir sinais que estão próximos.

A largura de banda de resolução é determinada principalmente pela largura de banda do filtro usado no analisador, mas outros fatores como tipo de filtro, FM residual e bandas laterais de ruído são fatores a serem levados em consideração ao determinar a resolução útil disponível.


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