Analisi dello spettro ad alta frequenza

Nel mondo sempre più digitale della tecnologia di misura, con processori sempre più veloci e clock sempre più elevati, le misure nel dominio della frequenza hanno assunto un’importanza crescente ai fini della precisione di qualificazione. Per visualizzare un segnale nel dominio della frequenza vengono utilizzati, tra gli altri, gli analizzatori di spettro. L’oscilloscopio correlato all’analizzatore di spettro, invece, permette di rappresentare la forma d’onda nel dominio del tempo. Gli analizzatori di spettro sono utilizzati, ad esempio, nel campo della progettazione dei circuiti elettrici e delle tecnologie ad alta frequenza. L’analizzatore di spettro è utilizzato, ad esempio, per analizzare un segnale di ingresso nel dominio della frequenza. Inoltre, è possibile delineare un grafico riassuntivo in una determinata gamma di frequenza. Il segnale effettivo, è ancora nel range di frequenza predeterminata? Il segnale originale può generare segnali d’interferenza o può essere influenzato da tali segnali? Applicazioni di tutto questo potrebbero riguardare le misure Emi o il monitoraggio dello spettro. Un analizzatore di spettro può essere equipaggiato con un generatore di tracking.

Il generatore di tracking

Il termine generatore di tracking è autoesplicativo della funzione. Si tratta di un generatore “cooperante”. Insieme alle misurazioni descritte nel dominio della frequenza, il generatore emette in uscita un segnale sinusoidale la cui frequenza è sincrona con lo sweep del ricevitore. Implementando il generatore di tracking, l’analizzatore di spettro può essere utilizzato con profitto per misurare la perdita di trasmissione dei cavi alla frequenza desiderata. Per ottenere una misurazione precisa, l’uscita del generatore deve essere collegata direttamente all’ingresso di misura dell’analizzatore. Questa misurazione viene impostata utilizzando una funzione di “normalizzazione”, in modo da eliminare gli effetti del cavo di misura e degli adattatori. Nella fase successiva il cavo da misurare viene inserito nel percorso. Ora, sull’analizzatore può essere visualizzata la risposta in frequenza del cavo, determinando i valori della perdita di inserzione mediante marcatori. Oltre a quella dei cavi, nello stesso modo può essere misurata la risposta in frequenza di amplificatori e filtri. La funzione di marcatore “BW NdB” visualizza automaticamente la larghezza di banda NdB della banda passante indicando i punti di frequenza di taglio con perdita di potenza di 3 dB. Grazie all’uso di un accoppiatore direzionale aggiuntivo, l’analizzatore di spettro può essere esteso con un generatore di tracking, in modo da poter misurare anche il fattore di riflessione (scalare) di un dispositivo. In questo caso, il segnale di uscita è guidato direzionalmente sull’oggetto misura. In caso di perfetto adattamento a 50 Ω, non viene riflessa energia e teoricamente la potenza misurata all’ingresso dell’analizzatore dovrebbe essere nulla. Teoricamente, di conseguenza, una frazione più piccola del segnale del generatore nell’accoppiatore direzionale viene trasferita alla linea del ricevitore. La direzionalità è nelle specifiche dei parametri dell’accoppiatore direzionale e rappresenta la misura della diafonia dell’accoppiatore. In caso di mancato adattamento ai terminali di connessione del dispositivo sotto test, la potenza viene riflessa e viene poi misurata, calcolando quindi fattore di riflessione, perdita di ritorno e rapporto di onda stazionaria. Insieme alla misura del percorso, con un analizzatore di spettro sono quindi disponibili le funzioni di base di un analizzatore di rete scalare. La schermata di Fig. 3 mostra la risposta in frequenza di un filtro passa-banda e la misura dell’adattamento del filtro. Se si desidera vedere i risultati delle misure di riflessione come rapporto di onda stazionaria può essere abilitate e utilizzata la funzione di misura fornita da Rigol nei suoi analizzatori di spettro. La funzione comprende la “calibrazione aperta” guidata, la registrazione della misura e la conversione Vswr, in modo che i risultati possano essere letti facilmente. Infine viene illustrato nuovamente in dettaglio un parametro della specifica dell’accoppiatore direzionale - la direttività. La direttività è un criterio di qualità. Essa descrive come viene realizzato il disaccoppiamento di una porta. Si tratta di una misura della capacità dell’accoppiatore di separare il percorso di andata da quello di ritorno. Qui, la caratteristica distintiva è il rapporto di potenza 1/3 sulla porta. Un accoppiatore direzionale ideale (perfetto isolamento) non esiste. Tuttavia, se l’isolamento tra porta e porta è troppo basso, parte della potenza in ingresso viene trasferita all’ingresso di misura e la potenza riflessa dal dispositivo sotto misura viene coperta dalla diafonia. Ciò significa che adattamenti e perdite dinamiche vicino a 50 Ohm non possono essere misurati in modo corretto. Ad esempio, se vi è una perdita di ritorno di 10 dB con un accoppiatore direzionale con una direttività di 10 dB il risultato è un errore del 100%. Se l’attenuazione di accoppiamento è troppo alta il dispositivo sotto test può essere raggiunto da una potenza insufficiente. Ne consegue che la potenza riflessa sul dispositivo sotto test “non adattato” viene ridotta. Insieme alla diafonia da scarso isolamento, questo può portare a un ponte di misura inadatto. La precisione di direttività può essere calcolata come differenza tra potenza in ingresso del generatore di tracking (porta 1) e potenza di uscita dell’analizzatore (porta 3). Valori di direttività di 20 dB caratterizzano un buon accoppiatore direzionale. Gli accoppiatori di livello superiore raggiungono valori di 30 dB. Gli accoppiatori direzionali di alta qualità sono utili solo per l’analisi di rete vettoriale

I ponti di misura

Rigol propone tre diversi ponti di misura: VB1020, VB1032 e VB1080. Questi ponti differiscono in termini di larghezza di banda e di frequenza massima. Per il VB1020 (2 GHz) e il VB1080 (8 GHz) i valori di direttività sono circa di 20 dB, mentre il nuovo ponte VB1032 (3,2 GHz) offre un’eccellente livello di 30 dB (Fig. 5). Insieme al portafoglio di analizzatori di spettro con bande da 1,5 a 7,5 GHz, Rigol offre soluzioni valide e convenienti per applicazioni quali sintonizzazioni d’antenna e misure di adattamento. Al momento dell’acquisto di un ponte Vswr è inclusa anche la licenza di attivazione senza alcun costo aggiuntivo, in modo che l’utente possa ottenere direttamente i valori di rapporto di onda stazionaria.

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