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Auteur(s)
-
Catherine CATZ : Professeur à l’École Supérieure d’Électricité
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Les signaux et les systèmes peuvent être caractérisés de manière équivalente dans les domaines temporel et fréquentiel. Toutefois, un paramètre donné est généralement mis en évidence plus aisément dans un domaine que dans l’autre.
Cette dualité se retrouve dans les appareils de mesure : l’analyseur de spectre est au domaine fréquentiel ce que l’oscilloscope est au domaine temporel.
Les analyseurs de spectre peuvent être divisés en deux catégories, en fonction de la gamme des fréquences analysées.
Les moyennes et hautes fréquences (quelques centaines de kilohertz à quelques dizaines de gigahertz) constituent le domaine privilégié des analyseurs à balayage de fréquence. Le traitement du signal y est analogique ; sur les appareils les plus récents, on trouve souvent un traitement numérique – après détection dans le filtre de résolution – qui apporte un confort d’utilisation supplémentaire, mais ne change pas fondamentalement les performances de l’appareil.
Dans le domaine des basses fréquences (du continu à 100 ou 200 kHz), les analyseurs à batterie de filtres commutés – réservés à certaines applications particulières, en acoustique par exemple, du fait de leurs performances limitées – et les analyseurs à balayage de fréquence – coûteux, lents – tendent à disparaître au profit des analyseurs numériques de signaux qui sont, par leur principe même, parfaitement adaptés au domaine des basses fréquences.
Ces appareils procèdent par traitement numérique – réalisé par un processeur de signal spécialisé – des signaux préalablement échantillonnés et convertis. Cette technique permet, d’une part, d’améliorer les performances de l’analyse spectrale des signaux, d’autre part, d’offrir à l’utilisateur des possibilités entièrement nouvelles de caractérisation des signaux et des systèmes, à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel.
Les grandeurs généralement fournies par les analyseurs numériques de signaux sont :
-
amplitude, phase spectrales ;
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puissance, densité spectrale de puissance ;
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densité spectrale d’énergie (transitoires) ;
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autospectres, interspectres, fonctions de transfert, fonction de cohérence ;
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représentation temporelle ;
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fonctions d’auto et d’intercorrélation ;
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réponses impulsionnelles ;
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dans certains cas : analyse modale.
Seuls seront envisagés ici les aspects spécifiques de ce type de traitement des signaux. Les étages d’entrée par exemple et les performances qui leur sont liées sont les mêmes que ceux des analyseurs analogiques.
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- Version courante de août 2023 par Abdeldjalil OUAHABI
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Mesures sur les systèmes : signaux d’excitation
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6. Bande passante en temps réel
Chaque nouveau calcul de TFD correspond à une réactualisation du « spectre » mesuré. On pourrait ainsi imaginer de disposer d’un nouveau spectre à chaque période d’échantillonnage apparente. Cela n’est généralement pas utile et exclut, par ailleurs, la possibilité de moyenner.
En pratique, la séquence en cours de prélèvement est stockée dans une mémoire tampon, tandis que le processeur FFT calcule le spectre de la séquence précédente.
Tant que le temps de calcul de la FFT (auquel il faut ajouter un temps de gestion des mesures) reste inférieur à la durée de prélèvement θ, aucune donnée sur le signal n’est perdue ; les tranches traitées successivement sont jointives. L’analyseur travaille alors en temps réel (figure 33).
Or le temps de prélèvement θ est lié au couple résolution-dispersion choisi :
À partir d’une certaine valeur de la dispersion (gamme d’analyse), il devient impossible (le temps de calcul et de gestion de l’affichage étant défini une fois pour toutes à la conception de l’appareil) d’opérer sur des séquences temporelles jointives. L’analyse n’est plus faite en temps réel : des données sont manquantes (figure 34).
La bande passante en temps réel est définie comme la gamme de fréquences d’analyse maximale accessible en temps réel. Elle est liée à la rapidité des différents microprocesseurs de l’analyseur : FFT, gestion de mesures, gestion de l’affichage.
La bande passante en temps réel est généralement de quelques kilohertz :
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1 kHz (2 voies) pour Solartron 1200 ;
-
2,5 kHz : valeur la plus fréquemment rencontrée ;
-
5 kHz : Tektronix 2642 A.
Ces valeurs, même les plus faibles, ne constituent cependant pas un réel handicap pour la plupart des mesures.
Lorsqu’on mesure la réponse en fréquence d’un système...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAX (J.) et coll - Méthodes et techniques de traitement du signal et applications aux mesures physiques. - 4e édition, Masson (1989).
-
(2) - Agilent. The fundamentals of signal analysis. - Application note 243.
-
(3) - * - HP Journal, déc. 1984.
-
(4) - * - HP Journal, janv. 1987.
-
(5) - Analyseur numérique de signaux 1 200 Solartron. - Documentation Constructeur Schlumberger.
-
(6) - * - Documentation Tektronix : Analyseur de Fourier 2642 A, 2630.
-
(7) - * - HP Journal, sept. 1978.
- ...
ANNEXES
Cette liste n’est pas exhaustive.
Agilent Technologies : http://www.agilent.com
Tektronix : http://www.tek.com
Gould & Nicolet S.A. : http://www.niti.com
Rohde et Schwarz : http://www.rohde-schwarz.de
Spectral Dynamics : http://www.spectraldynamics.com
Schlumberger : http://www.slb.com
Tekelec : http://www.tekelec.com
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