Alcune considerazioni sulla scelta dell'architettura più adatta dell'analizzatore di spettro per ridurre il tempo di caratterizzazione dei trasmettitori.

La misura delle deboli emissioni spurie generate dalle armoniche, dai parassitismi, dai prodotti di intermodulazione e dai prodotti di conversione di frequenza rappresenta l'operazione più tediosa che i progettisti devono affrontare durante la caratterizzazione dei trasmettitori ad alte prestazioni.

Al fine di ottenere un rapporto segnale/rumore (SNR) accettabile, il fondo di rumore termico deve essere almeno 10 dB al di sotto del livello delle emissioni spurie.

Il fondo di rumore è determinato dai circuiti dello strumento, dalla scelta della risoluzione in frequenza (resolution bandwidth, RBW) e dalla tecnica utilizzata per rivelare i segnali.

• Riducendo la banda di un fattore 10 si riduce il fondo di rumore della misura di 10 dB.

Tuttavia, la contropartita di un basso fondo di rumore è l'aumento significativo del tempo di misura ed una bassa frequenza di scansione. La scelta della risoluzione adeguata per il livello di spurie richiesto è dunque fondamentale per mantenere accettabile il tempo totale di misura.

Anche l'architettura dell'analizzatore di spettro influenza significativamente la velocità della misura. Questo articolo esplora gli aspetti di base come il fondo di rumore e compara i tradizionali analizzatori di spettro a scansione con i moderni analizzatori di spettro e di segnali a larga banda basati sulle elaborazioni digitali e la FFT.

Ruolo del rumore termico

Il fondo di rumore di un analizzatore di spettro è indicato dal parametro DANL (Displayed Average Noise Level), chiamato anche livello di rumore medio visualizzato, per una determinata risoluzione in frequenza (RBW). Un valore tipico per un analizzatore ad alte prestazioni è -155 dBm con risoluzione in frequenza di 1 Hz.

Per una generica misura delle spurie, la larghezza di banda del filtro che determina la risoluzione in frequenza, indicata solitamente con l'acronimo RBW, può essere regolata in modo da ridurre il fondo di rumore sotto le specifiche del test da effettuare.

Quando la risoluzione in frequenza non è specificata, può essere calcolata a partire dal massimo livello di rumore tollerabile.

Per correggere il fondo di rumore in base alla risoluzione in frequenza, si applica la seguente formula:

[Formula 1] dove:

Ad esempio, con una risoluzione in frequenza di 1 kHz il fondo di rumore medio visualizzato deve essere corretto di 30 dB.

Ruolo del rivelatore

Il numero limitato di punti di visualizzazione sullo schermo dell'analizzatore di spettro può divenire una fonte di errore quando si eseguono misure su ampi intervalli di frequenze con risoluzione stretta, come quella necessaria per le misure dei segnali spuri, in quanto l'informazione relativa ad ogni frequenza deve essere compressa nel numero di pixel disponibili nel display LCD dello strumento.

Gli analizzatori di spettro impiegano un insieme di funzioni di rivelazione per quantificare la potenza associata ad ogni punto in frequenza; tra le quali quelle maggiormente utilizzate vi sono il rivelatore di picco, a campione o RMS.

• Il rivelatore a campione (sample) genera un valore di misura per ogni pixel dell'asse x. Se la RBW è piccola rispetto all'intervallo di frequenze corrispondente ad un singolo pixel, si può verificare una perdita inevitabile di informazione. Comunque, il rivelatore a campione viene usato normalmente per descrivere il fondo di rumore di un analizzatore di spettro.
• Il rivelatore a valor quadratico medio (RMS) campiona l'inviluppo ad una frequenza di campionamento elevata per calcolare la potenza media come è spesso richiesto nelle misure di emissioni spurie. Il fondo di rumore indicato nel datasheet va comunque adattato, essendo misurato utilizzando la media video o la media tra le tracce. Il processo di media e la scala logaritmica rendono il parametro DANL 2,51 dB inferiore rispetto alla potenza di rumore effettiva, per cui il DANL va incrementato in questo caso di 2,51 dB per ottenere la potenza di rumore corretta
• Il rivelatore di picco (peak) è impiegato per sistemi ad impulsi come i trasmettitori radar. Il vantaggio che offre è che non si rischia di perdere il valore del segnale più intenso e quindi la condizione peggiore può essere valutata. La risoluzione in frequenza è comunque limitata dall'estensione della scansione (span) divisa per il numero di punti della scansione. Per migliorare la risoluzione in frequenza della traccia, al fine di visualizzare le spurie, il numero di punti può essere incrementato.

Poiché il rivelatore di picco cattura sempre il valore massimo, il suo fondo di rumore è molto maggiore rispetto al rivelatore a campione o RMS.

Dato che si può assumere che il rumore di fondo dell'analizzatore sia gaussiano, la massima differenza tra la potenza di picco e la potenza media, detta fattore di cresta (crest factor), è di 12 dB.

Anche questo dato va considerato quando si imposta la risoluzione in frequenza per ottenere un fondo di rumore inferiore alla specifica della misura da effettuare.