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LOS ANALIZADORES DE ESPECTROS
Ing. Ral Hinojosa Snchez
OBJETIVOS: En este tema vamos a abordar el estudio de los equipos que analizan la seal en el dominio de la frecuencia, en concreto de los analizadores de espectro. Principio de funcionamiento, configuracin, aplicacin y limitaciones de uso de los analizadores de espectro.
Ing. Ral Hinojosa Snchez
Conceptos Bsicos de los Analizadores de Espectros Anlisis espectral. Conceptos bsicos. Controles bsicos, resolucin en frecuencia y tiempo de barrido. Detectores, filtrado de vdeo y visualizacin. Especificaciones y limitaciones de uso en amplitud. Exactitud en las medidas.
Ing. Ral Hinojosa Snchez
DIAGRAMA EN BLOQUES DEL ANALIZADOR DE ESPECTROS
Ing. Ral Hinojosa Snchez
ANLISIS ESPECTRAL
Analizadores de Fourier.
Analizador con banco de filtros.Analizadores de barrido.
Ing. Ral Hinojosa Snchez
Conceptos BsicosTransformacin de una seal en el dominio del tiempo en su equivalente en el dominio frecuencial.
Amplitud
Dominio Temporal
Dominio FrecuencialIng. Ral Hinojosa Snchez
APLICACIONES. EnsayosDISTORSIN ARMNICA INTERMODULACIN
OCUPACIN ESPECTRAL
EMC
Ing. Ral Hinojosa Snchez
Serie de Fourier
Ing. Ral Hinojosa Snchez
A una seal peridica puede asignrsele una frecuencia igual a la cantidad de ciclos por segundo.
Ing. Ral Hinojosa Snchez
La seal peridica ms simple es la onda senoidal.
Ing. Ral Hinojosa Snchez
x(t) = X sen t = 2 f
Ing. Ral Hinojosa Snchez
x
x(t) = X sen t t
T
2T
Ing. Ral Hinojosa Snchez
x
x(t) = X sen t t
T
2T
Ing. Ral Hinojosa Snchez
x
x(t) = X sen t t
T
2T
Ing. Ral Hinojosa Snchez
Muchas seales habituales estn formadas por ondas senoidales de varias frecuencias a la vez. Esto es consecuencia del Teorema de Fourier.Ing. Ral Hinojosa Snchez
Teorema de FourierCualquier funcin peridica de frecuencia f puede considerarse como la superposicin de una serie de ondas senoidales de frecuencias f, 2f, 3f, 4f, etc.Ing. Ral Hinojosa Snchez
Teorema de FourierFrecuencia Fase
x(t) =
n=1ArmnicosIng. Ral Hinojosa Snchez
Xn sen(2nft + n)
Teorema de Fourier
Los valores Xn se llaman coeficientes de Fourier, y se calculan de la siguiente manera...
Ing. Ral Hinojosa Snchez
Teorema de FourierXn = An2 + Bn2T
An =Bn =
0 2 T x(t) sen nt dt T 02 TIng. Ral Hinojosa Snchez
x(t) cos nt dt
x t
x
t
Ing. Ral Hinojosa Snchez
ANALIZADORES DE FOURIER Los analizadores de Fourier determinan matemticamente el espectro de la seal
VENTAJAS: Bajo coste. Medida de amplitud y fase INCONVENIENTES: No tiempo real. No ruido. Aliasing. f < 200kHzIng. Ral Hinojosa Snchez
ANALIZADOR CON BANCO DE FILTROSLa seal se distribuye por igual entre los distintos filtros y mediante la observacin de sus salidas, puede determinarse la frecuencia y amplitud de las componentes que forman parte de la seal.
A
Banco de filtros de medida simultnea Visualizacin del espectro completo
f1
f2
f
VENTAJAS: Medida del espectro completo en tiempo real INCONVENIENTES: Alto coste. Efecto de carga. Resolucin limitada por el nmero de filtrosIng. Ral Hinojosa Snchez
ANALIZADORES DE BARRIDOPuede utilizarse un filtro cuya frecuencia central se conmute o sintonice. Durante el barrido de la frecuencia central del filtro, nicamente se obtendr seal a la salida cuando las componentes frecuenciales de la seal de entrada estn dentro del ancho de banda del filtro.
A
El filtro barre el rango de frecuencias del analizador
Visualizacin del espectro completo
f1
f2
f
VENTAJAS: Medida del espectro completo tras el barrido Ing. Ral Hinojosa Snchez INCONVENIENTES: Filtro sintonizable complejo e imperfecto
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADOR DE ESPECTROS RESOLUCIN Y TIEMPO DE BARRIDO. Controles bsicos de un analizador. Resolucin en frecuencia. Tiempo de barrido. Estabilidad y resolucin.
Ing. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADOR
VISUALIZACIN OSCILADOR NIVEL SEAL DE REFERENCIA ENTRADA LOCALIng. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORNivel de Referencia Frecuencia central
_ _ _
SPAN
+ + +
FREQ
REF
Seal de entrada Escala horizontal (frecuencia) en Hz
Escala vertical (amplitud en dB)Ing. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONFIGURACIN DE LA REPRESENTACIN EN LE EJE X (FRECUENCIA): FRECUENCIA SPAN
LOGenerador de barrido frecuencia DISPLAY
Ing. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE SPANPermite la configuracin del eje HORIZONTAL determinado el valor de frecuencia que abarca la pantalla completa (o una divisin)
20MHz_ _ _SPAN
+ + +
FREQ
REF
Rampa de control del LO
SPAN INICIALIng. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE SPAN
10MHz_ _ _SPAN
+ + +
FREQ
REF
Rampa de control del LO
SPAN INICIALIng. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE SPAN
5MHz _ _SPAN
+ + +
FREQ
REF
Rampa de control del LO
SPAN INICIALIng. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE FRECUENCIAPermite la configuracin del eje HORIZONTAL determinado el valor de la frecuencia central de la visualizacin
100MHz
_ _ _
SPAN
+ + +
FREQ
REF
Rampa de control del LO
SPAN INICIALIng. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE FRECUENCIA
110MHz
_ _ _
SPAN
+ + +
FREQ
REF
Rampa de control del LO
SPAN INICIALIng. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE FRECUENCIA
120MHz
_ _ _
SPAN
+ + +
FREQ
REF
Rampa de control del LO
SPAN INICIALIng. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE NIVEL DE REFERENCIAPermite la configuracin del eje VERTICAL determinado el valor de la frecuencia central de la visualizacin_SPAN
+ + +
0dB_ _FREQ
REF
RF INPUT ATTENUATOR
IF GAIN
La ganancia y atenuacin de ajustan adecuadamente de modo automtico Ing. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE NIVEL DE REFERENCIA
_
SPAN
+ + +
-10dB_ _FREQ
REF
RF INPUT ATTENUATOR
IF GAIN
Ing. Ral Hinojosa Snchez
CONTROLES BSICOS DE UN ANALIZADORCONTROL DE NIVEL DE REFERENCIA
_
SPAN
++ +
-20dB_ _FREQ
REF
RF INPUT ATTENUATOR
IF GAIN
Ing. Ral Hinojosa Snchez
RESOLUCIN EN FRECUENCIARESOLUCIN EN FRECUENCIA DEL FILTRO IF (RBW)FILTRO IF
La RESOLUCIN en frecuencia es la habilidad del analizador de discernir dos sinusoides de entrada en dos respuestas separadas.3 dB BW 3 dB
Entrada
RBWResolution Bandwidth Filter (RBW)
DisplayIng. Ral Hinojosa Snchez
RESOLUCIN EN FRECUENCIASELECTIVIDAD O FACTOR DE FORMA DE FILTRO IF Capacidad de resolucin de sinusoides de distinta amplitud
Cuanto menor sea este cociente ms selectivo es el filtro y, por tanto, podr resolver seales de distinta amplitud ms fcilmente. Con filtros analgicos se puede conseguir una selectividad que vara desde 25:1 en filtros estndar hasta 11:1 en los filtros de perfil ms estrecho.Ing. Ral Hinojosa Snchez
RESOLUCIN EN FRECUENCIARESOLUCIN Y SELECTIVIDAD DE FILTRO IF Mediante filtros analgicos se pueden conseguir anchos de banda que no suelen ser menores que algunos centenares de Hertzios. Para conseguir mejores resoluciones se debe recurrir a filtros digitales. Con estos filtros se pueden obtener anchos de banda de hasta 10Hz. Otro importante beneficio obtenido con el uso de estos filtros digitales es la mejora de la selectividad que puede alcanzar valores de 5:1
FILTRO ANALGICO
FILTRO DIGITALRES BW 100 Hz SPAN 3 kHz
Ing. Ral Hinojosa Snchez
TIEMPO DE BARRIDOHay que tener siempre en cuenta que el barrido debe realizarse de modo que los circuitos reactivos que componen el filtro se cargen y descargen completamente.
Resultado de realizar medidas de la misma seal con diferentes velocidades de barrido.Ing. Ral Hinojosa Snchez
TIEMPO DE BARRIDORESOLUCIN Y TIEMPO DE BARRIDORegla prctica: se puede utilizar la siguiente ecuacin para calcular el tiempo de barrido necesario para no cometer errores.
SPAN ST k RBW 2ST es el tiempo necesario para barrer las 10 divisiones horizontales de la pantalla definidas por el SPAN para un filtro de RBW determinado. La constante k depende del perfil y tecnologa del filtro y tiene valores comprendidos entre 2 y 3 para filtros analgicos y entre 10 y 15 para digitales.
Ing. Ral Hinojosa Snchez
TIEMPO DE BARRIDORESOLUCIN Y TIEMPO DE BARRIDO
SPAN ST k RBW 2EJEMPLO 1 k = 2; SPAN = 100MHz; RBW = 10KHz ST = 2 s
EJEMPLO 2
k = 2; SPAN = 100MHz; RBW = 5kHz ST = 8 s EJEMPLO 3k = 2; SPAN = 100MHz; RBW = 1kHz ST = 200 s > 3 minIng. Ral Hinojosa Snchez
ESTABILIDAD Y RESOLUCIN
La estabilidad de los osciladores locales del analizador afecta a la resolucin del analizador puesto que tienen una FM residual de 1 kHz o ms, que se transfiere a la seal IF.
El ancho de banda de resolucin mnimo que puede hallarse en un analizador est determinado, al menos en parte, por la estabilidad del oscilador local.Ing. Ral Hinojosa Snchez
VISUALIZACIN VISUALIZACIN ANALGICA. Deflexin vertical directa del haz del TRC a partir de la seal de vdeo.
Ventaja: Visualizacin directa sin muestreoDesventaja: Mala visualizacin para grandes tiempos de barrido. VISUALIZACIN DIGITAL. Deflexin vertical a partir del muestreo y memorizacin de la seal de vdeo.
Ventaja: Visualizacin estable y persistenteDesventaja: Muestreo. Problema: Cul es el valor que debe mostrarse para cada celda de muestreo?Ing. Ral Hinojosa Snchez
VISUALIZACIN MUESTREO: Asignacin de un valor a cada celda
Ing. Ral Hinojosa Snchez
VISUALIZACIN MUESTREO MODO SIMPLE
Ing. Ral Hinojosa Snchez
VISUALIZACIN MUESTREO MODO SIMPLE
Ing. Ral Hinojosa Snchez
VISUALIZACIN MUESTREO MODO POST-PICO
Ing. Ral Hinojosa Snchez
VISUALIZACIN MUESTREO MODO POST-PICO
Ing. Ral Hinojosa Snchez
VISUALIZACIN MUESTREO MODO ROSENFELL O MAX/MIN
Ing. Ral Hinojosa Snchez
VISUALIZACIN MUESTREO MODO ROSENFELL O MAX/MIN
Ing. Ral Hinojosa Snchez