Un aperçu de la nécessité de l’analyse spectrale temps réel en RF et hyperfréquence.
Par Mariano Kimbara, analyste de recherche, Test & Mesure, Frost & Sullivan
La demande en analyseurs de spectre temps réel des utilisateurs d’équipements de test et mesure s’accroît actuellement avec des applications nécessitant de nouvelles approches permettant de capturer des événements difficiles, voire impossibles à mesurer avec des instruments traditionnels. L'analyse spectrale temps réel fournit ici une nouvelle gamme de prestations et permet aux utilisateurs d'obtenir plus d'informations sur le comportement temporel du signal. Des défis importants restant cependant à relever, notamment en termes de capacités de capture et de bande passante temps réel, l’analyseur de spectre à balayage classique garde toujours une place importante dans le choix des utilisateurs.
Les avantages des Analyseurs de spectre temps réel
La complexité croissante en test RF et hyperfréquence pose de nouveaux défis en R&D et en production. Comparés aux analyseurs de spectre traditionnels à balayage, les analyseurs de spectre temps réel ont acquis une toute nouvelle signification dans l'analyse et la mesure pour faire face aux difficultés de détection du spectre et des événements rares et ultra-courts des signaux qui n’apparaissent que pendant de très courtes périodes de temps et ce, à une largeur de bande définie et sur une certaine plage de fréquence d'entrée.
L'adoption d'une approche temps réel dans le domaine des analyseurs de spectre présente un certain nombre d'avantages clés décrits ci-dessous. L’un des principaux avantages des analyseurs de spectre temps réel est leur capacité à analyser la performance des signaux lorsque la fréquence varie ou des ajustements numériques interviennent. L’analyseur de spectre temps réel garantit que toute la bande passante est capturée en même temps, évitant ainsi de balayer chaque fréquence pour le traitement des données. Afin de capter des signaux sporadiques, certains analyseurs RF et hyperfréquence affichent le spectre des fréquences à partir des données capturées dans le domaine temporel et sont ainsi en mesure de réaliser un déclenchement temporel pour une fréquence d'entrée définie.
De plus, la possibilité de traiter de plus grandes quantités de données et l'évolution des capacités de capture de certains instruments offre l’avantage d’apporter des modifications à la fréquence et au span après la capture du signal. En outre, si un des principaux avantages des analyseurs de spectre en temps réel réside dans la capture de tous les événements impossibles à réaliser avec les instruments traditionnels, certaines entreprises ajoutent des algorithmes utilisateurs à leur instrumentation modulaire pour exploiter davantage les capacités temps réel. « L'approche modulaire avec des FPGA pour l'analyse spectrale en temps réel offre certains avantages importants », a déclaré Raajit Lall, responsable produits de test RF et Wireless chez National Instruments. « Plutôt que d'être limitée par les capacités instrument en boîtier, l'utilisation des FPGA permet de bénéficier d’un traitement en temps réel et de la reconfiguration des algorithmes personnalisés ».
Défis actuels
Les analyseurs de spectre temps réel imposeront de nouveaux modes de tests car les utilisateurs cherchent à capturer tous les événements et à enregistrer tout changement dans une certaine gamme de fréquences d'entrée. Simultanément, même si l'importance de comprendre la véritable performance des signaux variant dans le temps a fait un bond important, les analyseurs de spectre temps réel restent néanmoins limités par leur bande passante de capture et leurs capacités de traitement.
« Aujourd'hui, la limitation de bande passante dans les analyseurs de spectre est généralement déterminée par le convertisseur analogique / numérique (CNA) utilisé dans les analyseurs de spectre », a précisé Raajit Lall.
La technologie actuelle de traitement de spectre en temps réel est généralement limitée à environ 100 MHz et il existe un certain nombre de défis importants pour analyser des événements furtifs dans de plus larges plages du spectre. Cependant, les fabricants de convertisseurs A/N travaillent continuellement à augmenter cette bande passante.
« Je m'attends à ce que l’offre (différents compromis de vitesse et combinaisons de bande passante / plage dynamique) continue d’augmenter », a déclaré Ben Zarlingo, responsable produit de la Division Test de Microondes et Communication chez Agilent Technologies. « Il reste une marge importante pour : un traitement plus puissant et plus souple des informations capturées, un affichage des données plus rapide et plus dense, un traitement post-capture plus sophistiqué ainsi que pour une meilleure reproduction des signaux sélectionnés à partir de la capture ».
Méthodes de visualisation
La vitesse des analyseurs de spectre en temps réel pour la détection des événements RF et hyperfréquences variables dans le temps est en constante augmentation. Par conséquent, des progrès ont été réalisés ces dernières années en matière de méthodes d'observation. Des vue multiples simultanées et des graphiques en cascade 2D (spectrogramme par exemple) constituent certaines des tendances technologiques qui impactent particulièrement les analyseurs de spectre temps réel. Le spectrogramme permet de capturer chaque événement survenant dans la plage d’analyse en temps réel ou d’observer la portée de chaque événement. Cette méthode de visualisation permet de mieux analyser l'information dans le spectre sur une plus longue période de temps et s’applique grâce à l'utilisation de pixels de couleur représentant chaque spectre à une fréquence d'entrée et à un moment donné.
Embellie des marchés de l'analyse spectrale en temps réel
« Le potentiel du marché continuera à se développer progressivement et l’utilisation des capacités liées au temps réel (déclenchement, capture, lecture, post-traitement, affichages avancés et plus rapides du spectre) se vulgarisera. La présence d'un certain degré de capacité temps réel sera progressivement perçu comme partie intégrante de l'analyse de signal dite normale », a prédit Ben Zarlingo.
Bien que le thème de l'analyse spectrale en temps réel ne date pas d’aujourd’hui, seules quelques entreprises de premier plan travaillent actuellement dans ce domaine.
Rohde & Schwarz propose avec son FSVR un concept d’analyseur de spectre et de signaux traditonnel complet combiné avec un analyseur de spectre temps réel, dans la gamme de fréquences jusqu'à 40 GHz.
Tektronix propose la série 6000 RSA laquelle, ensemble avec l’affichage de spectre DPX™ Live RF, est basée sur un système de visualisation d'analyse en temps réel avancé grâce à l'utilisation de couleurs permettant d’afficher les transitoires du signal variant dans le temps pour détecter en temps réel un éventuel défaut survenant dans une largeur de bande définie.
National Instruments fournit des analyseurs de spectre en temps réel grâce à une approche modulaire qui utilise une option FlexRIO comprenant un FPGA embarqué. La société compte rester impliquée dans ce marché pour fournir des solutions non limitées à un « boitier », permettant ainsi la mise à niveau des instruments RF à des fréquences et bande passante plus élevées tout en conservant le code FPGA utilisé pour le traitement.
Agilent Technologies propose avec le logiciel VSA 89600 une possibilité d’analyse de données en temps réel. Selon Agilent Technologies, ce logiciel peut fournir des vues d'analyse de signal hautement personnalisables pour des affichages en persistance numérique et sous forme cumulative.
Il existe un certain nombre d'opportunités de croissance basées sur l'analyse des applications de l’utilisateur final. Les marchés de défense et de l’aérospatiale adopteront de plus en plus la technologie d’analyse spectrale en temps réel en raison de la demande accrue relative à la capture d’événements brefs et à la reconnaissance de signaux fugitifs. Les marchés des télécommunications mobiles et de l’électronique offrent des opportunités de croissance grâce à la transformée de Fourier rapide (FFT).
Globalement, l'utilisation des analyseurs de spectre temps réel est susceptible de s'accélérer car ils permettent de comprendre avec précision la véritable performance des signaux variables dans le temps. Les besoins des utilisateurs finaux seront ainsi pris en compte de manière plus efficace que par les analyseurs de spectre à balayage traditionnels.
Conclusion
Les fonctionnalités convaincantes des analyseurs de spectre temps réel mettent toutefois en lumière les défis importants restant à relever sur ce marché, notamment la nécessité d'une compréhension plus précise de la dynamique du signal, de la bande passante de capture et des capacités de traitement. Même si l'analyse de spectre en temps réel est encore à un stade de développement précoce et que des progrès restent à faire, les fabricants de convertisseurs A/N vont réaliser d’importants investissements pour développer et soutenir dans les prochaines années de nouvelles avancées dans les infrastructures spectrales permettant de réaliser une technologie d’analyse en temps réel encore plus efficace.
Par Mariano Kimbara, analyste de recherche, Test & Mesure, Frost & Sullivan