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Les analyseurs de spectre sont des outils essentiels pour les radioamateurs, leur permettant de visualiser et d'analyser les signaux radio de manière précise et détaillée. Un analyseur de spectre est un instrument de mesure qui permet de visualiser l’amplitude des signaux en fonction de leur fréquence.

Importance de la calibration

La calibration de mesure est le processus de suppression des erreurs systématiques d'un système de mesure. Les erreurs sont inhérentes à tout système de mesure, et les VNA ne font pas exception.

Alors que des erreurs de dérive et aléatoires ne peuvent être réduites que par un contrôle environnemental et de bonnes pratiques, les erreurs systématiques peuvent quasiment être entièrement supprimées à l'aide de la calibration.

Il est important de noter qu'une calibration de mesure n'est pas la même chose qu'une calibration d'instrument, qui vérifie qu'un instrument fonctionne au sein de ses spécifications.

Étalons de calibration

La calibration VNA repose sur des étalons de calibration, qui sont des terminaisons ou coupleurs dotés de magnitude et de réponses de phase connues précisément. Ils sont utilisés au cours du processus de calibration afin de quantifier et corriger les erreurs introduites par le VNA et la configuration de test.

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  • Through (T) ("Traversé"): Établit une connexion idéale directe entre deux ports, fournissant une ligne de base pour des mesures de transmission.
  • Open (O) ("Ouvert"): Représente un circuit ouvert sur le plan de référence. Cependant, à des fréquences plus élevées, cet étalon développe une capacitance, et ce comportement doit être pris en compte dans le processus de calibration.
  • Short (S) ("Court-circuit"): Représente un court-circuit et est un autre étalon pour des mesures de réflexion. Comme l'étalon "ouvert", son imperfection doit être définie pour la précision.
  • Match (M), parfois appelé “Charge”: Fournit une terminaison adaptée à l'impédance caractéristique (par exemple, 50 ohms), minimisant les réflexions sur le plan de référence.

Méthodes de calibration

La calibration avec des étalons peut être divisée en calibration manuelle et calibration automatique.

  • Calibration manuelle: Chaque étalon est connecté et déconnecté manuellement au plan de référence dans la séquence correcte. Cette méthode est précise mais chronophage et sujette aux erreurs de l'opérateur.
  • Calibration automatique ou autocal: Les étalons sont intégrés à l'unité autocal, qui est contrôlée par le VNA. L'unité commute automatiquement les étalons aux points appropriés dans la routine, accélérant significativement le processus et réduisant les erreurs humaines.

Types de calibration

Les types de calibration dans l'analyse de réseaux vectoriels détermine les étalons spécifiques utilisés et leur processus de connexion au cours de la routine de calibration.

  • Calibration à un port complète: Nécessite la connexion séquentielle d'un étalon ouvert, court-circuit et charge au plan de référence.
  • Normalisation de réflexion: Utilise un seul étalon, soit ouvert soit court-circuit, afin de normaliser la réponse de réflexion. Cela est plus rapide qu'une calibration à un port complète, mais également moins précis.

Une calibration à deux ports est utilisée pour des mesures de transmission et implique des procédures plus complexes afin de prendre en compte les erreurs affectant les deux ports.

  • Normalisation de transmission: Nécessite un seul étalon "traversé" pour mesurer la transmission. La calibration peut être effectuée dans une direction ou les deux.
  • Calibration à deux ports sur un trajet: Combine une calibration à un port complète avec une normalisation de transmission entre deux ports. Il s'agit d'une méthode de calibration hybride qui trouve un équilibre entre vitesse et précision.
  • Calibration à deux ports complète: Méthode de calibration complète qui fournit les résultats les plus précis pour des mesures sur deux ports, corrigeant toutes les erreurs de réflexion et de transmission pour les deux ports.

TOSM et UOSM

TOSM est l'étalon et la méthode la plus largement utilisée pour une calibration à deux ports complète. Le processus implique la réalisation d'une calibration à un port (ouvert, court-circuit et charge) sur les deux ports, puis la connexion d'un étalon "traversé" entre les deux ports et la mesure dans les deux directions - un total de huit balayages est nécessaire.

Cette méthode permet des mesures précises de tous les paramètres S; cependant, elle peut être très fastidieuse et chronophage du fait de la connexion de multiples étalons.

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UOSM est une variation du TOSM où l'étalon "traversé" connu est remplacé par un coupleur inconnu, qui doit avoir des caractéristiques symétriques dans les deux directions.

Elle est particulièrement pratique lorsque le DUT a des types de connecteurs différents (par exemple, SMA sur une terminaison et type N sur l'autre) et fournit une alternative pratique dans des situations où aucun étalon "traversé" n'est disponible.

Paramètres essentiels d'un analyseur de spectre

Il y a quatre paramètres essentiels nécessaires pour utiliser un analyseur de spectre. Par exemple, pour mesurer la puissance entre 840 MHz et 860 MHz. Ces valeurs pourraient être saisies dans un analyseur de spectre comme des fréquences de début et de fin, mais le centre et le span sont utilisés plus communément.

Les noms sont intuitifs : le centre est la fréquence au milieu de l'affichage, et le span est la largeur de l'affichage. La gamme 840 MHz à 860 MHz est la même chose qu'un centre à 850 MHz et un span de 20 MHz.

Le niveau de référence est le front le plus élevé affiché et représente la puissance attendue maximale à l'entrée de l'analyseur de spectre. Un réglage trop élevé ou trop faible du niveau doit être évité.

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Un réglage trop élevé du niveau de référence diminue la gamme dynamique et la possibilité de visualiser les petits changements dans l'amplitude. Si le niveau de référence est réglé trop faible, la trace dépasse le haut de l'écran.

Pour des mesures de spectre de base, la bande passante de résolution est, de loin, le réglage le plus important. La plupart des analyseurs de spectre utilisent des analyseurs à base d'hétérodyne pour mesurer le spectre en balayant un span.

Une manière d'aider la compréhension de la bande passante de résolution c'est de la voir comme une fenêtre se déplaçant sur le span, mesurant le niveau au fur et à mesure. Quoi qu'il en soit, la fenêtre ou le filtre de résolution n'est pas carré mais a une forme Gaussienne ou similaire. La fenêtre ne bouge pas non plus, le spectre passe à la place de la fenêtre.

Les effets de la bande passante de résolution sont la capacité à séparer ou résoudre des signaux faiblement espacés. Deux signaux étroits peuvent uniquement être séparés si la bande passante de résolution est plus petite que la distance entre ces deux signaux.

Un autre aspect de la bande passante de résolution est l'effet qu'il a sur le bruit. Plus spécifiquement, la bande passante de résolution affecte le plancher de bruit, également appelé niveau de bruit moyen affiché, ou DANL.

Le plancher de bruit monte ou descend en fonction de la bande passante de résolution choisie. La diminution de la bande passante de résolution d'un facteur de 10 réduit le plancher de bruit d'environ 10 dB.

Le principal facteur déterminant le temps de balayage d'un analyseur de spectre est la bande passante de résolution. La plupart des analyseurs calcule automatiquement le temps de balayage en se basant sur la bande passante de résolution et le span.

Le dernier paramètre de base est la bande passante vidéo. Les traces sont essentiellement une enveloppe de puissance à des fréquences individuelles, et cette enveloppe est appelée signal vidéo.

La réduction de la bande passante vidéo réduit uniquement le bruit sur la trace, elle ne diminue pas le plancher de bruit comme le fait la bande passante de résolution. La bande passante vidéo change uniquement ce à quoi ressemble la trace, donc dans une certaine mesure le bon réglage de la bande passante vidéo dépend de l'application.

Maintenance et ajustage

Les équipements de mesure du domaine fréquentielle, tels que les synthétiseurs HF, générateurs BF et sondes de puissance, nécessitent une maintenance régulière pour garantir leur exactitude et leur longévité. Nos services de réparation et d’ajustage incluent la vérification et le réglage des composants essentiels de chaque instrument.

Périodicité de la calibration

L’intervalle de temps correspond à l'intervalle de calibrage. La période de calibration de l'analyseur de spectre compris entre 1 et 3 ans.

Importance de l’étalonnage en métrologie du domaine temps et fréquence

Dans les secteurs exigeants tels que la radiofréquence, l’aéronautique et l’aérospatiale, la précision des instruments de mesure de temps et de fréquence est cruciale pour garantir la fiabilité des opérations.

AQ6380 : Un exemple d'analyseur de spectre performant

L’AQ6380 atteint une résolution en longueur d’onde de 5 pm. Le monochromateur présente des caractéristiques spectrales plus nettes que jamais. L’AQ6380 possède une bande de longueur d’onde de 1200 à 1650 nm. Cela signifie qu’une seule unité peut répondre à des besoins diversifiés de mesure de la longueur d’onde.

La résolution de la longueur d’onde peut varier de 5 pm à 2 nm, ce qui permet de prendre en charge un large éventail d’applications, des mesures de crête/encoche à bande étroite aux mesures spectrales à large bande.

L’AQ6380 est équipé d’un mécanisme de purge qui remplace l’air à l’intérieur du monochromateur par de l’azote ou de l’air sec en l’amenant en continu par des ports dédiés sur le panneau arrière.

L’AQ6380 offre ±5 pm dans la bande C pour répondre aux exigences de précision les plus strictes. Il offre également ±10 pm dans les bandes S et L et ±50 pm sur toute la gamme de longueurs d’onde.

Avec une telle précision, certaines applications peuvent ne plus nécessiter de mesureur de longueur d’onde optique.

L’AQ6380 fournit des mesures de haute précision à long terme grâce aux fonctions de calibrage de la longueur d’onde et de réglage de l’alignement utilisant la source lumineuse intégrée.

Le calibrage de la longueur d’onde avec la source lumineuse interne peut être effectué de manière entièrement automatique et régulière sans cordon de fibre externe.

Tableau récapitulatif des étalons de calibration

Étalon Description Application
Through (T) Connexion directe entre deux ports Mesures de transmission
Open (O) Circuit ouvert Mesures de réflexion
Short (S) Court-circuit Mesures de réflexion
Match (M) Terminaison adaptée à l'impédance caractéristique Minimisation des réflexions

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