L’analizzatore di spettro è uno strumento che fornisce l’immagine, sullo schermo di un tubo catodico, dello spettro di ampiezza di un segnale elettrico.

Non rappresenta invece la componente continua nè la fase delle armoniche.

Le applicazioni più importanti di questo strumento riguardano le radiodiffusioni, la stereofonia, la televisione, il radar, la trasmissione dati.

Lo strumento consente di verificare con grande precisione la larghezza di banda ed il livello del segnale emesso da una trasmittente, analogica o numerica verificando se le loro caratteristiche corrispondono alle prestazioni richieste.

La presentazione dell’immagine esterna, specialmente nei modelli meno recenti, può essere di tipo analogico, ed allora esso si presenta esternamente del tutto simile all’oscilloscopio, oppure digitale, ed allora il suo schermo somiglia molto di più a quello di un computer, come nella foto rappresentata di sopra.

Lo schema a blocchi semplificato dello strumento è rappresentato di seguito

La struttura interna dello strumento è composta da una parte comune all’oscilloscopio cui si rimanda, e da una parte che invece gli è caratteristica e che sarà descritta di seguito.

Il circuito d’ingresso è molto simile a quello dell’oscilloscopio, essendo costituito, essenzialmente, da un partitore resistivo di tipo compensato, seguito da un preamplificatore e quindi da un filtro passa basso.

Il partitore resistivo ha il compito di attenuare il segnale da esaminare, qualora fosse di ampiezza eccessiva, anche se, bisogna ricordare, i migliori analizzatori di spettro per radiofrequenza, non sopportano segnali d’ingresso di ampiezza superiore a 2Vpp.

Il preamplificatore che segue, ha il compito di aumentare il livello del segnale da analizzare che, nel caso di strumento destinato alla radiofrequenza, normalmente ha valori bassissimi.

Infatti, la sua caratteristica peculiare è di misurare segnali provenienti da antenne e quindi di livelli minimi.

Il filtro passa basso, che completa lo stadio d’ingresso, ha il compito di limitare al minimo possibile il rumore indesiderato e, nello stesso tempo, di impedire l’ingresso a segnali indesiderati.

Segue una conversione di frequenza attuata con il metodo supereterodina, quindi il rivelatore e l’amplificatore verticale a bassa frequenza che pilota le placche di deflessione verticale.

L’amplificatore verticale può essere usato nella funzione lineare o, in quella più usata, logaritmica, dando luogo a queste due diverse scale sullo schermo.

L’oscillatore a dente di sega fa variare con continuità la frequenza dell’oscillatore variabile il quale, agendo sul mixer, trasla in frequenza il segnale da analizzare, mantenendone costanti le altre caratteristiche informative.

Il segnale dell’oscillatore a dente di sega, poi, attraverso l’amplificatore orizzontale, determina la deflessione orizzontale del pennello sullo schermo.

Il mixer è seguito da un filtro al quarzo e da un amplificatore selettivo a frequenza intermedia che permette la selezione di una strettissima banda di frequenza del segnale che, rivelata e poi opportunamente amplificata, si presenta alle placche di deflessione verticale per la sua rappresentazione sul tubo catodico.

Supponiamo che il segnale da esaminare abbia frequenza f_i, e, dopo aver attraversato lo stadio d’ingresso, si presenti al mixer.

L’oscillatore locale a frequenza variabile, avrà in quell’istante frequenza f₀.

Se avviene che:

f₀-f_i = F.I.

Allora il segnale d’ingresso, convertito alla frequenza intermedia F.I. attraverserà il filtro al quarzo, l’amplificatore a F.I. il rivelatore, l’amplificatore verticale e, nello schermo, sarà visualizzata una riga verticale di ampiezza proporzionale, al segnale iniziale.

In tutti gli altri istanti, invece, in cui questa relazione non è verificata, l’amplificatore a frequenza intermedia non farà uscire alcun segnale, e quindi sullo schermo non si avrà alcuna deflessione verticale.

Pertanto, alla presenza di un segnale d’ingresso, corrisponderà sullo schermo una riga verticale proporzionale alla sua ampiezza, mentre in assenza di segnale d’ingresso, non si avrà deflessione verticale, e sullo schermo ci sarà soltanto la riga orizzontale di riferimento.

Ora, l’oscillatore a dente di sega produce una tensione, linearmente variabile, che fa deflettere il pennello elettronico da sinistra a destra e poi, arrivato all’estremità destra, va improvvisamente a capo, ma nel frattempo pilota anche l’oscillatore variabile, facendogli assumere valori continuamente variabili di frequenza che, come si è visto determinano sullo schermo le righe rappresentative del segnale d’ingresso.

Vista la contemporaneità delle due azioni del dente di sega, sulla deflessione orizzontale e sulla variazione in frequenza del segnale d’ingresso, ne consegue che sullo schermo, l’asse X può essere tarato direttamente in frequenze e che le righe verticali in esso rappresentate, proporzionali al segnale d’ingresso, daranno luogo allo spettro del segnale da analizzare.

Grande importanza in questo strumento assume la larghezza di banda del filtro al quarzo per la risoluzione di segnali costituiti da righe molto vicine.

Infatti, se la larghezza di banda del filtro è minore della distanza fra due righe del segnale d’ingresso, allora queste saranno rivelate sullo schermo come nettamente distinte, mentre se, invece, la larghezza di banda è maggiore della distanza fra due righe, allora esse non saranno distinguibili.

La sensibilità dello strumento inoltre è conseguenza del guadagno totale della catena di amplificatori, cioè, preamplificatore dello stadio iniziale, amplificatore a FI, amplificatore verticale, me è limitata dal rumore proprio interno dello strumento che può essere ridotto al minimo, stringendo la banda del filtro al quarzo.

Una banda molto stretta del filtro però, se da un lato dà luogo a buona sensibilità e risoluzione, da un altro lato comporta, infatti, alto fattore di merito del circuito risonante, ma anche grande costante di tempo e quindi alti tempi di esplorazione.

La larghezza di banda del filtro è regolabile per mezzo dell’inserzione di opportune resistenze per abbassare il fattore di merito Q.

L’impedenza d’ingresso degli analizzatori di spettro per radiofrequenza è di 50W o di 75W,  quanto quella dei cavetti RG 58 ed RG 59 ai quali si devono collegare.

Uno schema molto usato per realizzare l’oscillatore controllato in tensione VCO (Voltage Controlled Oscillator), è quello seguente che si riporta perché usato anche in altri campi, come ad esempio come modulatore di frequenza, o anche all’interno del PLL.

Il transistor TR connesso a base comune, per mezzo della capacità C₄, è fatto oscillare dalla reazione positiva introdotta dal condensatore C₃ connesso tra emettitore e collettore.

Il circuito risonante costituito da L₁ e C₁ determina la sua frequenza di risonanza in assenza del diodo varicap C_V secondo la formula:

In quanto il condensatore C₁ si trova ad avere in parallelo, dinamicamente la capacità variabile C_V  del diodo varicap.

Il partitore R₄ – R₅ serve a polarizzare opportunamente in modo inverso il varicap.