Analizzatore di spettro Generatori di segnale Generalità sull analisi spettrale Analizzatori a scansione 2 2006 Politecnico di Torino 1
Obiettivi della lezione Metodologici miglioramenti dovuti alla doppia conversione funzionamento Zero Span demodulazione e rappresentazione time domain 4 2006 Politecnico di Torino 2
Prerequisiti per la lezione Teoria dei segnali: analisi spettrale di un segnale rivelazione di segnale modulato Sistemi elettronici: filtri passa banda rivelatori di ampiezza 5 Bibliografia per la lezione Misure elettroniche S. Leschiutta Pitagora Editrice, Bologna, 1996, cap. 10, pag. 161 Misure elettroniche U. Pisani Politeko Ed., Torino, 1999, cap. 9, pag. 231 6 2006 Politecnico di Torino 3
Contenuti della lezione Analizzatori a scansione: Considerazioni sulla conversione singola Principio della doppia conversione Rappresentazione con scansione nulla Analisi spettrale del segnale modulante 7 2006 Politecnico di Torino 4
Limitazioni Risoluzioni elevate richiedono larghezze di banda del filtro IF anche dell ordine di decine di hertz B 3dB f IF Selettività così alte si possono realizzare solo con filtri a frequenza intermedia sufficientemente bassa 9 Esempio numerico Se il filtro IF avesse: Q max =f IF /B=10 4 Volendo una banda B=100Hz, risulta f IF =10 6 Hz Filtro passa basso f IF Filtro IF Banda analizzatore f smin f smax f IF =1 MHz v La banda dell analizzatore sarebbe limitata al di sotto di 1 MHz 10 2006 Politecnico di Torino 5
Analizzatore a doppia conversione 1/4 Il problema si risolve con una doppia conversione di frequenza Un primo convertitore ha un 1 oscillatore locale con f 1LO sintonizzabile Il 1 filtro a IF (f 1IF ) ha scarsa selettività f s Primo mescolatore Amplificatore e Filtro 1 a IF f 1IF f 1LO 1 o oscillatore locale a frequenza variabile f 1IF = f s f 1LO 12 2006 Politecnico di Torino 6
Analizzatore a doppia conversione 2/4 La f 1IF èinviata a un secondo convertitore con un oscillatore locale a frequenza fissa f 2LO <<f 1IF Il filtro passa banda alla 2 a IF ha selettività elevata f 1IF Secondo mescolatore Amplificatore e Filtro 2 a IF f 2IF f 2LO 2 o oscillatore locale a frequenza fissa f 2IF = f 1IF f 2LO 13 Analizzatore a doppia conversione 3/4 f 2IF <<f 1IF cade all interno dello spettro da analizzare Il filtro 2 a IF può avere selettività dell ordine degli hertz 2 o Filtro IF a selettività regolabile Filtro passa basso 1 o Filtro IF a banda larga Spettro da analizzare f smin f 2IF f smax f 2LO f 1LOmin v f 1LOmax f1if 14 2006 Politecnico di Torino 7
Analizzatore a doppia conversione 4/4 Schema a blocchi IN Atten. a scatti di ingresso Filtro p. basso (antialias.) f s Primo mescolatore f 1I F Ampl. e Filtro 1 a IF f 1I F Generatore di tensione a rampa f 1LO 1 o oscill. locale a freq. variabile TRC Defl. X 2 o oscill. locale a freq. fissa f 2LO Secondo mescolatore Defl. Y f 2IF Filtro video Passa-basso Rivelatore di inviluppo f 2IF Filtro 2 a IF a selett. commut. Secondo amplificatore IF (lin. o logarit.) 15 Risoluzione La risoluzione RBW (Resolution Band Width) dipende solo dalla larghezza di banda del filtro 2 a IF e dalla forma della curva di selettività Il 1 filtro a IF (f 1IF ) ha infatti il solo scopo di selezionare la parte di spettro da analizzare 16 2006 Politecnico di Torino 8
Funzionamento zero span Se si mantiene f 1LO =cost, l analizzatore funziona nella condizione operativa denominata Zero Span In pratica l analizzatore funziona come un ricevitore, sintonizzato su una frequenza, la cui larghezza di banda è definita dalla selettività del filtro IF Spettro di un segnale modulato AM 18 2006 Politecnico di Torino 9
Presentazione zero span L intero spettro del segnale modulato in ampiezza viene convertito e passa nel filtro della 2 a IF f f m f0 t f 0 -f m f 0 f 0 +f m Il rivelatore estrae la modulante f m t 19 Rappresentazione time domain Sullo schermo viene rappresentato il segnale modulante nel dominio del tempo 20 2006 Politecnico di Torino 10
Opzione FFT in funzionamento zero-span Il funzionamento a scansione nulla consente una opzione interessante dell analizzatore Le prestazioni dell analizzatore di spettro analogico si coniugano con quelle di un DSO e di un analizzatore di spettro numerici Da un segnale a RF modulato, è perciò possibile eseguire l analisi spettrale del solo segnale modulante 22 2006 Politecnico di Torino 11
Analisi FFT del segnale modulante Nell analizzatore di spettro è infatti disponibile dopo il rivelatore il segnale modulante nel dominio del tempo Questo segnale nel tempo viene campionato come in un oscilloscopio numerico Su tali campioni si esegue la trasformazione tempo-frequenza mediante un algoritmo FFT 23 Spettro del segnale modulante Si ha quindi disponibile in forma numerica lo spettro del segnale modulante che viene rappresentato sullo schermo 24 2006 Politecnico di Torino 12
Approfondimenti I seguenti concetti devono essere meditati e risultare chiari dallo studio della lezione: il motivo per cui occorre realizzare una doppia conversione di frequenza risoluzione di frequenza imposta dal secondo filtro IF cosa succede se l oscillatore locale è a frequenza fissa e quale segnale è rappresentato 26 2006 Politecnico di Torino 13
Sommario della lezione : Considerazioni sulla conversione singola Principio della doppia conversione Rappresentazione con scansione nulla Analisi spettrale del segnale modulante Domande di riepilogo 27 2006 Politecnico di Torino 14