Qué es un analizador de espectro: funcionamiento y sus aplicaciones

Los analizadores de espectro son una de las pruebas importantes que se utilizan para medir frecuencias y muchos otros parámetros. Curiosamente, los analizadores de espectro se utilizan para medir señales que conocemos y encontrar señales que no conocemos. Debido a su precisión, el analizador de espectro ha ganado muchas aplicaciones en el campo de las medidas eléctricas y electrónicas. Se utiliza para probar muchos circuitos y sistemas. Estos circuitos y sistemas operan a niveles de radiofrecuencia.

Con sus diversas configuraciones de modelos, este dispositivo tiene su propia versatilidad en el campo de la instrumentación y la medición. Viene con diferentes especificaciones, tamaños e incluso disponible dependiendo de las aplicaciones específicas. Actualmente se investiga el uso del dispositivo en un rango de altas frecuencias igual al nivel de ultrafrecuencia. Incluso se puede conectar a un sistema informático y las medidas se pueden registrar en la plataforma digital.

¿Qué es un analizador de espectro?

El analizador de espectro es básicamente un instrumento de prueba que mide varios parámetros en un circuito o en un sistema en un rango de frecuencias de radio. El equipo de prueba normal mediría la cantidad en función de su magnitud frente al tiempo. Por ejemplo, un voltímetro mediría la magnitud del voltaje en función del dominio del tiempo. Obtendremos por tanto una curva sinusoidal para tensión alterna o una línea recta para tensión continua. Pero un analizador de espectro mediría la cantidad en términos de amplitud frente a frecuencia.

Respuesta en el dominio de la frecuencia

Como se muestra en el diagrama, el analizador de espectro mide la amplitud en el dominio de la frecuencia. Las señales de pico alto representan la magnitud, y en el medio también tenemos señales de ruido. Podemos utilizar el analizador de espectro para eliminar las señales de ruido y hacer que el sistema sea más eficiente. Los factores de cancelación de señal a ruido (SNR) son una de las características importantes hoy en día para las aplicaciones electrónicas. Por ejemplo, los auriculares vienen con un aspecto de cancelación de ruido. Para probar dicho equipo, se utilizan analizadores de espectro.

Diagrama de bloques del analizador

Diagrama
Diagrama

El diagrama de bloques del analizador de espectro se muestra arriba. Consta de un atenuador de entrada, que atenúa la señal de radiofrecuencia de entrada. La señal atenuada pasa a través de un filtro de paso bajo para eliminar el contenido de ondulación.

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La señal filtrada se mezcla con un oscilador sintonizado de voltaje y se envía a un amplificador. El amplificador alimenta el osciloscopio de rayos catódicos. Por otro lado también tenemos un generador de barrido. Ambos se alimentan al CRO para desviaciones verticales y horizontales.

Principio de funcionamiento del analizador de espectro

El analizador de espectro básicamente mide el contenido espectral de la señal, es decir, enviada al analizador. Por ejemplo, si medimos la salida de un filtro, digamos un filtro de paso bajo, el analizador de espectro medirá el contenido espectral del filtro de salida en el dominio de la frecuencia. En este proceso, también mediría el contenido de ruido y lo mostraría en el CRO,

Como se muestra en el diagrama de bloques, la operación del analizador de espectro básicamente se puede clasificar como producir barrido vertical y horizontal en el osciloscopio de rayos catódicos. Sabemos que el barrido horizontal de la señal medida sería relativo a la frecuencia y el barrido vertical relativo a su amplitud.

Trabajar
Trabajar

Para producir el barrido horizontal de la señal medida, la señal al nivel de radiofrecuencia se alimenta al atenuador de entrada, que atenúa la señal al nivel de radiofrecuencia. La salida del atenuador se envía al filtro de paso bajo para eliminar cualquier contenido de ondulación en la señal. Luego se envía a un amplificador, que amplifica la amplitud de la señal hasta cierto nivel.

En este proceso también se mezcla con la salida del oscilador que está sintonizado a una determinada frecuencia. El oscilador ayuda a generar una naturaleza alterna de la forma de onda alimentada. Después de mezclarse con el oscilador y amplificarse, la señal se envía al detector horizontal, que convierte la señal en el dominio de la frecuencia. Aquí, en el analizador de espectro, la cantidad espectral de la señal se representa en el dominio de la frecuencia.

Para el escaneo vertical, se requiere amplitud. Para obtener la amplitud, la señal se envía al oscilador sintonizado en voltaje. El oscilador sintonizado por voltaje está sintonizado al nivel de radiofrecuencia. Generalmente, se utiliza una combinación de resistencias y condensadores para obtener los circuitos osciladores. Esto se conoce como osciladores RC. En el oscilador, la señal está desfasada 360 grados. Para este cambio de fase, se utilizan diferentes niveles de circuitos RC. Normalmente tenemos 3 niveles.

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A veces, incluso los transformadores también se utilizan para fines de cambio de fase. En la mayoría de los casos, la frecuencia de los osciladores también se controla mediante un generador de rampa. El generador de rampa también se conecta a veces a un modulador de ancho de pulso para obtener una rampa de pulsos. La salida del oscilador se envía al circuito de exploración vertical. Que proporciona la amplitud en el osciloscopio de rayos catódicos.

Tipos de analizadores de espectro

Los analizadores de espectro se pueden clasificar en dos categorías. analógico y digital

Analizador de espectro analógico

Los analizadores de espectro analógicos utilizan el principio superheterodino. También se denominan analizadores de barrido o escaneado. Como se muestra en el diagrama de bloques, el analizador tendrá diferentes circuitos de exploración horizontal y vertical. Para mostrar la salida en decibelios, también se usa un amplificador logarítmico antes del circuito de barrido horizontal. También se proporciona un filtro de video para filtrar contenido de video. El uso de un generador de rampa proporciona a cada frecuencia una ubicación única en la pantalla, mediante la cual puede mostrar la respuesta de frecuencia.

Analizador de espectro digital

El analizador de espectro digital consta de bloques de transformada rápida de Fourier (FFT) y bloques de convertidor de analógico a digital (ADC) para convertir la señal analógica en señal digital. Por la representación esquemática

Analizador de espectro digital
Analizador de espectro digital

Como se muestra en la representación del diagrama de bloques, la señal se envía al atenuador, que atenúa el nivel de la señal, y luego se envía al LPF para eliminar el contenido de ondulación. Luego, la señal se envía a un convertidor de analógico a digital (ADC) que convierte la señal en el dominio digital. La señal digital se transmite al analizador FFT que convierte la señal en el dominio de la frecuencia. Mide la frecuencia espectral de la señal. Finalmente, se muestra mediante el CRO.

Ventajas y desventajas del analizador.

Tiene muchas ventajas, ya que mide la cantidad espectral de la señal en el rango de radiofrecuencia. También proporciona una serie de métricas. El único inconveniente es su coste, que es superior al de los habituales contadores convencionales.

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Aplicaciones del analizador

Un analizador de espectro que se utiliza básicamente con fines de prueba se puede utilizar para medir una variedad de cantidades. Todas estas medidas se realizan a nivel de radiofrecuencia. Las cantidades que se miden con frecuencia con un analizador de espectro son:

  • Niveles de señal– La amplitud de la señal basada en el dominio de la frecuencia se puede medir utilizando el analizador de espectro
  • ruido de fase – Como las medidas se realizan en el dominio de la frecuencia y se mide el contenido espectral, el ruido de fase se puede medir fácilmente. Aparece como ondas en la salida del osciloscopio de rayos catódicos.
  • Distorsión armónica – Este es un factor importante para determinar la calidad de la señal. Basado en la distorsión armónico, la distorsión armónica total (THD) se calcula para evaluar la calidad de la potencia de la señal. La señal debe preservarse de caídas y subidas. Reducir los niveles de distorsión armónica es incluso importante para evitar pérdidas innecesarias.
  • Distorsión de intermodulación– Al modular la señal, se producen distorsiones de amplitud (modulaciones de amplitud) o de frecuencia (modulación de frecuencia) en el nivel intermedio. Esta distorsión debe evitarse para tener una señal procesada. Para ello, se utiliza un analizador de espectro para medir la distorsión de intermodulación. Una vez que se reduce la distorsión utilizando un circuito externo, la señal se puede procesar.
  • señales espurias– Estas son señales no deseadas para detectar y eliminar. Estas señales no se pueden medir directamente. Estas son señales desconocidas que deben medirse.
  • Frecuencia de la señal– Este también es un factor importante a evaluar. Dado que usamos el analizador a nivel de radiofrecuencia, la banda de frecuencia es muy alta y se vuelve importante medir el contenido de frecuencia de cada señal. Para este espectro se utilizan específicamente analizadores.
  • Máscaras espectrales – Los analizadores de espectro también son útiles para analizar máscaras espectrales

Por lo tanto, hemos visto el principio de funcionamiento, el diseño, las ventajas y la aplicación de espectro analizador. Tienes que pensar, ¿cómo almacenar los datos que se miden en un analizador de espectro? Y cómo transferirlo a otros medios como la computadora para su posterior medición.

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