Compreender operação básica do analisador de espectro

Nível de referência

O nível de referência é a borda superior da tela e representa a potência máxima esperada na entrada do analisador de espectro. Na maioria dos casos, o nível de referência é ajustado de forma que o nível mais alto do sinal fique ligeiramente abaixo desse nível.

Deve-se evitar que a configuração do nível fique baixa ou alta demais. Quando a configuração do nível de referência é alta demais, ocorre uma diminuição da faixa dinâmica e da capacidade de ver pequenas mudanças na amplitude. Se o nível de referência for baixo demais, o traço fica acima da parte superior da tela. Quando a configuração do nível de referência é baixa demais, os resultados da medição também podem ser afetados.

Atrás da entrada de RF, algumas das primeiras seções do analisador de espectro incluem componentes ativos como mixers e amplificadores. Se o nível de entrada for alto demais, esses dispositivos podem entrar em compressão, o que cria distorção e afeta negativamente os resultados da medição, por vezes de forma muito severa. Para evitar que isso aconteça, um atenuador de entrada variável é colocado entre a entrada de RF e esses componentes sensíveis. Quando o nível de referência é definido, esse valor é usado pelo analisador de espectro para ajustar a atenuação de entrada e/ou o ganho do amplificador de FI para evitar a sobrecarga do instrumento.

Resolução de largura de banda

Para medições básicas de espectro, a resolução de largura de banda é, de longe, a configuração mais importante. A maioria dos analisadores de espectro usa analisadores baseados em heteródinos para medir o espectro através da varredura de um span. O traço que mostra potência versus frequência é desenhado da esquerda para a direita, geralmente de forma repetida.

Uma forma de ajudar a entender a resolução de largura de banda é pensar nela como uma janela que se move ao longo do span, medindo o nível conforme avança. De qualquer forma, o filtro ou a janela de resolução de largura de banda não é quadrado, mas tem uma forma Gaussiana ou semelhante. A janela também não se move; em vez disso, o espectro desliza passando pela janela. O resultado é o mesmo, e muitos engenheiros de RF realmente pensam na resolução de largura de banda como uma janela ou filtro em movimento que atravessa um span.

A resolução de largura de banda afeta a capacidade de separar ou resolver sinais pouco espaçados. Dois sinais estreitos só podem ser separados se a resolução de largura de banda for menor do que a distância entre esses dois sinais. Se uma resolução de largura de banda mais ampla for usada, ambos os sinais são cobertos pelo filtro conforme ele passa, e aparecem como um único sinal no traço.

Nível de ruído médio

Outro aspecto da resolução de largura de banda é o efeito que ela tem sobre o ruído. Para sermos mais específicos, a resolução de largura de banda afeta o piso de ruído, também conhecido como nível de ruído médio exibido ou DANL (displayed average noise level - nível de ruído médio exibido). O piso de ruído aumenta ou diminui conforme a resolução de largura de banda escolhida.

O que acontece com o piso de ruído quando a resolução de largura de banda diminui? Como exemplo, um sinal CW (de onda contínua) simples e um span bastante amplo de 2 GHz são usados.

• Com uma resolução de largura de banda de 3 MHz, o valor médio do piso de ruído é de aproximadamente –73 dBm
• Estreitando a resolução de largura de banda para 300 kHz, o piso de ruído reduz para –84 dBm
• Em uma resolução de largura de banda de 30 kHz, o piso de ruído cai novamente para –93 dBm
• Em resolução de largura de banda igual a 3 kHz, o piso de ruído tem um valor médio de –104 dBm.

Diminuir a resolução de largura de banda em um fator de 10 reduz o piso de ruído em cerca de 10 dB. Em termos práticos, para ver sinais perto do piso de ruído, deve ser utilizada uma resolução de largura de banda mais estreita.

Resolução de largura de banda e tempo de varredura

A redução da resolução de largura de banda proporciona uma melhor separação de sinal e ruído menor. Sendo assim, por que não usar sempre a resolução de largura de banda o mais baixa possível? A resolução de largura de banda é essencialmente um filtro, e os filtros estreitos levam mais tempo para se estabilizar ou obter um resultado estável se comparados com os filtros mais amplos. Isso significa que a varredura fica mais lenta quando são usadas resoluções de larguras de banda menorespara obter resultados precisos. Quando a varredura é rápida demais, podem ocorrer erros de amplitude e frequência.

O principal fator que determina o tempo de varredura de um analisador de espectro é a resolução de largura de banda. Qual é o tempo certo de varredura? A maioria dos analisadores calcula o tempo de varredura automaticamente com base na resolução de largura de banda e no span. Essa configuração pode ser substituída, mas diminuir o tempo de varredura calculado automaticamente geralmente não é uma boa ideia.

A resolução ideal de largura de banda é quase inteiramente uma função do sinal que está sendo medido e, muitas vezes, deve ser determinada por experimentação. Existe um compromisso entre velocidade e seletividade/ruído. Na maioria dos analisadores de espectro, nenhum valor arbitrário para resolução de largura de banda pode ser escolhido, mas pode ser selecionado em certas etapas como, por exemplo, 1 kHz, 3 kHz, 10 kHz e 30 kHz.

Largura de banda de vídeo

O último parâmetro básico é a largura de banda de vídeo. Para entender a largura de banda de vídeo, o termo "sinal de vídeo" deve ser explicado. Os traços são essencialmente um envelope da potência em frequências individuais, e esse envelope é chamado de sinal de vídeo. Chama-se vídeo porque, antigamente, esse sinal era aplicado à deflexão vertical de um tubo de raios catódicos para desenhar um traço de vídeo na tela. Em analisadores de espectro modernos, a largura de banda de vídeo é um filtro utilizado para calcular a média ou suavizar o traço exibido.

Diferentemente da resolução de largura de banda, a largura de banda de vídeo só afeta o modo como o sinal é exibido, e não como ele é medido ou adquirido.

Quando a largura de banda de vídeo é reduzida a 200 kHz, uma boa quantidade de ruído pode ser vista no sinal. Esse ruído é reduzido quando a largura de banda do vídeo é reduzida para 20 kHz e diminui ainda mais quando a largura de banda do vídeo é reduzida para apenas 2 kHz. A redução da largura de banda de vídeo só diminui o ruído no traço; ela não reduz o piso de ruído como faz a resolução de largura de banda. Ela também não melhora a capacidade de resolver ou separar sinais de base próxima.

Escolher a largura de banda de vídeo

A largura de banda de vídeo só altera a aparência do traço. Por isso, até determinado ponto, a configuração correta da largura de banda de vídeo depende do aplicativo. A maioria dos analisadores de espectro modernos irá configurar automaticamente e atualizar a largura de banda de vídeo com base em outros parâmetros, como resolução de largura de banda. Em muitos casos, uma largura de banda de vídeo menor ou mais estreita parece desejável, pois reduz o ruído no traço. No entanto, assim como a resolução de largura de banda, a largura de banda de vídeo afeta o tempo de varredura; quanto menor ou mais estreita a largura de banda de vídeo, maior o tempo de varredura.