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02 Dic, 2022 Vistas 428 Autor: Raza Akbar

Qué es un analizador de espectro y explicar sus aplicaciones

En su forma más básica, un analizador de espectro es una herramienta de prueba que evalúa una variedad de características de circuitos o sistemas en el rango de radiofrecuencia. El equipo de prueba estándar evaluaría la cantidad calculando su amplitud durante un período determinado. También se le llama un analizador de frecuencia.
Los voltímetros, por ejemplo, usan el dominio del tiempo para medir la amplitud del voltaje. Por lo tanto, podemos esperar una curva sinusoidal para el voltaje de corriente alterna y una línea recta para el voltaje de corriente continua. Por otro lado, los analizadores de espectro evaluarían la cantidad trazando su amplitud contra su frecuencia.
En esta señal, el eje vertical indica la amplitud, por lo que se trata de un gráfico. El eje horizontal en una representación en el dominio de la frecuencia muestra la frecuencia.
Gracias a las muchas configuraciones de modelos disponibles, puede usarse para varios propósitos en instrumentación y medición. Las dimensiones, pesos y otras características varían según la aplicación. Las aplicaciones de ultra alta frecuencia del dispositivo ahora son objeto de estudio.
Puede estar vinculado a una computadora para guardar las lecturas en un sistema digital.

Principio de funcionamiento del analizador de espectro
La función básica de un analizador de espectro es cuantificar el contenido espectral de la señal que ingresa al dispositivo. A analizador de espectro usaría el dominio de la frecuencia para medir el contenido del espectro de salida del filtro si estuviéramos analizando la salida de un filtro de paso bajo.
También monitorearía el nivel de ruido de fondo y proporcionaría esos datos al CRO durante esta operación.
Esencialmente, el analizador de espectro genera un barrido vertical y horizontal en el osciloscopio de rayos catódicos, que puede utilizar para clasificar su funcionamiento. Cuando se mide una señal, sabemos que el eje horizontal corresponderá a la frecuencia y el eje vertical corresponderá a la amplitud.
El atenuador de entrada se utiliza para atenuar el nivel de radiofrecuencia de la señal para crear el barrido horizontal de la señal medida. La salida del atenuador se enruta a un filtro de paso bajo para suavizar la señal. Luego, la señal se enruta a un amplificador, que aumenta su fuerza al nivel deseado.
Se combina con la salida del oscilador sintonizado en frecuencia en este punto. Para crear una forma de onda con una alternancia periódica, se utiliza el oscilador.
Luego de ser amplificada y combinada con el oscilador, la señal es enviada al detector horizontal, que la transforma al dominio de la frecuencia. los analizador de espectro proporciona una representación en el dominio de la frecuencia de la cantidad espectral de la señal.
La amplitud es fundamental para el barrido vertical. La señal se envía al oscilador sintonizado por voltaje, que devuelve su amplitud. La sintonización de radiofrecuencia del oscilador sintonizado por voltaje. Los circuitos osciladores se construyen típicamente utilizando una serie de resistencias y condensadores. Se llama oscilador RC, o RC para abreviar.
La señal sufre un cambio de fase completo de 180 grados en el nivel del oscilador. Se emplean circuitos RC de etapas múltiples para lograr este cambio de fase. El estándar es de tres niveles.
En ciertos casos, los transformadores también se utilizan para realizar la tarea de cambio de fase. Normalmente, también se utiliza un generador de rampa para regular la frecuencia del oscilador. En ciertos casos, se acopla un modulador de ancho de pulso con el generador de rampa para producir una rampa de pulsos.
El circuito de barrido vertical recibe la salida del oscilador, que le da al osciloscopio de rayos catódicos su amplitud.

Analizador de espectro

Figura: analizador de espectro

¿Por qué utilizar un analizador de espectro?
Comprender el comportamiento a corto y largo plazo de los parámetros de frecuencia, amplitud y modulación es fundamental dada la dificultad de describir el funcionamiento de los equipos de RF modernos.
Los instrumentos típicos, como los analizadores de espectro de barrido (SA) y los analizadores de señales vectoriales (VSA), capturan señales en los dominios de frecuencia o modulación. En muchos casos, esto es insuficiente para caracterizar adecuadamente la naturaleza siempre cambiante de las transmisiones de RF actuales.
Las señales de RF transitorias y dinámicas presentan problemas únicos, y desarrolló la arquitectura Real-Time Spectrum Analyzer (RTSA) para superar las restricciones de medición de SA y VSA. El procesamiento de señales digitales (DSP) en tiempo real se utiliza para analizar señales en tiempo real. Analizador de espectro antes de que se almacenen en la memoria.
Debido a la velocidad a la que se produce el procesamiento en tiempo real, los usuarios pueden ver eventos que, de otro modo, pasarían desapercibidos para los sistemas tradicionales y desencadenar de forma selectiva para almacenar esos eventos en la memoria. Los datos almacenados en la memoria se pueden evaluar a fondo en muchos campos diferentes mediante el procesamiento por lotes.
LISUN tiene analizadores de espectro perfectos para la prueba.

Necesidad de analizadores
La señal en un sistema de comunicación inalámbrica se envía de un extremo al otro, como es bien sabido. En pocas palabras, esta señal es el mensaje que debe enviar al extremo receptor para que se produzca la comunicación.
Sin embargo, la calidad de la señal se deteriora a lo largo de la transmisión. La intensidad de la señal ha disminuido principalmente debido al ruido en los canales de transmisión y recepción. Como resultado, podemos concluir que el ruido reduce la intensidad de la señal.
El ruido en la señal reduce su rango de transmisión y la precisión del receptor. Debido a esto, el valor final no es estable y en cambio fluctúa.
Puede introducir fuentes de ruido tanto internas como externas en una transmisión. En consecuencia, podemos dividir el ruido en dos categorías: interno y externo.
La transmisión entre las antenas introduce ruido que puede medirse cuantitativamente utilizando analizadores o analizadores de espectro.

Principales tipos de analizadores de espectro
En general, existen tres tipos distintos de analizadores de espectro según su diseño. Consistentemente, estos tres tipos se utilizan:

Analizadores de espectro de barrido (SA)
El método de análisis de espectro estándar emplea una configuración superheterodina sintonizada por barrido, que es óptima para controlar señales constantes y calibradas. La conversión descendente de la señal de interés permite que el SA mida la potencia frente a la frecuencia mediante el barrido de la banda de paso del filtro de ancho de banda de resolución (RBW).
Una frecuencia dentro del rango seleccionado tiene su amplitud medida por un detector después de pasar por el filtro RBW.
Este método tiene el potencial de proporcionar un amplio rango dinámico, pero tiene la limitación de que solo puede calcular datos de amplitud para un único punto de frecuencia a la vez. Para garantizar hallazgos confiables, las pruebas deben limitarse a señales de entrada que sean relativamente estables en el tiempo.

Analizadores de señales vectoriales (VSA)
Las mediciones vectoriales obtienen información de magnitud y fase mientras estudian señales moduladas digitalmente. El VSA digitaliza y almacena la forma de onda de potencia de RF generada por cualquier fuente dentro de la banda de paso del instrumento.
Para la demodulación, las medidas y el procesamiento de visualización, el procesamiento de señal digital (DSP) puede usar la información de magnitud y fase asociada con la forma de onda en la memoria.
Aunque ahora puede almacenar formas de onda en la memoria, el VSA aún no puede proporcionar una evaluación integral de las ocurrencias transitorias. Dado que la mayoría de los instrumentos funcionan en un modo de procesamiento por lotes, son ciegos a los eventos entre adquisiciones.
Debido a la dificultad para detectar de manera confiable sucesos poco comunes o poco frecuentes, a menudo es necesaria una activación externa; esto, a su vez, podría exigir un nivel irrazonable de conocimiento previo de los eventos mismos.
De manera similar, el VSA lucha con señales débiles en presencia de señales más grandes y con señales que cambian en frecuencia pero no en amplitud.

Analizadores de espectro en tiempo real (RSA)
A diferencia del procesamiento posterior a la adquisición típico del VSA, el RSA realiza un análisis de la señal utilizando el procesamiento de la señal digital (DSP) en tiempo real antes del almacenamiento en la memoria.
El procesamiento de datos en tiempo real permite al usuario detectar y reaccionar ante sucesos que, de otro modo, pasarían desapercibidos por diseños alternativos, por lo que captura selectivamente los datos relevantes para su uso posterior. Los datos almacenados en la memoria pueden luego someterse a un análisis profundo de dominios cruzados a través del procesamiento por lotes.
El acondicionamiento de la señal, la calibración y otras formas de análisis también se logran con la ayuda del motor DSP en tiempo real.

¿Qué miden los analizadores de espectro?
La amplitud de una señal a varias frecuencias se puede ver en un analizador de espectro. Permite probar si las señales están dentro de los rangos aceptables. Muestra artefactos como ruido, formas de onda complicadas, ocurrencias poco frecuentes y señales erróneas.
Las señales transitorias se pueden examinar mediante analizadores de espectro, al igual que las transmisiones en ráfaga, los fallos y el fenómeno de las señales más fuertes que ocultan las más débiles.
El espectro de frecuencia de las señales de audio y RF modernas que varían en el tiempo a menudo se analiza con dichas herramientas. Muestran las partes constituyentes de la señal y qué tan bien está funcionando el circuito detrás de ellas. Las empresas también los utilizan para evaluar si sus redes Wi-Fi y enrutadores inalámbricos pueden beneficiarse de los cambios en la reducción de interferencias.

Aplicaciones del analizador
Las señales en frecuencias distintas a la frecuencia de comunicaciones aparecen como líneas verticales en la pantalla del analizador de espectro (pips). Debido a esto, puede usarlos para verificar si un transmisor inalámbrico opera dentro de su rango de frecuencia asignado y sin interferir con otras bandas, como requisitos de pureza de emisiones definidos por el gobierno.
Los analizadores de espectro tienen varias aplicaciones en la industria electrónica, que incluyen, entre otras, el diseño y las pruebas de RF, el diseño de circuitos electrónicos, la fabricación electrónica y el mantenimiento electrónico.
Además de su función principal de prueba, el rango de medición de un analizador de espectro es bastante amplio. Cada una de estas lecturas se toma en una frecuencia de radio. Estas son algunas de las cantidades que se miden con mayor frecuencia cuando se utiliza un analizador de espectro.

Niveles de señal– Se puede usar un analizador de espectro para determinar la amplitud de la señal en el dominio de la frecuencia.
Ruido de fase – puede detectar fácilmente el ruido de fase midiendo el contenido espectral y realizando las mediciones en el dominio de la frecuencia. La salida del osciloscopio de rayos catódicos muestra ondas como resultado.
Distorsión armónica – Esta es una pregunta crucial antes de evaluar la intensidad de la señal. La distorsión armónica total (THD) se utiliza para evaluar la intensidad de la señal. Tiene que haber protección para la señal contra fluctuaciones. Lograr un bajo grado de distorsión armónica también es crucial para evitar el despilfarro de energía y las pérdidas de dinero.
Distorsión de la intermodulación– Al modular la señal, se introducen distorsiones de nivel intermedio dependiendo de si la señal se modula a una frecuencia alta o baja. Para obtener una señal procesada, debe eliminar esta distorsión.
La distorsión de intermodulación se mide usando un analizador de espectro para este propósito. El procesamiento de la señal podría comenzar una vez que haya sido limpiada por un circuito externo.
Señales espurias– Estas señales potencialmente dañinas deben ser identificadas y bloqueadas. No existe un método directo para medir estas señales. Hasta que se cuantifican, siguen siendo una señal desconocida.
La frecuencia de la señal– Asimismo, debe considerar esto. Es crucial medir el contenido de frecuencia de cada señal ya que el espectro de frecuencias es muy amplio debido a nuestro uso del analizador en el nivel de radiofrecuencia. Para estudiar este espectro, se requiere equipo especializado.
Máscaras espectrales – Al examinar máscaras espectrales, los analizadores de espectro también son útiles.

Otras aplicaciones del analizador de espectro

  1. Los analizadores de espectro tienen un uso intensivo en las instalaciones de diseño y prueba de RF dentro de las instituciones de investigación electrónica. En estas situaciones, pueden ofrecer una perspectiva de una señal de una manera que ningún otro equipo de prueba puede ofrecer.
    Esto arroja luz sobre cómo funcionan los componentes de radiofrecuencia del circuito. los analizador de espectro tiene una gran variedad de aplicaciones.
  1. Qué tan ancha o estrecha es una señal modulada y consideraciones similares. Demasiado ancho podría generar problemas para aquellos que usan vías fluviales cercanas.
  2. El objetivo es descubrir si hay señales extrañas o falsas. Estas señales pueden interferir con los usuarios en otras frecuencias cuando se transmiten las señales.
  3. Determine si una señal está en el rango de frecuencia correcto.
  4. Es necesario analizar los problemas más amplios de una señal. A menudo, examinar una señal es todo lo que se necesita para identificar el origen de un problema. Un analizador de espectro puede ser los "ojos" del investigador al tratar con señales de radiofrecuencia (RF).
  5. Aunque los medidores de potencia se usan con más frecuencia, los analizadores de espectro pueden ser útiles en situaciones específicas.
  6. Los analizadores de espectro pueden medir la frecuencia en ciertas situaciones, mientras que los contadores de frecuencia son más adecuados en otras.
  7. Puede evaluar el ruido de fase de una señal usando un analizador de espectro. Para hacer esto, el ruido de postura del oscilador local del analizador de espectro debe ser al menos 10dB más bajo que el oscilador probado.
    Si el ruido de fase del oscilador local del analizador de espectro es insignificante, este equipo de prueba se encuentra entre las técnicas más precisas para cuantificar el fenómeno.
  1. También puede usar estas herramientas para determinar la cifra de ruido de un elemento. El procedimiento de prueba consta de varios pasos, pero puede completarse con poca dificultad.
  2. Las pruebas de interferencia electromagnética y compatibilidad electromagnética (EMI y EMI) suelen utilizar analizadores de espectro. Puede usar el analizador para concentrarse en la frecuencia precisa y el tipo de señal que le está causando problemas.

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