Qué es un analizador de espectro: funcionamiento y sus aplicaciones

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 mediciones eléctricas y electrónicas. Se utiliza para probar muchos circuitos y sistemas. Estos circuitos y sistemas funcionan a niveles de radiofrecuencia.

Con sus diferentes configuraciones de modelo, este dispositivo tiene su propia versatilidad en el campo de la instrumentación y la medición. Viene con diferentes especificaciones, tamaños e incluso está disponible según aplicaciones específicas. El uso del dispositivo en un rango uniforme de alta frecuencia al nivel de ultrafrecuencia está actualmente en investigación. Incluso se puede conectar a un sistema informático y las mediciones se pueden registrar en la plataforma digital.




¿Qué es el analizador de espectro?

Spectrum Analyzer es fundamentalmente un instrumento de prueba que mide varios parámetros en un circuito o en un sistema en un rango de radiofrecuencia. Un equipo de prueba normal mediría la cantidad en función de su amplitud con respecto al tiempo. Por ejemplo, un voltímetro mediría la amplitud del voltaje basándose en el dominio del tiempo. Entonces obtendremos una curva sinusoidal de voltaje de corriente alterna o una línea recta para Voltaje DC . Pero un analizador de espectro mediría la cantidad en términos de amplitud versus frecuencia.



Respuesta de dominio de frecuencia

Respuesta de dominio de 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 de bloques

Diagrama de bloques

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

La señal filtrada se mezcla con un oscilador sintonizado por voltaje y se alimenta a un amplificador. los amplificador se alimenta al osciloscopio de rayos catódicos. Por otro lado, también tenemos un generador de barrido. Ambos se alimentan al CRO para las deflexiones verticales y horizontales.




Principio de funcionamiento del analizador de espectro

El analizador de espectro mide fundamentalmente el contenido de espectro de la señal, es decir, alimenta al analizador. Por ejemplo, si estamos midiendo la salida de un filtro, digamos filtro de paso bajo, entonces el analizador de espectro medirá el contenido de espectro 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, el funcionamiento del analizador de espectro puede clasificarse fundamentalmente como producir un barrido vertical y horizontal en el osciloscopio de rayos catódicos. Sabemos que el barrido horizontal de la señal medida sería con respecto a la frecuencia y el barrido vertical sería con respecto a su amplitud.

Trabajando

Trabajando

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

En este proceso, también se mezcla con la salida del oscilador que está sintonizado a una cierta 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 frecuencia. Aquí, en el analizador de espectro, la cantidad espectral de la señal se representa en el dominio de la frecuencia.

Para el barrido vertical, se requiere la amplitud. Para obtener la amplitud, la señal se alimenta al oscilador sintonizado por voltaje. El oscilador sintonizado por voltaje se sintoniza al nivel de radiofrecuencia. Generalmente, la combinación de resistencias y condensadores se utiliza para obtener los circuitos del oscilador. Esto se conoce como osciladores RC. En el nivel del oscilador, la señal cambia de fase en 360 grados. Para este cambio de fase, se utilizan diferentes niveles de circuitos RC. Por lo general, tenemos 3 niveles.

A veces, incluso los transformadores también se utilizan con 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 a veces también se conecta a un modulador de ancho de pulso para obtener una rampa de pulsos. La salida del oscilador se alimenta al circuito de barrido vertical. Lo que proporciona amplitud en el osciloscopio de rayos catódicos.

Tipos de analizador 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. Como se muestra en el diagrama de bloques, el analizador tendrá diferentes circuitos de barrido 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 el contenido del 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 convertidores de analógico a digital (ADC) para convertir la señal analógica en una señal digital. Por la representación del diagrama de bloques

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 a LPF para eliminar el contenido de ondulación. Luego, la señal se alimenta a un convertidor analógico a digital (ADC) que convierte la señal al dominio digital. La señal digital se envía al analizador FFT que convierte la señal en el dominio de frecuencia. Ayuda a medir la frecuencia espectral de la señal. Finalmente, se muestra usando el CRO.

Ventajas y desventajas del analizador

Tiene muchas ventajas, ya que mide la cantidad espectral en la señal en el rango de radiofrecuencia. También proporciona una serie de medidas. La única desventaja es su coste, que es superior al de los contadores convencionales habituales.

Aplicaciones del analizador

Un analizador de espectro que se utiliza fundamentalmente con fines de prueba se puede utilizar para medir una variedad de cantidades. Todas estas medidas se realizan a nivel de radiofrecuencia. Cantidades medidas con frecuencia usando el 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 - Dado que las mediciones 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 a determinar para la calidad de la señal. Con base en la distorsión armónica, se calcula la distorsión armónica total (THD) para evaluar la calidad de potencia de la señal. La señal debe salvarse de hundimientos y oleajes. La reducción de los niveles de distorsión armónica es incluso importante para evitar pérdidas innecesarias.
  • Distorsión de intermodulación - Mientras se modula la señal, en base a la amplitud (modulaciones de amplitud) o frecuencia (modulación de frecuencia) se producen distorsiones 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 circuitos externos, la señal se puede procesar.
  • Señales espurias - Son señales no deseadas que deben detectarse y eliminarse. Estas señales no se pueden medir directamente. Son señales desconocidas que deben medirse.
  • Frecuencia de señal - Este también es un factor importante a evaluar. Dado que usamos el analizador a nivel de radiofrecuencia, la banda de frecuencias es muy alta y se vuelve importante medir el contenido de frecuencia de todas y cada una de las señales. Para este espectro, se utilizan específicamente analizadores.
  • Máscaras espectrales - Los analizadores de espectro también son útiles para analizar las máscaras espectrales

Por lo tanto, hemos visto el principio de funcionamiento, el diseño, las ventajas y la aplicación de espectro analizador. Hay que pensar, ¿cómo almacenar los datos que se están midiendo en un analizador de espectro? Y cómo transferirlo a otros medios como la computadora para realizar más mediciones.