Na pesquisa científica moderna, nas comunicações e na análise de materiais, tanto os analisadores de espectro quanto os analisadores de espectro óptico são instrumentos de medição de precisão essenciais. Embora seus nomes pareçam semelhantes e ambos lidem com “espectros”, eles operam em domínios totalmente diferentes do espectro eletromagnético. Compreender a distinção entre os dois é fundamental para selecionar o instrumento certo para sua aplicação.
Um analisador de espectro óptico mede e analisa sinais ópticos, ou seja, radiação eletromagnética nas faixas de infravermelho, visível e ultravioleta. Ele mostra como a potência de um sinal de luz varia com o comprimento de onda (ou frequência). Os principais parâmetros incluem o comprimento de onda central, a faixa de comprimento de onda (largura de banda), a resolução espectral (a capacidade de separar comprimentos de onda muito próximos) e a faixa dinâmica. Normalmente, as medições são expressas em nanômetros (nm) ou terahertz (THz).
Os OSAs são ferramentas indispensáveis para comunicação por fibra óptica, caracterização de laser e teste de dispositivos ópticos.
Já um analisador de espectro concentra-se em sinais elétricos nos domínios de radiofrequência (RF) e micro-ondas. Ele mede como a potência do sinal é distribuída pela frequência. As faixas operacionais típicas começam em alguns quilohertz (kHz) ou megahertz (MHz) e podem atingir centenas de gigahertz (GHz) ou até mesmo a região de terahertz (THz) com módulos especializados. Os principais parâmetros incluem a faixa de frequência, a largura de banda de resolução (RBW), a largura de banda de vídeo (VBW), o nível de ruído médio exibido (DANL) e o ruído de fase. Isso torna os analisadores de espectro instrumentos fundamentais para monitoramento e análise de RF e testes de sistemas sem fio.
Além do objeto que medem, seus princípios de funcionamento também diferem.
A maioria dos OSAs funciona com base em uma grade de difração ou em um interferômetro:
- OSA baseada em grade: Usa uma grade de difração para separar a luz por comprimento de onda. A grade ou o detector se move de modo que diferentes comprimentos de onda sejam sequencialmente direcionados a um fotodetector (por exemplo, fotodiodo) para medição de potência.
- OSA baseada em interferômetro (FT-OSA): Usa um interferômetro Michelson para produzir um padrão de interferência, que é então transformado em Fourier para obter a distribuição espectral. Essa abordagem oferece maior resolução e sensibilidade.
Em ambos os casos, o sinal óptico é eventualmente convertido em um sinal elétrico para medição e exibição.
Os analisadores de espectro modernos usam principalmente a arquitetura super-heteródina:
- Mistura - O sinal de entrada é misturado com um sinal interno de oscilador local (LO).
- Filtragem de frequência intermediária (IF) - O sinal de FI resultante passa por um filtro de largura de banda de resolução (RBW), que determina a proximidade entre as frequências que podem ser resolvidas.
- Detecção e exibição - O sinal IF filtrado é processado por detectores (pico, amostra ou RMS) e exibido como potência vs. frequência - o conhecido espectro de frequência.
Além disso, os analisadores de espectro em tempo real baseados na tecnologia Fast Fourier Transform (FFT) são projetados para analisar sinais transientes ou não estacionários, comumente usados em monitoramento de rádio e testes de EMC.
A seguir, vamos discutir as diferenças em seus cenários de aplicação. Os analisadores de espectro óptico são normalmente usados nos seguintes cenários:
- Caracterização do laser (largura de linha, comprimento de onda central, taxa de supressão de modo lateral - SMSR)
- Análise do espectro de LEDs
- Teste de comunicação por fibra óptica (potência do canal WDM/DWDM, relação sinal/ruído óptico - OSNR)
- Avaliação do filtro óptico e do amplificador
- Espectroscopia Raman e de fluorescência (com configuração adequada)
- Composição do material e análise estrutural
Embora os analisadores de espectro sejam usados em:
- Teste de comunicação sem fio (transmissores móveis, de estação base, WiFi e Bluetooth)
- Análise de RF de amplificadores, misturadores, filtros e osciladores
- Teste de pré-conformidade de compatibilidade eletromagnética (EMC) (emissões irradiadas e conduzidas)
- Análise de sinais de comunicação por radar e satélite
- Monitoramento de sinal e detecção de interferência
- Uso em analisadores de espectro portáteis para monitoramento de rádio no local e testes de campo
Escolhendo o instrumento certo
O uso de um analisador de espectro ou de um analisador de espectro óptico depende inteiramente da natureza do seu sinal:
Medindo a luz?
Se você trabalha com saídas de fibra óptica, feixes de laser ou fontes de luz LED e precisa analisar a composição do comprimento de onda (cor, pureza espectral, potência do canal óptico), escolha um analisador de espectro óptico.
Medição de sinais elétricos?
Se você estiver analisando sinais de RF, micro-ondas ou ondas milimétricas transmitidos por cabos ou antenas - estudando componentes de frequência, potência, distorção ou fontes de interferência -, precisará de um analisador de espectro.
Conclusão
Embora os nomes analisador de espectro e analisador de espectro óptico sejam diferentes por apenas uma palavra, eles atendem a quantidades físicas e faixas de frequência distintas:
Os analisadores de espectro óptico se concentram no comprimento de onda e nas propriedades espectrais da luz - vitais para comunicações ópticas, tecnologia de laser e pesquisa de materiais ópticos.
Os analisadores de espectro são especializados em análise no domínio da frequência de RF e micro-ondas, formando a base dos testes de comunicação sem fio, radar e EMC.
Ao compreender essas diferenças fundamentais, os usuários podem fazer escolhas informadas e obter resultados de medição precisos e eficientes, seja na análise precisa de RF ou na caracterização avançada do espectro óptico.