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Introduction à l'analyse spectrale
Sensibilité
La sensibilité caractérise l'aptitude de l'analyseur à
détecter des signaux de faible amplitude. La sensibilité
maximale d'un analyseur est limitée par son bruit interne. Ce
bruit a essentiellement deux origines: thermique et non
thermique. La puissance du bruit thermique est exprimé par:
PN = kxTxB
où
où
où
où
où
PN = Puissance de bruit en Watt
k
= Constante de Bolzman (1,38x10-23joules/°K)
T
= Température absolue en °K
B
= Bande passante du système en Hz
Comme le montre cette équation, le niveau de bruit est
directement proportionnel à la bande passante. Par
conséquent, une réduction d'une décade de la bande
passante donne une diminution de 10dB du niveau de bruit
et donc une sensibilité meilleure de 10dB. Le bruit non
thermique n'est pas lié à la température. Il peut provenir de
défauts de linéarité des éléments actifs, de désadaptation
d'impédance, etc. Un facteur de bruit est généralement
spécifié pour ce bruit non thermique qui ajouté au bruit
thermique, donne le bruit global de l'analyseur. Le bruit
global, mesuré sur l'écran cathodique, détermine la
sensibilité maximale de l'analyseur de spectre. Comme le
niveau de bruit est fonction de la bande passante, la
comparaison de sensibilité entre analyseurs doit être faite à
bande passante égale.
Un analyseur de spectre couvre une large gamme de
fréquence, mais est en réalité un appareil à bande étroite.
Tous les signaux qui apparaissent dans la gamme de
fréquence de l'analyseur sont convertis en une fréquence
intermédiaire unique qui doit traverser un filtre FI; le
détecteur ne voit que le bruit à ce niveau. Aussi le bruit de
l'analyseur n'est que celui du signal FI. Lorsqu'on mesure
des signaux discrets, on obtient la sensibilité maximale
avec la bande passante FI la plus étroite.
Filtre vidéo
La mesure de signaux de faibles amplitudes peut être
difficile lorsqu'ils ont une amplitude voisine du bruit moyen
de l'analyseur. Pour faciliter la mesure, il est recommandé
d'utiliser un filtre vidéo. C'est un filtre passe-bas qui opère
une moyenne du bruit dans l'analyseur. Lorsqu'on fait la
moyenne du bruit, le signal devient visible.
Si la bande passante est très étroite par rapport au balayage,
le filtre vidéo ne doit pas être utilisé, car à cause de la
propriété de limitation de la bande passante de ce filtre,
l'amplitude des signaux analysés sera réduite.
Sensibilité d'un analyseur de spectre
Spécifier la sensibilité d'un analyseur de spectre est un peu
arbitraire. On peut la définir comme le niveau du signal
lorsque la puissance du signal est égale à la puissance
moyenne de bruit.
L'analyseur de spectre mesure toujours le signal plus le
bruit. Par conséquent, lorsque le signal d'entrée a la même
amplitude que le bruit interne, le signal apparaît 3dB au
dessus du bruit. Lorsque la puissance du signal est ajoutée
à la puissance moyenne du bruit, le niveau de puissance à
20
l'écran est doublé (augmenté de 3dB) parce que la
puissance du signal est égale à la puissance moyenne du
bruit.
Le niveau d'entrée maximum de l'analyseur de spectre est
le niveau qui entraîne une détérioration du circuit d'éntrée.
Pour le HM5012-2/5014-2, ce niveau est de +10dB à
l'entrée du mélangeur et de +20dB à l'entrée de
l'atténuateur. Avant d'atteindre le niveau de détérioration,
l'analyseur comprime le signal d'entrée. En dessous de
1dB, cette compression n'est pas sensible. Le niveau de
signal
d'entrée
maximal
inférieure à 1dB est appelé niveau d'entrée linéaire.
Au dessus d'un compression de 1dB, l'analyseur est
considéré comme fonctionnant en régime non linéaire car
l'amplitude du signal affiché n'est pas représentative du
niveau du signal d'entrée.
Chaque fois qu'un signal est appliqué à l'entrée de
l'analyseur, des distorsions sont produites dans l'analyseur
lui-même. La plupart du temps, ces distorsions proviennent
du comportement non linéaire du mélangeur d'entrée. Dans
le
cas
du
HM5012-2/5014-2,
typiquement à 75dB en dessous du niveau du signal
d'entrée n'excédant pas -30dBm à l'entrée du premier
mélangeur. Pour pouvoir accéder à des niveaux d'entrée plus
élevés, un atténuateur est placé dans le circuit d'entrée juste
avant le premier mélangeur. Le signal d'entrée maximum
que l'on peut appliquer pour chaque position d'atténuateur,
tout en maintenant les distorsions internes en dessous d'un
certain niveau, est appelé niveau d'entrée optimum de
l'analyseur. Le signal est atténué avant le premier mélangeur
parce qu'il ne faut pas que le niveau du signal appliqué au
mélangeur
dépasse
-27dBm,
distorsion de l'analyseur dépasseront 75dB. Cette gamme de
75dB sans distorsion est appelée gamme dynamique utile
de l'analyseur. La dynamique d'affichage est le rapport du
niveau du signal le plus élevé sur le niveau le plus faible
affichable simultanément sans distorsion.
La dynamique est donc soumise à plusieurs conditions. La
dynamique d'affichage doit être suffisante, on ne doit pas
observer de réponse parasite ou non identifiée et la
sensibilité doit être suffisante pour permettre d'éliminer le
bruit. La dynamique maximale d'un analyseur de spectre doit
se déduire des spécifications. Vérifier d'abord la spécification
de distorsion. Par exemple, «atténuation de 75dB de tous
les produits parasites pour un niveau de -30dBm à l'entrée du
mélangeur». Déterminer ensuite qu'il y a une sensibilité
suffisante. Par exemple, 75dB en dessous de -30dB
représente -105dB. C'est le niveau que l'on doit pouvoir
détecter. La bande passante pour cette sensibilité ne doit
pas être trop étroite sinon elle sera inutile. Enfin, la
dynamique d'affichage doit être suffisante.
Il faut noter que la gamme de mesure sans parasite peut
être étendue en réduisant le niveau à l'entrée du
mélangeur. La seule limite est alors la sensibilité.
Pour obtenir la dynamique maximale sur l'écran, s'assurer
que les conditions suivantes sont réunies:
1. Le niveau du signal d'entrée ne dépasse pas le niveau
d'entrée optimum de l'analyseur.
2. La raie la plus haute du signal d'entrée se situe en haut
de l'écran (niveau de référence).
donnant
une
compression
ces
distorsions
sont
sinon,
les
produits
Sous réserve de modifications
de
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