Compréhension du fonctionnement de base d'un analyseur de spectre

Niveau de référence

Le niveau de référence est le front haut de l'affichage et représente la puissance maximale attendue en entrée de l'analyseur de spectre. Dans la plupart des cas, le niveau de référence est ajusté de sorte que le niveau le plus élevé du signal soit légèrement en-dessous de ce niveau.

Un réglage trop élevé ou trop faible du niveau doit être évité. Un réglage trop élevé du niveau de référence diminue la gamme dynamique et la possibilité de visualiser les petits changements dans l'amplitude. Si le niveau de référence est réglé trop faible, la trace dépasse le haut de l'écran. Un réglage trop faible du niveau de référence peut également affecter les résultats de mesure.

Derrière l'entrée RF, certaines des premières sections de l'analyseur de spectre incluent des composants actifs tels que des mélangeurs et des amplificateurs. Si le niveau d'entrée est trop élevé, ces appareils peuvent passer en compression, ce qui crée une distorsion et affectent négativement les résultats de mesure, parfois très sévèrement. Pour éviter que cela n'arrive, un atténuateur d'entrée variable est placé entre l'entrée RF et ces composants sensibles. Lorsque le niveau de référence est réglé, cette valeur est utilisée par l'analyseur de spectre pour ajuster l'atténuation d'entrée et/ou le gain de l'amplificateur IF, afin d'empêcher une surcharge de l'instrument.

Bande passante de résolution

Pour des mesures de spectre de base, la bande passante de résolution est, de loin, le réglage le plus important. La plupart des analyseurs de spectre utilisent des analyseurs hétérodynes pour mesurer le spectre en balayant un span. La trace illustrant la puissance par rapport à la fréquence est dessinée de gauche à droite, généralement répétitivement.

Une manière d'aider la compréhension de la bande passante de résolution c'est de la voir comme une fenêtre se déplaçant sur le span, mesurant le niveau au fur et à mesure. Quoi qu'il en soit, la fenêtre ou le filtre de résolution n'est pas carré mais a une forme Gaussienne ou similaire. La fenêtre ne bouge pas non plus, le spectre passe à la place de la fenêtre. Le résultat est le même, et de nombreux ingénieurs RF considèrent la bande passante de résolution comme une fenêtre ou un filtre se déplaçant sur le span.

Les effets de la bande passante de résolution sont la capacité à séparer ou résoudre des signaux faiblement espacés. Deux signaux étroits peuvent uniquement être séparés si la bande passante de résolution est plus petite que la distance entre ces deux signaux. Si une bande passante de résolution plus large est utilisée, les deux signaux sont couverts par le filtre lors du balayage, et ils apparaissent comme un seul signal dans la trace.

Niveau de bruit moyen

Un autre aspect de la bande passante de résolution est l'effet qu'il a sur le bruit. Plus spécifiquement, la bande passante de résolution affecte le plancher de bruit, aussi appelé niveau de bruit moyen affiché, ou DANL. Le plancher de bruit augmente ou diminue selon la bande de résolution choisie.

Que se passe-t-il pour le plancher de bruit lorsque la bande de résolution est diminuée ? Par exemple, un signal CW simple et un span assez large de 2 GHz sont utilisés.

• Avec une bande passante de résolution de 3 MHz, la valeur moyenne du plancher de bruit est d'environ -73 dBm
• En réduisant la bande passante de résolution à 300 kHz, le plancher de bruit chute à – 84 dBm
• À une RBW de 30 kHz, le plancher de bruit tombe à nouveau à -93 dBm
• À une RBW égale à 3 kHz, le bruit plancher a une valeur moyenne de -104 dBm.

La diminution de la bande passante de résolution d'un facteur de 10 réduit le plancher de bruit d'environ 10 dB. Sur le plan pratique, pour visualiser des signaux proches de leur plancher de bruit, une bande passante de résolution plus étroite devra être utilisée.

Bande passante de résolution et temps de balayage

La diminution de la bande passante de résolution fournit une meilleure séparation de signaux et un bruit plus faible, donc pourquoi ne pas toujours utiliser la bande passante de résolution la plus faible possible ? La bande passante de résolution est essentiellement un filtre, et des filtres étroits prennent un temps plus long pour régler, ou pour obtenir un résultat stable, comparé aux filtres plus larges. Cela signifie que le balayage ralentit lors de l'utilisation de bandes passantes de résolution plus petitesafin d'obtenir des résultats précis. Un balayage trop rapide engendre des erreurs à la fois en amplitude et en fréquence.

Le principal facteur déterminant le temps de balayage d'un analyseur de spectre est la bande passante de résolution. Quel est le bon temps de balayage ? La plupart des analyseurs calcule automatiquement le temps de balayage en se basant sur la bande passante de résolution et le span. Ce réglage peut être outrepasser mais la diminution du temps de balayage calculé automatiquement est généralement une mauvaise idée.

La bande passante de résolution optimale est quasiment entièrement une fonction du signal étant mesuré, et souvent doit être déterminée par expérimentation. Il y a un compromis entre la vitesse et la sélectivité / le bruit. Sur la plupart des analyseurs de spectre, aucune valeur arbitraire de la bande passante de résolution ne peut être choisie, mais peut être sélectionnée à certaines étapes, par exemple 1 kHz, 3 kHz, 10 kHz, 30 kHz.

Bande passante vidéo

Le dernier paramètre de base est la bande passante vidéo. Pour comprendre la bande passante vidéo, le terme signal vidéo doit être expliqué. Les traces sont essentiellement une enveloppe de puissance à des fréquences individuelles, et cette enveloppe est appelée signal vidéo. Elle est nommée vidéo car, par le passé, ce signal était appliqué à la déflexion verticale d’un tube cathodique afin de dessiner une trame vidéo sur l'écran. Dans les analyseurs de spectre modernes, la bande passante vidéo est un filtre utilisé pour moyenner ou lisser la trace affichée.

Contrairement à la bande passante de résolution, la bande passante vidéo affecte uniquement la manière dont le signal est affiché, pas la manière dont il est mesuré ou acquis.

En diminuant la bande passante vidéo à 200 kHz une quantité de bruit importante peut être observée sur le signal. Ce bruit est réduit, lorsque la bande passante vidéo est abaissée à 20 kHz, et décroît même plus lorsque la bande passante vidéo est inférieure à seulement 2 kHz. La diminution de la bande passante vidéo réduit uniquement le bruit sur la trace, elle ne fait pas diminuer le plancher de bruit comme le fait la bande passante de résolution. Elle n'améliore pas non plus la capacité à résoudre ou séparer des signaux proches.

Sélection de la bande passante vidéo

La bande passante vidéo change uniquement ce à quoi ressemble la trace, donc dans une certaine mesure le bon réglage de la bande passante vidéo dépend de l'application. La plupart des analyseurs de spectre modernes configurera automatiquement, et mettra à jour la bande passante vidéo en se basant sur d'autres paramètres comme la bande passante de résolution. Dans de nombreux cas une bande passante vidéo plus petite ou plus étroite semble préférable car elle réduit le bruit sur la trace. Mais tout comme la bande passante de résolution, la bande passante vidéo affecte le temps de balayage – plus la bande passante vidéo est petite ou étroite, plus le temps de balayage est long.