Ponte VSWR

A primeira medição consiste na análise do VSWR do dispositivo por meio de uma ponte VSWR, com o gerador de RF gerando sinais senoidais em sweep com potência de 0dB, sendo a perda de inserção da ponte VSWR de cerca de 13dB. Conforme constatamos na imagem a seguir, a "frequência de ressonância série" do cristal em análise é de cerca 9,997MHz, na qual a impedância do cristal apresenta o menor valor possível:

Frequência de ressonância série

Em nova configuração sem a ponte VSWR, fazemos a análise o cristal em série e verificamos a resposta em frequência nas proximidades da frequência de "ressonância série" mensurada com a ponte VSWR. Nesse gráfico, percebemos a configuração típica de um filtro passa faixa com frequência central de 9,997MHz e banda 3dB de apenas alguns kHz:

Seletividade

Aumentando-se o span para 20kHz, visualizamos um pouco melhor a excelente seletividade desse cristal de quartzo, reduzindo a resposta em frequência em quase 20dB em poucos kHz:

Ainda, aumentando-se o intervalo de frequência para 100 MHz, é possível percebermos melhor a seletividade desse filtro:

Frequências de ressonância série e paralela (anti-ressonância)

Neste momento, é importante relembrarmos que um analisador de espectro não analisa a fase do sinal, mas apenas o seu módulo. Por isso, não visualizaremos a variação da fase da impedância do cristal com a frequência, na qual perceberíamos que na frequência de anti-ressonância (ou resonância paralela), a reatância variaria de indutiva para capacitiva em uma curva muito íngrime. 

Focando-se na região próxima à frequência nominal do cristal, visualizamos a grande excursão da resposta em frequência de mais de 66 dB (de -1,5dBm para -68,3dBm) em apenas 24kHz. Entre o máximo e o mínimo do gráfico abaixo, a fase da impedância se torna indutiva em um involtória extremamente íngrime (quase uma função "degrau" na resposta de fase):

Na imagem abaixo, posicionamos o marcador na denominada frequência de "anti-ressonância ou paralela" mensurada nesta aplicação como sendo de 10,0209 MHz, na qual a impedância do cristal é máxima. Portanto, o cristal de quartzo pode operar tanto na frequência de resonância série ou paralela, dependendo da configuração do circuito oscilador (série ou paralelo), sendo a ressonância série a utilizada em circuitos osciladores PLL.

Harmônicas

Conforme já sabemos, o cristal de quartzo é excitado com um sinal elétrico, fazendo que o mesmo vibre em na frequência de ressonância. Todavia, é interessante nos relembrarmos que esse dispositivo também apresenta frequências de ressonância harmônicas! Ao aumentarmos o span da análise, visualizamos o mesmo padrão de variação em frequências harmônicas, mas em uma intensidade bem menor:

Com a frequência central do analisador de espectro estabelecida nessa região e modificando a escala do eixo y, obtemos a imagem abaixo, que demonstra  a existência de outra frequência "espúria" de ressonância em aprox. 10,044MHz, mas com uma magnitude muito pouco relevante em relação ao modo fundamental: