Des nouveaux analyseurs de spectres et de signaux

Ce qui frappe immédiatement dans le nouvel analyseur R&S FSW, c’est son grand écran tactile lumineux de 31 cm (12,1’’) qui permet une utilisation conviviale et évite aux utilisateurs des structures de menus complexes (cf. fig. 1).

 

Figure 1: L’analyseur de spectres et de signaux R&S FSW établit de nouvelles références techniques: il offre la plus large bande passante d’analyse de signal et le bruit de phase le plus bas du marché. En outre, son utilisation est particulièrement conviviale via son écran tactile de 31 cm (12,1’’).

Un concept d’exploitation novateur

Les grands diagrammes de flux de signal et les boîtes de dialogue sont accessibles de manière intuitive par simple contact du doigt ou via une souris. Particularité: leur transparence est telle que les courbes apparaissent en arrière plan et que les réactions aux modifications de réglages sont immédiatement visibles (cf. fig. 2). Le R&S FSW est également doté de touches permettant, comme d’habitude, d’obtenir un accès rapide aux fonctions fréquemment utilisées. La barre d’outils, située en haut de l’écran, est également très pratique, avec ses icônes représentant les fonctions transversales importantes, comme la fonction de zoom ou l’enregistrement de paramètres et du contenu de l’écran, par exemple.

 

Figure 2: Des boîtes de dialogue de configuration ou des diagrammes de flux de signal sont superposés aux résultats de mesure de manière semi-transparente. Ainsi, les effets des réglages sur les résultats de mesure sont immédiatement visibles.

Une multi-vue pour une parfaite information

La fonction MultiView est particulièrement utile lorsque plusieurs mesures sont exécutées simultanément. Elle permet d’obtenir une vue d’ensemble en affichant les différents paramètres de mesure dans les fenêtres correspondantes (cf. fig. 3). Ainsi, cet appareil peut, dans une fenêtre de mesure, analyser le spectre utile d’un signal radar, dans une autre fenêtre, mesurer avec des paramètres indépendants les harmoniques du signal et, dans une troisième fenêtre, évaluer les temps de montée et de descente ainsi que la réponse en phase d’impulsions, à l’aide de l’application R&S FSW-K6.

Le temps des allers-retours compliqués entre les différentes applications est donc révolu. Il suffit d’un simple effleurement du doigt sur l’onglet concerné pour que l’appareil commute sur l’application de mesure correspondante. Une autre particularité consiste dans le traitement séquentiel des différentes applications de mesure, qu’on peut automatiser à l’aide d’un séquenceur multicanaux. Dans ce mode, le R&S FSW exécute toutes les mesures successivement en réactualisant chaque fenêtre au fur et à mesure. Tout cela est effectué sans réglages manuels fastidieux, sur différentes fréquences et ce, dans toute la gamme de fréquence de l’analyseur. Tous les résultats souhaités sont ainsi disponibles simultanément et instantanément.

 

Figure 3: La fonction MultiView du R&S FSW permet d’afficher simultanément les résultats des diverses applications de mesure dans plusieurs fenêtres.

Analyse simultanée de signaux de différentes normes

Il n’est pas rare, aujourd’hui, de trouver des signaux différents sur une voie RF (onde radio) commune, comme dans des stations de base radio multi-standard. La fonction MultiView permet d’examiner ces signaux composites sans avoir à reconfigurer l’analyseur pour chaque signal. Pourtant, puisqu’un seul signal est analysé par séquence, les interactions entre ces signaux ne sont pas toujours détectées. Mais, grâce au R&S FSW, rien n’échappe à l’utilisateur, y compris en présence de tels scénarios, car cet analyseur offre une bande passante d’analyse de signal de 160 MHz, ainsi que la fonction de mesure Multistandard Radio Analyzer. Cette fonction est capable de mesurer, en parallèle, sur la même base temporelle, des signaux de différentes normes de télécommunication mobile, telles que GSM, WCDMA et LTE, par exemple, sur différentes fréquences, dans la totalité de la bande passante d’analyse de l’appareil.

La représentation conjointe de l’ensemble des résultats permet de percevoir immédiatement les influences mutuelles entre les signaux. Il est ainsi très facile de constater si des bursts GSM dégradent la qualité du signal sur des porteuses WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Ce processus est à la fois utile pour évaluer les interactions entre les réseaux sans fil et les systèmes radar, analyser des signaux à sauts de fréquence et pour surveiller parallèlement les signaux de transpondeurs satellite (cf. fig. 4 et p. 30).

 

Figure 4: L’analyseur radio multistandard en action: quatre différents signaux de radiocommunication mobile simultanément (de gauche à droite): WCDMA, deux fois GSM et LTE.

Une bande passante d’analyse de 160 MHz pour l’avenir

Les besoins en débits de données plus élevés vont de pair avec des bandes passantes de transmission d’autant plus larges. L’instrument R&S FSW maîtrise ce défi particulier en matière d’équipements de mesure, sa bande passante d’analyse de 160 MHz étant la plus large de tous les analyseurs de spectre et de signaux actuellement disponibles. C’est ainsi qu’il permet de réaliser des mesures sur des signaux utiles à bande passante élevée, par exemple dans le développement de la norme WLAN 802.11ac (cf. La Revue POLYTECHNIQUE 2012/1, p. 48), offrant des bandes passantes jusqu’à 160 MHz, ou sur des transpondeurs satellite.

 

 

Lors de la linéarisation des amplificateurs de puissance, il est particulièrement important de déterminer les composants d’erreur survenant dans les canaux adjacents en raison de distorsions. Plus le nombre de canaux adjacents à mesurer est important, plus la modélisation et la linéarisation d’amplificateur sont précises, ce qui permet d’obtenir une meilleure réjection de la puissance émise dans les canaux adjacents. Sa bande passante d’analyse de signal permet à cet analyseur, sur un signal LTE large de 20 MHz, de capter encore des composants dans le quatrième canal adjacent – plus que tous les autres analyseurs.

Sa large bande passante est également utile dans la gamme de fréquence supérieure à 8 GHz, car un commutateur de dérivation (Bypass) intégré permet d’éliminer le filtre suiveur YIG dans le chemin des hyperfréquences. La bande passante n’est donc pas limitée par le filtre, mais, en contrepartie, la réjection de la fréquence image n’est plus opérationnelle. Grâce au vaste choix de largeurs de bande d’analyse qu’il propose, cet analyseur est configurable pour de nombreuses applications différentes (cf. fig. 5).

 

Figure 5: L’analyseur R&S FSW permet de répondre à toutes les applications d’analyse de signal.

Les caractéristiques de bruit de phase, de bruit propre et d’intermodulation sont capitales dans la définition des performances RF (fréquence radio) d’un analyseur. Elles mettent en évidence les différences entre un analyseur de spectre haut de gamme et un analyseur de moyenne catégorie. Un faible bruit de phase est essentiel pour la réalisation de mesures sur des spectres densément occupés par des signaux à niveaux très différents, pour l’évaluation de la puissance émise dans les canaux adjacents de systèmes de transmission radio, ou plus généralement lors du développement d’oscillateurs locaux.

Avec son bruit de phase extrêmement réduit, l’analyseur R&S FSW est un leader mondial pour de telles mesures. Il offre des valeurs jamais atteintes auparavant par un analyseur de spectre et distance l’état de l’art précédent de quelque 10 dB. Qui plus est, il se rapproche ainsi des valeurs obtenues par des bancs de test de bruit de phase dédiés (fig. 6).

 

Figure 6: L’instrument R&S FSW distance l’état de la technique précédent de quelque 10 dB: son bruit de phase à 1 GHz à un écart de 10 kHz de la porteuse est de -137 dBc (1 Hz).

Dans l’importante gamme de fréquence comprise entre 1 et 2 GHz pour la radiocommunication mobile, cet analyseur garantit un point d’interception du troisième ordre de plus de +20 dBm, en valeur typique il atteint même +25 dBm. Le point de compression à 1 dB du mélangeur d’entrée est de +15 dBm. Cette capacité de surcharge importante se traduit par un haut niveau mélangeur utilisable. La capacité de surcharge élevée n’est cependant pas obtenue ici au prix d’une augmentation du bruit propre. Son niveau de bruit moyen affiché inférieure à -152 dBm (1 Hz) (-156 dBm (1 Hz) typique), en font un analyseur à la pointe de la technologie. Grâce à ces valeurs, on peut représenter une plus grande plage dynamique à l’écran – pour les mesures de bruit de phase ou les mesures de rayonnements non essentiels, par exemple – sans que le signal de porteuse ne sature le chemin de signal.

Une correction mathématique de bruit commutable réduit le bruit propre de 13 dB maximum, lors des configurations en cours et diminue le bruit, ramenant ainsi la limite de mesure au-dessous de –173 dBm (1 Hz) – une valeur proche de la limite physique de la puissance de bruit thermique (fig. 7). Il résulte de cette combinaison de point d’interception du troisième ordre, de faible bruit propre et de correction de bruit, une dynamique totale de -88 dB pour la mesure de la puissance dans les canaux adjacents de signaux WCDMA 3GPP.

 

Figure 7: Bruit propre avec préamplificateur et correction de bruit.

Des filtres passe-haut intégrés simplifient les mesures d’harmoniques

Dans le chemin des hyperfréquences, supérieur à 8 GHz, un filtre suiveur YIG limite la bande passante du signal à l’entrée du mélangeur de réception - supprimant ainsi l’onde fondamentale dans les étages de mélange de l’analyseur, notamment lors des mesures d’harmoniques. Dans le chemin RF, la mesure est effectuée sans présélection en large bande. Ainsi, la gamme dynamique pour la mesure des harmoniques sur des fréquences porteuses jusqu’à 4 GHz dépend des produits de distorsion propres à l’analyseur. Ici aussi. Cet analyseur offre d’excellentes performances: son point d’interception du second ordre de +52 dBm à 1 GHz offre les conditions permettant de réaliser les mesures harmoniques rapidement et avec une dynamique élevée.

De plus, l’analyseur comprend, pour les signaux compris entre 500 MHz et 4 GHz, des filtres passe-haut commutables qui suppriment l’onde fondamentale et augmentent ainsi la dynamique pour les mesures d’harmoniques. Le point d’interception du second ordre s’élève ainsi à +70 dBm. Les filtres externes, souvent nécessaires par défaut, deviennent ainsi caducs, permettant par exemple de réduire dans les applications système le nombre de filtres et relais supplémentaires. Les filtres passe-haut pour les fréquences porteuses comprises entre 1,5 et 4 GHz sont inclus dans l’offre de base. Les filtres passe-haut pour 500 MHz à 1,5 GHz sont inclus dans l’option R&S FSW-B13.

 

 

Une précision de mesure atteignant 8 GHz

Outre la dynamique RF, la précision de mesure de niveau joue un rôle important dans toutes les applications. Là aussi, cet analysateur présente d’excellentes performances: son incertitude globale de mesure de niveau (l’étage d’atténuation RF et la réponse en fréquence comprises), qui n’est que de 0,3 dB à 3 GHz et de 0,4 dB à 8 GHz, fournit des résultats de mesure précis et fiables. Sa précision de mesure de niveau est bien plus proche de la précision des wattmètres que de celle des analyseurs classiques, en particulier pour les fréquences situées entre 3 et 8 GHz, lesquels montrent souvent une réponse en fréquence de 1 à 2 dB (au-delà d’environ 3 GHz).

L’analyseur R&S FSW simplifie ainsi les montages de mesure en développement et en production, notamment pour des mesures sur les signaux des normes WLAN 802.11b ou 802.11ac dans la bande de 5 GHz et WiMAX entre 3,4 et 3,8 GHz.

 

Un bon investissement pour l’avenir

L’architecture de cet analyseur est bien entendu réalisée en modulaire et peut ainsi être adaptée aux futures exigences d’extension: on peut loger le calculateur principal, l’alimentation et le module de traitement numérique du signal dans des slots situés sur le panneau arrière, ainsi que des modules supplémentaires pour l’extension de la bande passante. La pérennité de l’investissement est par conséquent assurée.

 

Garantie de confidentialité

Le lecteur à l’état solide (SSD), stockant le système d’exploitation, le microprogramme de l’analyseur et les données utilisateur est également accessible via le panneau arrière. Les données de calibrage spécifiques de l’appareil sont mémorisées sur les modules. Ainsi, un échange du lecteur à l’état solide entre les différents appareils est aisé. Cela simplifie la manipulation lorsque les données utilisateur, et donc le SSD, ne sont pas autorisées à quitter une zone sécurisée.

 

Remplacement aisé d’analyseurs obsolètes

Les utilisateurs se trouvent souvent confrontés à la tâche délicate de devoir moderniser des systèmes de test éprouvés et validés à grand frais, lorsqu’on ne peut plus réparer un élément central du système, comme un analyseur de spectre, par exemple, ou qu’il n’est plus disponible à l’achat. Cet analyseur offre une alternative précieuse car il comprend non seulement les commandes de contrôle à distance d’autres analyseurs, mais aussi les appareils obsolètes d’autres fabricants. Un remplacement ne pose donc aucune difficulté, comme l’ont démontré de nombreux projets utilisant les analyseurs R&S FSV et R&S FSU. Par ailleurs, ce remplacement offre l’opportunité de profiter notamment de la plus grande vitesse de mesure du R&S FSW.

 

Faits établissant les nouvelles références : Bruit de phase –137 dBc (1 Hz), à 10 kHz d’une porteuse de 1 GHz. Dynamique WCDMA ACLR: –88 dB (avec correction de bruit). Bande passante d’analyse de signal: jusqu’à 160 MHz. Incertitude de mesure totale: 0,4 dB à 8 GHz. Gamme de fréquence: 2 Hz à 8, 13,6 et 26,5 GHz. Ecran tactile de 31 cm (12,1").

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