Obtenez des conseils pour améliorer la précision des mesures et apprenez à éviter d'effectuer des analyses de spectre inexactes ou complètement incorrectes
Un analyseur de spectre ou analyseur de signal est un outil de mesure fondamental et essentiel pour un ingénieur RF qui est utilisé dans toutes les phases du cycle de vie du produit. Au niveau le plus élémentaire, il peut être décrit comme un voltmètre qui répond aux surtensions et sélectionne la fréquence calibrée pour afficher la valeur efficace (RMS) d'une onde sinusoïdale. Ses performances, sa précision et sa rapidité sont importantes pour les ingénieurs R&D afin d'optimiser leurs conceptions et leur fabrication afin d'améliorer l'efficacité des tests et la qualité des produits.
- Pourquoi choisir l'analyse de spectre ?
Le domaine fréquentiel a sa mesure d'intensité. Il est particulièrement utile pour déterminer le contenu harmonique d'un signal. La figure 1 montre la forme d'onde d'un signal complexe dans le domaine temporel à gauche et dans le domaine fréquentiel à droite. La représentation dans le domaine temporel montre seulement que le signal n'est pas purement sinusoïdal et ne donne aucune autre indication quant à la raison pour laquelle il en est ainsi. Dans le domaine fréquentiel, la forme d'onde est considérée comme étant composée de deux ondes sinusoïdales avec une fréquence et une amplitude correspondantes. Le domaine fréquentiel est extrêmement important pour les personnes impliquées dans les communications sans fil pour évaluer les performances du signal, de l'appareil et du système afin de s'assurer que les principales spécifications de linéarité, de distorsion, de bruit et d'émissions parasites sont respectées.
- Analyseur de spectre vs analyseur de signal
L'utilisation principale d'un analyseur de spectre est de mesurer et d'afficher l'amplitude par rapport à la fréquence connue et inconnue des signaux micro-ondes et RF. Avec l'avènement de la technologie numérique et du traitement du signal, les analyseurs de spectre modernes sont équipés de plus de fonctionnalités. En numérisant le signal, la phase, ainsi que l'amplitude, sont préservées et peuvent être incluses dans les informations affichées. Le terme « analyseur de signal » est généralement utilisé pour désigner un instrument doté d'une architecture d'analyseur de spectre et d'une section de fréquence intermédiaire (FI) entièrement numérique qui traite des signaux aussi complexes que des quantités vectorielles, permettant des opérations dans divers domaines tels que l'analyse de modulation numérique et le temps. Capturer.
- Un regard sur l'incertitude
Lors du choix d'un analyseur de spectre, vous devez savoir si l'analyseur couvre les plages de fréquence et d'amplitude du signal à mesurer. Vous devez également connaître la qualité de l'analyseur de spectre pour effectuer ces mesures en examinant ses spécifications de précision. La plupart des analyseurs de spectre offrent des spécifications de précision absolue et relative. La figure 3 montre la différence entre les mesures absolues et relatives, lorsqu'elles sont effectuées respectivement avec un seul marqueur et avec des marqueurs delta. Par exemple, mesurer la fréquence ou le niveau de puissance d'une porteuse (pic à gauche) est une mesure absolue. La mesure de l'amplitude de la deuxième distorsion harmonique (pic à droite) par rapport à la porteuse serait une mesure relative.
précision d'amplitude
Tous les analyseurs de spectre modernes ont une source d'étalonnage intégrée, qui fournit un signal de référence connu d'amplitude et de fréquence spécifiées. En effet, une mesure d'amplitude absolue est une mesure relative à son signal de référence. Pour convertir l'étalonnage absolu en d'autres fréquences et amplitudes, nous nous appuyons sur la précision relative de l'analyseur. La plage de valeurs du tableau 1 représente les spécifications de précision d'amplitude pour différents analyseurs de spectre. De nombreux analyseurs de spectre utilisent un signal de référence de 50 MHz. A cette fréquence, la précision de l'amplitude absolue spécifiée est extrêmement bonne. Par exemple, l'analyseur de signal haute performance X-Series offre la meilleure précision d'amplitude absolue de ±0,24 dB à la fréquence de référence. Lorsque nous effectuons des mesures relatives d'un signal entrant, les valeurs absolues n'entrent pas en jeu. Par exemple, nous ne nous intéressons qu'à la différence d'amplitude de l'harmonique du fondamental. Le pire des cas serait lorsque la fondamentale est en haut et l'harmonique en bas de la réponse en fréquence. Si la spécification de la réponse en fréquence relative est de ±0,5 dB, l'incertitude totale serait le double de la valeur ou ±1,0 dB.
précision de la fréquence
L'incertitude de fréquence absolue est souvent décrite dans la spécification de précision de lecture de fréquence et fait référence aux fréquences centrale, de début, de fin et de marqueur. La précision de la piste entre en jeu lors de la réalisation de mesures relatives. Il est possible de calculer la précision de la fréquence à partir de la somme des sources d'erreurs que l'on peut trouver dans la fiche technique de l'analyseur. Parmi les sources d'erreurs, on trouve l'erreur de référence de fréquence, l'erreur de chemin et l'erreur de fréquence centrale de la bande passante de résolution (RBW). Les analyseurs modernes peuvent mesurer les fréquences avec une précision de <0,1 %, ce qui est idéal pour les applications impliquant une communication sans fil.
- Comment améliorer la précision de la mesure ?
Avant de commencer une mesure, nous pouvons passer en revue les étapes pour voir si des contrôles, tels que le réglage de l'atténuateur RF, la bande passante de résolution ou le niveau de référence, peuvent être laissés à la même valeur. Si tel est le cas, les incertitudes associées à la modification de ces contrôles sont exclues. Il est également possible d'échanger une incertitude contre une autre ; par exemple, la précision du niveau de référence multipliée par la fidélité de l'affichage, et la valeur qui donne le plus de précision est utilisée. Voici quelques conseils et bonnes pratiques pour effectuer des mesures de spectre précises :
réseau de distribution de signaux
Il est toujours utile de prêter une attention particulière aux éléments de la connexion analyseur/appareil sous test (DUT), y compris la longueur, le type et la qualité des câbles et des connecteurs. Le réseau de distribution de signal reliant le DUT à l'analyseur, comme dans la figure 4, peut dégrader ou altérer le signal d'intérêt. Ces effets indésirables peuvent être éliminés en utilisant la fonction de correction d'amplitude intégrée de l'analyseur en conjonction avec une source de signal et un wattmètre. Ce processus change le plan de référence de mesure du panneau avant de l'analyseur au DUT. Il est possible d'enregistrer les valeurs de correction de différentes combinaisons de câbles et d'adaptateurs.
protection du connecteur
Le blindage du connecteur, y compris le couple approprié, garantit une perte minimale, une bonne adaptation d'impédance et une répétabilité, en particulier à des fréquences plus élevées.
Atténuateurs pour une meilleure adaptation
À partir de l'équation d'incertitude de désadaptation, l'amélioration de la correspondance ou du coefficient de réflexion de la source ou de l'analyseur réduit l'incertitude de désadaptation. Si possible, il convient d'éviter de régler le pad d'entrée de l'analyseur sur 0 dB, car cela donne la pire situation de désadaptation possible. Pour une meilleure précision d'amplitude, utilisez un pad d'entrée ≥10 dB.
Augmenter la sensibilité pour les signaux de bas niveau
Pour mesurer des signaux de bas niveau, vous pouvez améliorer la sensibilité de l'analyseur en minimisant l'atténuation d'entrée, en limitant la RBW et en utilisant un préamplificateur. Ces techniques réduisent le niveau de bruit moyen affiché (DANL), séparent les petits signaux du bruit et permettent des mesures précises. Pour une sensibilité maximale, utilisez un préampli à gain élevé et à faible bruit.
signal modulé
Pour mesurer des signaux modulés, il est important d'établir une largeur de bande de résolution suffisante pour inclure les bandes latérales. Sinon, la puissance mesurée ne sera pas précise à moins qu'une mesure de puissance de bande intégrée ne soit effectuée. L'intégration de la puissance de nombreux points de mesure avec une bande passante de résolution étroite est souvent la technique la plus pratique pour les signaux modulés numériquement à large bande qui sont proches les uns des autres.
précision de la fréquence
La fréquence indiquée du marqueur est fonction de l'étalonnage de la fréquence sur l'écran, de l'emplacement du marqueur sur l'écran et du nombre de points d'écran sélectionnés. Le rétrécissement de la bande passante et du chemin de résolution minimise ces effets et facilite le placement du marqueur au sommet de la réponse.
vitesse de balayage
Les taux de balayage sont généralement proportionnels au carré de la largeur de bande de résolution. Un réglage plus large entraîne un balayage beaucoup plus rapide sur un chemin particulier qu'un réglage plus étroit.
Précision de l'étrier
Utilisez un calibrateur plus précis ou plus proche de la fréquence d'intérêt, si disponible, au lieu du calibrateur intégré.
temps de chauffage
Il est utile de savoir comment la référence se comporte dans notre analyseur dans des conditions de chauffage, dans les cas où une mesure rapide est nécessaire. Par exemple, les analyseurs Keysight X-Series nécessitent un préchauffage de 5 minutes pour répondre aux spécifications publiées.
Conclusion
Faire une mesure ne suffit pas, une mesure précise doit être faite. Aucun instrument de mesure au monde ne peut effectuer une mesure d'une valeur absolue, puisque la mesure comporte toujours une incertitude. Plus l'incertitude est faible, meilleur est l'instrument. Détecter l'existence d'une incertitude et être capable de la quantifier est une partie importante du processus de mesure. La combinaison de bonnes pratiques de mesure et des caractéristiques d'un analyseur pratique aide à minimiser les erreurs et à réduire le temps de test.
