O que é um analisador de espectro?

O analisador de espectro é um dispositivo de teste amplamente utilizado que mede e marca a potência do sinal (amplitude) em um range de frequência selecionado. No sentido mais geral, é uma ferramenta para medir a potência e frequência de sinais conhecidos e desconhecidos. Uma variedade de produtos foi desenvolvida para avaliar um amplo range de comportamentos de rede e sinal. As frequências e larguras de banda dos sinais de saída também podem ser comparadas com a entrada recebida.

Os componentes espectrais observados com um analisador de espectro incluem a frequência dominante, harmônicos, potência, distorção e ruído. As aplicações comuns incluem análise de sinal de radiofrequência (RF), design e teste de circuito eletrônico, engenharia de áudio e ativação e manutenção de rede de fibra óptica. A tecnologia digital avançada permite que o analisador de espectro em tempo real capture eventos transitórios ou elusivos. Rotinas de teste programáveis, gravação de espectro e telas touch intuitivas são características da última geração de instrumentos compactos. 

A tecnologia evoluiu gradativamente desde que os primeiros analisadores de ajuste rápido surgiram há mais de 100 anos. A arquitetura digital que viabilizou o analisador Fast Fourier Transform (FFT) originou, finalmente, a análise do espectro em tempo real (RTSA) sem lacunas de amostragem ou “pontos cegos” no tempo. Os fatores de forma e tipos de analisador de espectro disponíveis hoje incluem todos os tamanhos, formatos e níveis de complexidade concebíveis. Para cada aplicação específica, a VIAVI desenvolveu uma gama de soluções que suportam atividades de teste, manutenção e troubleshooting.  

Bancada
Os analisadores alimentados por AC para ambientes de laboratório e fabricação são normalmente projetados para instalação em rack ou mesa padrão de 19 polegadas para equipamentos maiores. Os benefícios e recursos dos modelos de bancada incluem maior poder de computação e espaço disponível para módulos, portas, knobs, botões e displays. Um analisador de espectro completo no laboratório é frequentemente usado em conjunto com um osciloscópio ou outro equipamento de ponta.

Portátil
À medida que o número de aplicações aumenta, a portabilidade e a durabilidade ganham importância. Geralmente, o analisador de espectro portátil é operado por bateria ou recarregável, abaixo de 7 kg (15 lbs), e otimizado para uso no campo. Os analisadores de espectro compactos são muitas vezes robustos, incorporando recursos como redução de brilho da tela, impermeabilização e alças integradas.

Compacto
Uma nova classe de analisador de espectro pequeno que pode caber na palma da sua mão agora é uma realidade. Apesar dos avanços no design interno e desempenho dos componentes, essas unidades ultracompactas normalmente não precisam ser ferramentas de alto desempenho e, portanto, são limitadas em relação a conjuntos de recursos, range de frequência e precisão. Usos típicos do analisador de espectro compacto incluem rastreamento de interferência em comunicação wireless e localização de sinal no campo.

Integrado
O poder de processamento, a memória e os recursos de exibição de notebooks, tablets e smartphones podem ser configurados para funcionar em conjunto com analisadores de espectro modernos. Os recursos avançados de medição podem então ser dedicados a otimizar precisão, largura de banda e range. Essa versatilidade sinaliza uma nova classe de analisadores com a conectividade do dispositivo aproveitada para atualizações de software, relatórios e armazenamento.  

A lista de aplicações que utilizam a melhor tecnologia de analisador de espectro continua a crescer conforme as ferramentas tornam-se mais versáteis e compactas. Em ambientes de laboratório e produção, elas podem ser usadas para projetar, caracterizar e testar qualquer produto que gere (ou seja sensível a) ondas de RF, ópticas ou sonoras. Com a capacidade wireless em praticamente qualquer dispositivo pela internet das coisas (IoT), as aplicações para testes de campo são ilimitadas.

Análise de espectro óptico: uma vez que a luz tem frequência e intensidade inerentes, o analisador de espectro é a ferramenta perfeita para o estudo de espectros ópticos e potência de várias fontes de luz. As redes ópticas no mercado de telecomunicações são habilitadas e suportadas pelas capacidades de análise de espectro. As tecnologias de transmissão óptica, incluindo multiplexação densa por divisão de onda (DWDM) e multiplexadores ópticos reconfiguráveis de adição e remoção (ROADM) dependem da precisão e integridade da forma de onda que devem ser verificadas.  

• As práticas de teste de fabricação evoluíram para um amplo range de componentes e sistemas ópticos. Ferramentas de uso geral são usadas para projetar, testar e fabricar componentes passivos, lasers de fonte e amplificadores. Os módulos de teste de análise de espectro óptico (OSA) de alta resolução quantificam e diagnosticam recursos de comprimento de onda finos para produtos como sistemas de transmissão DWDM modulados e fontes ópticas complexas.  
• As aplicações de teste de campo para analisadores de espectro óptico continuam a crescer à medida que o DWDM, a transmissão de banda C e o espaçamento estreito de canais, vistos anteriormente apenas em implantações de fibra metropolitana/longhaul de alta velocidade, são encontrados nas redes de acesso. Em velocidades de até 800 Gb/s por canal, a relação sinal-ruído óptica (OSNR) é uma métrica de teste valiosa para provedores de serviços, contratadas e fabricantes de equipamentos de rede (NEMs) para avaliar o desempenho de todos os canais ópticos simultaneamente ou executar o troubleshooting de rede ao vivo.

Análise de espectro RF: o uso crescente de Wi-Fi e o lançamento do 5G destacaram a necessidade de uma tecnologia de última geração no campo de radiofrequência (RF). Conforme as redes de telecomunicação crescem, os analisadores de espectro avaliam a utilização de frequência, interferência e precisão da transmissão e interferência wireless.  

• As instalações de torres celulares são uma aplicação de campo clássica para análise de espectro RF. A tecnologia 5G NR leva a telefonia celular a territórios desconhecidos, utilizando bandas de alta frequência acima de 26 GHz na faixa de ondas milimétricas. Os modos de transmissão 5G de ponta, como o duplex por divisão de tempo (TDD), exigem recursos de análise de espectro de persistência para caracterização e troubleshooting. Ferramentas de teste completas de instalação de redes móveis e manutenção combinam análise de espectro no ar com teste de interferência, validação de fibra e recursos de teste de antena.  
• A blindagem de RF é necessária para muitos dispositivos eletrônicos nas proximidades de hospitais e outros locais com equipamentos sensíveis a RF, como sistemas de imagem de RM. A compatibilidade eletromagnética (EMC) está relacionada a emissões indesejadas que influenciam as comunicações com rede cabeada e wireless existentes. Um analisador ou medidor de espectro de cabo construído especificamente pode detectar sinais de fuga (saída) e fuga de sinal em redes cabeadas (entrada).
• Os aplicativos Wi-Fi continuam a crescer em número e complexidade. Bandas de frequência Wi-Fi saturadas variando de 2,4 GHz a 60 GHz são desafiadas por interferência, sobreposição de canais e problemas de capacidade. O poder da análise de espectro pode ser usado para avaliar a força do sinal, a utilização do canal e a interferência de RF em tempo real. Essas métricas úteis ajudam os operadores a otimizar o carregamento e o desempenho do Wi-Fi. 

O que um analisador de espectro mede? 
O princípio de funcionamento do analisador de espectro é utilizado para medir a magnitude (potência) da entrada de sinal vs. a frequência (comprimento de onda) em um determinado range de espectro. A visibilidade no domínio de frequência vs. o domínio de tempo do sinal diferencia esses dispositivos de um osciloscópio. Um analisador de espectro também oferece informações detalhadas sobre a relação sinal-ruído (SNR), fase e comportamento de modulação.

Qual é a funcionalidade básica do dispositivo? 
Aprender a usar um analisador de espectro é semelhante, em teoria, ao uso de um receptor de rádio básico. Com a adição de um misturador, oscilador e display gráfico da intensidade do sinal atualizados, as assinaturas de onda são traduzidas em um formato visual quantificável. Ao longo dos anos, a tecnologia evoluiu e melhorou para dar suporte a mais mercados e aplicações. Apesar desse progresso, a funcionalidade básica e o display permaneceram semelhantes.  

Como você usa um analisador de espectro? 
O uso mudou muito pouco desde os primeiros modelos. Uma vez que o equipamento foi ligado e uma entrada foi selecionada, as configurações básicas incluem a frequência central, a largura do intervalo e os níveis de referência para a amplitude (eixo y). As configurações da resolução de banda (RBW), largura de banda de vídeo (VBW) e do tempo de sweep são usadas para controlar a precisão das medições e da imagem resultante na tela.  

Recursos 

• Características básicas: controle os parâmetros de medição e determine como os dados são analisados e apresentados ao usuário. A tecnologia digital e a conectividade em nuvem continuam a permitir recursos mais diversos e úteis. Simplesmente perguntando: “Para que um analisador de espectro é usado?” em uma determinada aplicação é uma boa maneira de classificar o volume de produtos disponíveis e listas de recursos.  
• Características comuns: os primeiros analisadores comerciais de espectro já incorporavam recursos práticos como capacidade de ajuste da amplitude, marcadores de frequência e configurações de tempo de sweep. Recursos adicionais úteis para praticamente qualquer tipo de aplicação incluem marcadores de ruído, busca de pico, geradores de rastreamento e portas de entrada adicionais para análise multicanal.
• Recursos avançados: incluem demoduladores de analisadores de espectro RF que permitem que o usuário “ouça” o sinal que está sendo analisado. Máscaras espectrais e análise programável de ruído de fase simplificam a configuração e padronizam rotinas de teste. Os conjuntos de recursos avançados também incluem análise de espectro de persistência, análise de interferência e recursos habilitados para software, como telas touch, captura e recuperação de imagem, automação de processo de teste (TPA) e conectividade de nuvem.

O que é um analisador de rede vs. um analisador de espectro? 
Embora ambos sejam amplamente usados nos mercados eletrônicos e de RF, há diferenças importantes entre eles. O analisador de espectro mede o comportamento e a variação de ondas de rádio ou luz e o analisador de rede é usado para caracterizar a resposta de componentes como transistores, filtros e misturadores dentro de um circuito de RF pré-configurado. Esse tipo de analisador de rede também é separado em forma e função das poderosas soluções de monitoramento de rede e análise de dados usadas para capturar, armazenar e analisar dados de pacotes de rede de computadores.  

Como os analisadores de espectro evoluíram? 
Nos 150 anos desde que James Maxwell nos deu nosso primeiro vislumbre do potencial ilimitado das ondas de rádio, o analisador de espectro tornou-se uma ferramenta importante nos campos da eletrônica, RF, áudio e óptica. A explosão de novos recursos e funcionalidades ao longo da última década está em linha com o desenvolvimento visto em meados da década de 1900, quando os modelos baseados em FFT criaram a distinção de analisador de espectro analógico vs. analisador de espectro em tempo real. Fluxos de trabalho automatizados, gráficos coloridos de alta definição e recursos multifuncionais em dispositivos compactos resultaram em níveis mais elevados de desempenho e sucesso.