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Analizzatori di spettro - 1

Analizzatori di spettro

1 – Introduzione all’analisi spettrale

Analisi spettrale in tempo reale

Da un punto di vista concettuale uno strumento atto ad effettuare l’analisi spettrale di un

segnale può essere realizzato, come mostrato in Fig. 1.1, inviando il segnale in ingresso a n

filtri passa banda, le cui bande passanti coprono l’intero campo delle frequenze di interesse.

Le uscite di questi filtri vengono trattate con opportuni rivelatori per ottenere le ampiezze

delle componenti spettrali, che vengono infine visualizzate proprio in funzione delle

frequenze centrali delle bande dei filtri.

Filtro 1 Rivelatore1 Display

A

input Filtro i Rivelatore i

Filtro n Rivelatore n f

Fig.1.1 – Schema di principio di un analizzatore di spettro con banco di filtri

Il vantaggio di questo schema è costituito dal fatto che tutte le componenti spettrali vengono

valutate e visualizzate contemporaneamente. Questa caratteristica lo rende adatto per l’analisi

di segnali con spettri tempo-varianti (segnali non stazionari) e per questo motivo esso viene

chiamato analizzatore di spettro in tempo reale (real-time spectrum analyzer).

Il principale inconveniente è rappresentato dal fatto che per ottenere una buona risoluzione in

frequenza in una gamma di frequenze abbastanza ampia occorrerebbe utilizzare un numero

elevato di filtri a banda sufficientemente stretta.

Pertanto nell’ambito della strumentazione di misura l’implementazione analogica per la

realizzazione di un analizzatore di spettro in tempo reale trova scarso impiego e ad essa viene

preferita la soluzione digitale, basata sulla FFT, che verrà presentata nel paragrafo 3 di questo

capitolo.

Analisi spettrale con filtro a sintonia variabile

In presenza di segnali con spettro tempo-invariante (segnali stazionari o quasi stazionari)

appare più opportuno scandire l’intero spettro del segnale da analizzare mediante un unico

filtro opportunamente accordato (sweep tuned spectrum analyzer).

Una prima soluzione potrebbe essere rappresentata da un filtro la cui sintonia può essere

variata elettronicamente mediante un comando in tensione (Fig. 1.2).

2010 Misure Elettroniche

Analizzatori di spettro - 2

Filtro a sintonia variabile

X(f) 0 f

Fig.1.2 – Filtro a sintonia variabile

La sintonia del filtro viene regolata tramite un generatore di rampa, che può essere impiegato

anche per comandare l’asse orizzontale di un dispositivo di visualizzazione, per esempio un

tubo a raggi catodici del tipo di quelli usati per gli oscilloscopi analogici. L’uscita del filtro,

opportunamente trattata per rilevarne l’ampiezza, può essere inviata sull’asse verticale dello

stesso display, in modo da ottenere la desiderata visualizzazione dello spettro di ampiezza

(Fig. 1.3). CRT

input asse y

Filtro a sintonia variabile Rivelatore A

asse x

Generatore

di rampa f

Fig.1.3 – Schema di principio di un analizzatore di spettro con filtro a sintonia variabile

Tale soluzione, che in linea di principio appare semplice, risulta però caratterizzata da diversi

problemi di natura pratica.

Infatti non è possibile realizzare un filtro a sintonia variabile con banda sufficientemente

stretta su un’ampia gamma di frequenze e quindi si potrebbero ottenere solo gamme di

frequenze limitate e con risoluzione non molto stretta. Inoltre, poiché la larghezza di banda

del filtro dipende dalla sua frequenza centrale, la risoluzione in frequenza dell’analisi non

sarebbe costante.

2 – Analizzatore di spettro a supereterodina

Schema di funzionamento

La soluzione più comunemente impiegata per gli analizzatori di spettro sweep tuned consiste

nel far scorrere lo spettro del segnale lungo l’asse delle frequenze, in modo che esso possa

essere analizzato da un filtro passa banda a frequenza centrale fissa (Fig. 2.1).

Lo scorrimento dello spettro può essere ottenuto con la tecnica della supereterodina, cioè

mescolando il segnale di ingresso con un segnale sinusoidale a frequenza variabile generato

da un oscillatore locale (LO). La Fig. 2.2 mostra lo schema di un analizzatore di spettro

basato su questo principio.

2010 Misure Elettroniche

Analizzatori di spettro - 3

Filtro a sintonia fissa

X(f) 0 f

Fig.2.1 – Filtro a sintonia fissa e scorrimento dello spettro

input Filtro Filtro Rivelatore

Mixer

passa basso IF inviluppo

Filtro

video

Oscillatore

locale CRT

A

Generatore

di rampa f

Fig.2.2 – Analizzatore di spettro a supereterodina

Lo spettro X(f) del segnale di ingresso passando nel mixer viene traslato nell’asse delle

del segnale fornito dall’oscillatore locale,

frequenze di una quantità pari alla frequenza f LO

ottenendo all’uscita lo spettro Y(f) = X(f ± f ). La Fig. 2.3 riporta gli spettri del segnale

LO

originario, che si ipotizza limitato superiormente dalla frequenza f , e di quello traslato.

m

X(f)

‐f 0 f f

m m

Y(f)

‐f f

0

‐f ‐ f ‐f + f f ‐ f f + f f

LO LO

LO m LO m LO m LO m

Fig.2.3 – Spettro del segnale di ingresso, X(f), e di uscita, Y(f), del mixer

2010 Misure Elettroniche


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Sara F

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria informatica
SSD:

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Sara F di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Misure per l'Automazione e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Napoli Federico II - Unina o del prof Schiano Lo Moriello Rosario.

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