Medições com um analisador de espectro
Figura 1: Representação tridimensional das direcções de visualização para o domínio do tempo e para o domínio da frequência,
esquerda: a representação bidimensional por meio de um osciloscópio;
à direita: a representação como um espectro de frequências.
Figura 1: Representação tridimensional das direcções de visualização para o domínio do tempo e para o domínio da frequência,
esquerda: a representação bidimensional por meio de um osciloscópio;
à direita: a representação como um espectro de frequências.
Medições com um analisador de espectro
Um analisador de espectro é um instrumento de medição que é construído de forma muito semelhante a um osciloscópio. Ambos os instrumentos de medição são usados para exibir e medir formas de sinais complexos especiais. Ambos os instrumentos mostram a amplitude do sinal medido na ordenada. Existem diferenças no visor na abcissa. Num osciloscópio este é o eixo do tempo, num analisador de espectro este é o eixo da frequência. Portanto, o osciloscópio mede no domínio do tempo (muitas vezes chamado em inglês: time-domain), o analisador de espectro no domínio da frequência (em inglês: frequency-domain).
Se uma tensão de onda sinusoidal ideal for exibida, o osciloscópio exibe essa onda sinusoidal em toda a largura da tela. Num analisador de espectro, é apresentada uma linha vertical estreita para esta onda sinusoidal. Mesmo as menores alterações na forma de onda sinusoidal ideal, por exemplo, devido à modulação de baixa freqüência, não seriam visíveis em um osciloscópio. No analisador de espectro, no entanto, várias linhas verticais com um comprimento dependente da amplitude do respectivo componente do sinal seriam então exibidas.
A figura 1 mostra uma mistura de três frequências sinusoidais. Aproximadamente esta mistura de sinais seria produzida se um radar FMCW detectasse três alvos a diferentes distâncias. Em um osciloscópio, estas três freqüências seriam possivelmente visíveis se não tivessem diferenças de freqüência muito grandes. Mas medir a frequência, ou seja, medir a distância, não seria possível com um osciloscópio. Apenas no analisador de espectro podem ser medidas as três frequências. Com um radar FMCW, o analisador de espectro pode ser usado diretamente como um instrumento de medição de distância.
Figura 2: Visualização do sinal transmitido de um radar de pulso em um analisador de espectro
Medição de um espectro
Com um radar de pulso, as seqüências de tempo são melhor exibidas em um osciloscópio. Aqui, por exemplo, um analisador de espectro tem a tarefa de avaliar a qualidade do sinal de sondagem gerado pelo transmissor. A Figura 2 mostra o espectro de um transmissor magnetron. Em um transmissor magnetron, por exemplo, a potência de transmissão pode ser controlada através do aumento da corrente no magnetrão. No entanto, mais energia gerada não significa melhores alcances ao mesmo tempo. Uma medida de potência é sempre banda larga. Isto significa que as partes da potência que se encontram fora da largura de banda dos outros módulos de radar (por exemplo, antena, diplexer) também são medidas. O analisador de espectro pode agora ser usado para estimar se a potência adicional devido a um aumento da corrente magnética está, de alguma forma, na faixa das freqüências desejadas. Caso contrário é inútil aumentar ainda mais a corrente, pois o único efeito seria um encurtamento da vida útil do magnetrão.
O analisador de espectro também pode ser usado para detectar correlações temporais da freqüência de repetição de pulso, porque o padrão das linhas de freqüência e seus intervalos também é significativo. No entanto: um osciloscópio pode fazer isto muito mais claramente.
Bild 3: FPC 1500 Spektrumanalysator
(Mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)
Soluções técnicas
Os instrumentos de medição analógicos utilizam um filtro de banda sintonizável eletricamente para separar as freqüências no tempo e exibir suas amplitudes como um osciloscópio. Na prática, esta é mesmo uma frequência fixa no filtro de banda e o sinal a ser medido é misturado com uma frequência de mistura que muda linearmente ao longo do tempo (a chamada frequência de varrimento), como num receptor super-heterodyne. Os analisadores de espectro digital de alta qualidade também utilizam este princípio por razões de precisão e resolução. Por exemplo, o dispositivo mostrado na figura 3 pode exibir frequências até um máximo de 3 GHz com uma resolução de apenas um hertz.
Com analisadores de espectro digital mais baratos, o hardware às vezes difere apenas ligeiramente do de um osciloscópio. A diferença está essencialmente apenas no software: os sinais do domínio do tempo são convertidos para o domínio da frequência utilizando a transformada de Fourier. Isto significa que os osciloscópios modernos também são capazes de funcionar como analisadores de espectro usando outro ou software adicional. Entretanto, seus resultados (resolução) são então um pouco menos precisos porque as larguras de banda necessárias para este fim muitas vezes não são alcançadas por simples osciloscópios. Além disso, a Transformação Rápida de Fourier também requer tempo e se torna menos precisa para sinais que mudam rapidamente com o tempo.