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UTEPSA INSTRUMENTACION Y MEDICION
INDICE
1. INTRODUCCION...................................................................( 2 )
2. OBJETIVO............................................................................( 3 )
3. DESARROLLO
TEORIA DEL ANALIZADOR DE SEÑALES...............................( 4 )
CARACTERISTICAS DEL ANALIZADOR DE ESPECTRO.............( 6 )
FUNCIONAMIENTO DEL ANALIZADOR DE ESPECTRO.............( 7 )
FABRICANTES DE ANALIZADOR DE ESPECTRO.....................( 9 )
4. CONCLUSION.....................................................................( 11 )
5. BIBLIOGRAFIA...................................................................( 12 )
1. INTRODUCCION
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En todos los ámbitos de estudio de la señal, nos podemos encontrar con diversos tipos de ondas: periódicas, no periódicas, deterministas, estocásticas, portadoras, moduladas, sinusoidales, cuadradas, triangulares, rectificadas de media onda, rectificadas de onda completa, irregulares…
Para poder caracterizar una onda, y posteriormente extraer las debidas conclusiones sobre lo que queremos hacer con ella, se dispone de multitud de instrumentos. Si estamos interesados en conocer las características de la señal con respecto al tiempo se dispone de osciloscopios, ya sean analógicos o digitales. De esta forma, podremos ser capaces de obtener características tales como la forma de la señal, su amplitud, su fase, su evolución en el tiempo, el posible retraso respecto a otra señal, etc.
Ahora bien, si estamos trabajando con señales periódicas y queremos conocer las componentes en frecuencia de las mismas, sus niveles de potencia, etc…, la representación en el tiempo, por medio de osciloscopios, no nos sirve de gran ayuda. En estos casos se necesitan instrumentos de medida que se denominan analizadores de espectro, tanto analógicos como digitales.
Toda señal periódica se puede descomponer como una suma de ondas senoidales, cuyas amplitudes y frecuencias son obtenidas a partir del análisis de Fourier. De esta forma, cualquier señal puede representarse como una suma infinita de sus armónicos o componentes en frecuencia. Se denomina espectro de frecuencias de una señal a esta descomposición, en frecuencia, de la señal que se expresa como una serie de Fourier. La forma de representar gráficamente este espectro es, mediante los clásicos ejes de coordenadas, asignando el valor de las frecuencias al eje de abscisas y dibujando la amplitud de los mismos en el eje de coordenadas.
Matemáticamente es posible obtener el espectro en frecuencia de señales periódicas relativamente complejas, y es posible representar, gráficamente con papel y lápiz, dichas componentes. Si la complejidad de la señal va en aumento, el cálculo de la serie de Fourier se va haciendo más y más difícil y tedioso. Para evitar este esfuerzo y para facilitar la representación del espectro de frecuencias de cualquier señal se crearon los analizadores de espectro, los analizadores de fourier y los analizadores de onda.
Un ANALIZADOR DE ESPECTRO realiza el análisis de Fourier empleando un filtro que rechaza todas las frecuencias, excepto una banda muy estrecha de ellas. La señal de entrada al instrumento es desplazada en frecuencia, mediante una senoide obtenida de un VCO de una frecuencia que varía continuamente entre un mínimo y un máximo prefijados, de forma que la frecuencia central del filtro sea recorrida por las componentes de frecuencia de interés. En la pantalla del equipo sólo se muestran las componentes de frecuencia, de la señal analizada, que coincidan con la del filtro de barrido. Como dispositivo de pantalla para mostrar la amplitud de cada armónico de la señal se emplea un tubo de rayos catódicos (TRC).
2. OBJETIVO
Un analizador de espectro es un equipo de medición electrónica que permite visualizar en una pantalla las componentes espectrales en un espectro de
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frecuencias de las señales presentes en la entrada, pudiendo ser ésta cualquier tipo de ondas eléctricas, acústicas u ópticas. En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dBm del contenido espectral de la señal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es función de la separación temporal y el número de muestras capturadas. Se denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla.
Dicho esto tenemos el deber de Saber y conocer para que se utiliza un analizador de espectros, cuáles son sus funciones, como se maneja y darle un análisis más a fondo de su manejo y utilización en la actualidad.
3. DESARROLLO
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TEORIA
El Analizador de Espectros es un instrumento que permite ver en un TRC en forma simple y rápida las frecuencias de las armónicas que componen una señal compleja, y además permite conocer la relación entre esas componentes, mediante bastones presentados en el TRC, cuya amplitud son proporcional a la amplitud de las armónicas.
La representación de señales mediante este instrumento, nos presentará bastones con un bastón principal de mayor amplitud para la componente fundamental, y bastones a los lados de ella correspondientes a las armónicas.
La altura de esos bastones serán menores al de la fundamental y proporcionales a la amplitud de la armónica respectiva.
En una onda senoidal pura aparecerá un único bastón correspondiente a la fundamental. Con este instrumento se puede llegar a frecuencias muy altas con gran precisión, pudiéndose ver hasta señales de gigahertz.
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Los Analizadores de Espectro se pueden clasificar en:
A) Analizadores de tiempo real o multicanal B) Analizadores de Sintonía Barrida, los cuales pueden ser de RF Sintonizados o Superheterodino.
Los de Tiempo real están constituidos por una serie de filtros Pasabanda de frecuencias central corrida, de modo que cada filtro deja pasar sólo una banda, y el próximo deja pasar la banda siguiente. A continuación del filtro se encuentra un detector y un filtro pasabajo. La salida de cada detector se conecta a una llave electrónica barrida por la señal de barrido de las placas deflectoras horizontales. En la pantalla habrá señal vertical si la señal estudiada tiene componentes de frecuencia en cada uno de los filtros pasabanda. De no tener, cuando ese filtro sea conectado a la llave no habrá deflexión vertical. Debido a que la resolución dependerá del ancho de banda de cada filtro (a mayor resolución, menor ancho de banda), para tener un Analizador de buena resolución se necesitan una gran cantidad de filtros, y por lo tanto la banda total a analizar no podría ser muy grande. Este tipo de analizadores se usa sólo en baja frecuencia o frecuencias de Audio.
CARACTERISTICAS DE UN ANALIZADOR DE ESPECTRO
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Emplear medidas con instrumentación orientadas al dominio de la frecuencia trae consigo una serie de ventajas con respecto a las medidas en el dominio del tiempo. Entre ellas podemos destacar:
Mayor sensibilidad en la medida en banda estrecha.Reducción del ruido introducido en la medida.Eliminación de interferencias en frecuencias no deseadas.Posibilidad de filtrado de ciertas frecuencias.Facilidad para separar distintas señales.Medidas del ancho de banda de utilización del circuito estudiando (DUT) y determinación de su función de transferencia en el dominio de la frecuencia.
Ciertos sistemas están orientados al dominio de la frecuencia, como el caso de receptores y estaciones de radio, sistemas FDM … La medida de la señal a estudiar es tan sencilla de hacer como conectar el analizador a la fuente que genera dicha señal. Si la fuente de señal es el propio ambiente, o el espacio libre, basta con conectar a la entrada del analizador una antena que reciba las distintas señales que existen en el entorno en ese momento. Evidentemente, hay que tener en cuenta todas las posibles interferencias que se pueden inducir en la medida de la señal real de que se dispone (o que se está buscando). Una vez ajustados los parámetros necesarios en el instrumento de análisis, únicamente tendremos que visualizar la representación de la señal en el monitor (o display) del analizador y extraer nuestras conclusiones.
La medida realizada sobre la señal puede ser, en un caso simple, la amplitud, y frecuencia de una determinada línea espectral. En general, el contenido espectral de la señal nos ofrece información sobre los armónicos, bandas de modulación, respuestas espúreas, niveles de ruido,… y todo esto se puede estudiar a partir del analizador de espectros.
En cuanto a la representación, los analizadores de espectro suelen trabajar con una escala logarítmica, en decibelios, para el eje vertical y una escala lineal, para la representación de la frecuencia, en el eje de abscisas. Sin embargo, muchos de estos equipos permiten trabajar con escalas lineales o logarítmicas en ambos ejes o con escala logarítmica en el eje de frecuencias y lineal para el eje vertical.Tras esta breve descripción del tipo u uso de los diferentes instrumentos para el estudio de las características en frecuencia de cualquier señal, pasaremos al análisis de un analizador de espectros básico.
FUNCIONAMIENTO DE UN ANALIZADOR DE ESPECTRO
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El funcionamiento de un analizador de espectros (Figura 1), es el siguiente:
La señal de entrada que se desea analizar es trasladada a una frecuencia intermedia (FI) más alta por medio de un oscilador local interno, senoidal y sintonizable. Es decir, a lo largo de cada barrido se desplaza el espectro de la señal de entrada a la frecuencia FI, que es la frecuencia central de la banda de paso de un amplificador sintonizado a la frecuencia FI.
La salida del amplificador de FI se mezcla con un oscilador de cuarzo, generándose una información centrada en 0Hz.
Figura 1. Diagrama de bloques de un analizador de espectro.
Esta información se filtra, por medio de un filtro activo, y la salida es rectificada y amplificada por un circuito denominado de medición. En la pantalla se muestra la potencia de salida de la señal asociada a un determinado rango de frecuencias.
La resolución del analizador viene determinada por el ancho de banda del filtro de FI. Sería deseable que el ancho de banda fuese prácticamente nulo para extraer cada componente de frecuencia de la señal, pero esto es imposible.
Debido a esta imperfección, si la separación en frecuencia de dos señales es menor que el ancho de banda del filtro FI utilizado, el analizador de espectros nos muestra un único armónico de potencia que representa la suma de las potencias de las dos señales. Interesa, por tanto, reducir el ancho de banda del filtro FI lo que conlleva, como ventaja adicional, la disminución de la potencia de ruido introducida.
Al comienzo del diagrama de bloques aparecen un atenuador, un amplificador y un filtro paso-bajo. El atenuador y amplificador se introducen con la intención de controlar el nivel de señal aplicado al resto del analizador (si el nivel es demasiado alto, la señal se distorsiona por los circuitos del analizador y, si es demasiado pequeña, la señal puede ser enmascarada por el propio ruido presente en el instrumento). El filtro LP es conocido como filtro imagen. Si no se incorporase,
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podrían entrar en el mezclador frecuencias indeseadas que, posteriormente, serían trasladadas a la FI y provocarían una lectura y medida erróneas.
Para representar la amplitud de los distintos armónicos, se realiza el filtrado paso bajo de la señal proveniente del detector ubicado tras el filtro FI. Este filtro paso bajo es conocido como filtro de video y se emplea para suavizar la respuesta que se muestra en el display.
El paso de tecnología analógica a digital, (Figura 2) implica la utilización de microprocesadores y la introducción de displays digitales. En este caso, la salida del filtro FI (o del detector) se convierte a dígitos binarios con un CAD. Los valores digitales son leídos por un microprocesador que controlará el display digital donde se muestra la imagen y al oscilador local (LO) que gobierna el mezclador del dispositivo.
Figura 2. Diagrama de bloques de un analizador de espectro digital, controlado por microprocesador.
FABRICANTES DE ANALIZADORES DE ESPECTRO
Entre los fabricantes, tenemos muchas empresas que fabrican Analizadores de espectro con diferentes caracteristicas y para distintos usos de medicion.
¿QUE CLASE DE MEDIDAS SE PUEDEN REALIZAR EN UN ANALIZADOR DE ESPECTROS?
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• Potencia y tensión RMS.• Potencia de ruido.• Medidas de relación señal a ruido.• Frecuencia.• Distorsión.• Medidas relativas a modulaciones en amplitud• Medidas relativas a modulaciones de frecuencia y fase.• Pureza espectral.• Intensidad de campo.
Entre los distintos fabricantes tenemos a los siguientes:
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4. CONCLUSION
Análisis se refiere a la acción de descomponer algo complejo en partes simples o identificar en ese algo complejo las partes más simples que lo forman. Como se ha visto, hay una base fisica para modelar la luz, el sonido o las ondas de radio en superposición de diferentes frecuencias.
Un proceso que cuantifique las diversas intensidades de cada frecuencia se llama análisis espectra. Matemáticamente el análisis espectral está relacionado con una herramienta llamada transformada de Fourier.
Ese análisis puede llevarse a cabo para pequeños intervalos de tiempo, o menos frecuentemente para intervalos largos, o incluso puede realizarse el análisis espectral de una función determinada. Además la transformada de Fourier de una función no sólo permite hacer una descomposición espectral de los formantes de una onda o señal oscilatoria, sino que con el espectro generado por el análisis de Fourier incluso se puede reconstruir o sintetizar la función original mediante la transformada inversa.
Para poder hacer eso, la transformada no solamente contiene información sobre la intensidad de determina frecuencia, sino trambién su fase. Esta información se puede representar como un vector bidimensional o como un número complejo. En las representaciones gráficas, frecuentemente sólo se representa el módulo al cuadrado de ese número, y el gráfico resultante se conoce como espectro de potencia o densidad espectral de potencia.
La transformada de Fourier es básicamente el espectro de frecuencias de una función. Un buen ejemplo de eso es lo que hace el oído humano, ya que recibe una onda auditiva y la transforma en una descomposición en distintas frecuencias (que es lo que finalmente se escucha). El oído humano va percibiendo distintas frecuencias a medida que pasa el tiempo, sin embargo, la transformada de Fourier contiene todas las frecuencias contenidas en todos los tiempos en que existió la señal; es decir, en la transformada de Fourier se obtiene un sólo espectro de frecuencias para toda la función.
Dicho se llega a la conclusicon que el analizador de espectro es un instrumento muy importante para el desarrollo de las tecnologias, especialmente en los ambitos de la electronica, redes y telecomunicaciones donde en general se ven todo tipo de señales ya que gracias a este se pueden realizar una gran variedad de mediciones. Su presencia en muchos casos, evita la adquisicion de equipos muy caros y especifico solo para cada medidas.
5. BIBLIOGRAFIA
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www.lant.ing.uc.edu.ve/.../ESPECTRO/Teoria%20ANALIZADOR%20DE%20ESPECTROS.doc
http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/analizador-espectro-74602.html
http://menteselectronicas.mex.tl/blog_33754_Analizador-de-Espectro.html
es.wikipedia.org/wiki/Analizador_de_espectro
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