Analyseur de spectre à balayage

Rapport de projet d’électronique
Analyseur de spectre à
balayage
Matthieu Simon
Romain Vincent
IFITEP 3
MAI 2005

Matthieu SIMON – Romain VINCENT Analyseur de spectre à balayage
Projet d’électronique 2005 IFITEP 3 Page 1 sur 23
Sommaire
- Sommaire Page 1
- Introduction Page 2
- Etude du système Page 4
1. Principe de fonctionnement Page 4
2. Etude théorique Page 5
3. Atténuateur Page 7
4. Mélangeur Page 10
5. Filtre d’analyse Page 13
6. Détection Page 16
7. Générateur de rampe Page 17
8. Oscillateur contrôlé en tension Page 18
9. Réalisation Page 22
- Annexes Page 23

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0Fréquence
Amplitude
Y
X
Introduction
Les débuts de l’analyse spectrale remontent au 18ème siècle par l’intermédiaire des
travaux de Joseph Fourier (1768-1830). De nos jours, cet outil mathématique est utilisé dans
bon nombre de domaines, en particulier l’électronique. Un analyseur de spectre est compliqué
à réaliser et donc coûte cher, il reste cependant un appareil incontournable pour
l’électronicien. Nous proposons de réaliser un système permettant d’afficher sur un
oscilloscope le spectre d’un signal issu d’un générateur basse fréquence, dans une bande de
fréquence allant de 0 à 80kHz.
Spectre : C’est une représentation fréquentielle d’un signal, à chaque point défini du
spectre correspond une sinusoïde de fréquence X et d’amplitude Y.
Le signal représenté dans le domaine fré-
quentielle par la courbe se trouve être,
dans le domaine temporelle, la somme
de toutes les sinusoïdes de fréquences Xi
et d’amplitude Yi définies sur le
domaine de définition.
C’est la décomposition en série de
Fourier, applicable aux signaux
périodiques. Mathématiquement, on
étend cette étude aux fonctions définies
sur R par la transformée de Fourier, très utilisée en transmission numérique du signal.
Un analyseur de spectre représente donc, sur son écran, la courbe correspondant à toutes les
composantes fréquentielles du signal mesuré en entrée. Les utilisations d’un tel appareil en
électronique sont nombreuses, on s’en sert par exemple lors de l’étude de modulateurs ou de
démodulateurs. Les signaux sont généralement illisibles sur un oscilloscope, donc dans le
domaine temporel, il est alors intéressant de pouvoir interpréter le signal via son spectre.
Note sur les analyseurs
de spectres disponibles
dans le commerce :
L’analyseur de spectre ici
présenté est entièrement
réalisé à partir de
composant analogique. Il
parait évident que les
solutions professionnelles
n’utilisent pas de systèmes
aussi simple que notre
projet. En effet ce n’est
pas le même principe de
vobulation définit ci-joint
qui est bien souvent retenu
dans les solutions spécialisées, mais un système de traitement numérique par

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« transformations de Fourrier rapide » (notamment pour les applications basses fréquence
type audio, comme c’est le cas pour nous).
L’analyse se fait alors par des microprocesseurs dédiés au traitement du signal (DSP). La
routine logicielle analyse un maximum d’échantillons du signal d’entrée, en définie les
coefficients de Fourrier et trace la représentation de l’amplitude à chaque fréquence.
L’avantage de ces méthodes est évidemment la précision et la linéarité due au traitement
logicielle. Mais évidemment cette méthode a ses failles, la bande passante du spectre analysé
est limitée par la vitesse d’échantillonnage en entrée.

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Etude du système
1. Principe de fonctionnement
On doit pouvoir visualiser un signal issu d’un générateur basse fréquence dans une
bande allant de 0 à 80kHz. Le réglage du gain n’est pas prioritaire, le niveau du signal
d’entrée pouvant être choisi précisément.
Il est utile de prévoir un réglage pour la dispersion, ainsi que pour la vitesse de balayage et la
sélection de la fréquence centrale de visualisation.
Le système utilise le principe d’un analyseur de spectre à balayage. Il se base sur une
excursion périodique de fréquence, on mesure l’amplitude de chaque composante
fréquentielle à l’aide d’un filtre d’analyse et d’un détecteur de crêtes. La fréquence de coupure
du filtre d’analyse étant fixe, on réalise, en aval, un changement de fréquence sur le signal à
mesurer. Afin de réaliser le balayage, de préférence linéaire, on utilise un générateur de rampe
pour attaquer ensuite un oscillateur commandé en tension. La fréquence du signal émit évolue
alors linéairement en fonction du temps, le mélangeur permet de réaliser l’excursion en
fréquence.
On visualise le spectre sur l’oscilloscope en mode XY, on trouve la rampe sur la voie X et
l’amplitude des composantes sinusoïdales sur la voie Y. L’abscisse X de l’écran est donc
balayée par le spot dont l’ordonnée Y correspond à l’amplitude de la fréquence mesurée pour
ce point d’abscisse. On obtient alors une image continue du spectre du signal.
Atténuateur Mélangeur Filtre
d’analyse Détection
Oscillateu
r
Générateur
de rampe
Oscillosco
p
e
X
Y
Signal