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Cómo utilizar un analizador de espectro

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Los analizadores de espectro son instrumentos de prueba clave para su uso al probar radiofrecuencia, circuitos de RF, módulos y unidades. Se utilizan en muchas áreas, incluido el diseño de RF, el diseño general de circuitos electrónicos, la fabricación y prueba de productos electrónicos y el servicio y, a veces, la reparación en el campo.

Estos instrumentos de prueba muestran amplitud contra frecuencia y, como resultado, estos instrumentos de prueba son clave para localizar señales espúreas y mostrar y medir anchos de banda de señales.

Saber cómo utilizar un analizador de espectro de forma eficaz es clave para poder investigar correctamente el funcionamiento de los circuitos de RF.

Una de las formas clave de entender cómo utilizar un analizador de espectro es echar un vistazo a los controles.

Aunque este instrumento de prueba puede parecer complicado, puede ser fácil de entender cómo usar un analizador de espectro una vez que se ha pasado un poco de tiempo con uno.

Aunque cada tipo de analizador será diferente, los conceptos básicos son los mismos en todos los instrumentos de prueba: se pueden realizar los mismos tipos de medición y están disponibles las mismas funciones de control básicas. De esta manera, una vez que se ha utilizado un instrumento de prueba, las mismas habilidades básicas se pueden transferir al uso de otros analizadores de espectro.


Cómo utilizar un analizador de espectro: conceptos básicos

Hay varios controles e interfaces diferentes en un analizador de espectro. Aunque estos equipos de prueba pueden parecer complicados, es posible hacer un buen uso de ellos después de un poco de práctica, ya que es necesario utilizar los controles correctamente.

  • La pantalla Al observar cómo utilizar un analizador de espectro, uno de los elementos principales del equipo de prueba es la pantalla. La pantalla tiene una retícula que normalmente tiene diez divisiones horizontales principales y diez divisiones verticales principales.

    El eje horizontal del analizador está calibrado linealmente en frecuencia con la frecuencia más alta en el lado derecho de la pantalla. El eje vertical está calibrado en amplitud. Esta escala es normalmente logarítmica, aunque a menudo es posible tener otras escalas, incluidas las lineales, para medidas especializadas.

    Normalmente se utiliza una escala logarítmica porque permite ver señales de un rango muy amplio en el analizador de espectro; las señales de interés pueden variar en 70 dB, 80 dB o más. Normalmente se utiliza un valor de 10 dB por división. Esta escala normalmente se calibra en dBm (es decir, decibelios relativos a 1 milivatio) y, por lo tanto, es posible ver los niveles de potencia absolutos y comparar la diferencia de nivel entre dos señales.

    Además de la visualización del espectro, los analizadores modernos que utilizan tecnología digital suelen tener teclas programables para proporcionar varias funciones alrededor del borde de la pantalla.

  • Configurar la frecuencia Para establecer la frecuencia de un analizador de espectro, se pueden hacer dos selecciones. Estas selecciones son independientes entre sí y en diferentes controles o se ingresan a través de un teclado por separado:

    • Frecuencia central: : La selección de frecuencia central establece la frecuencia del centro de la escala en el valor elegido. Normalmente es donde se ubicaría la señal a monitorear. De esta manera, la señal principal está en el centro de la pantalla y se pueden monitorear las frecuencias a ambos lados.
    • Lapso: La selección del intervalo es la extensión de la cobertura de frecuencia que se va a ver o monitorear cuando se usa el analizador de espectro. El intervalo se puede dar como un ancho de banda por división en la retícula, o el intervalo total que se ve en la parte calibrada de la pantalla, es decir, dentro de las extensiones máximas de las calibraciones en la retícula. Otra opción que suele estar disponible es establecer las frecuencias de inicio y finalización del escaneo. Esta es otra forma de expresar el intervalo, ya que la diferencia entre las frecuencias de inicio y finalización es igual al intervalo. Reducir el intervalo permitirá una mejor resolución de la señal, permitiendo ver componentes cercanos de la señal.
    • Frecuencias superior e inferior: : Como alternativa al ajuste del intervalo y la frecuencia central, muchos analizadores ofrecen la capacidad de ingresar las frecuencias de inicio y parada o superior e inferior para el barrido.
  • Ajustes de ganancia y atenuación Hay otros controles para usar en un analizador de espectro. La mayoría de estos pertenecen a una de dos categorías. El primero está asociado con la ganancia o atenuación de secciones dentro del analizador de espectro.

    Si las secciones del equipo de prueba están sobrecargadas, entonces se pueden generar señales falsas dentro del instrumento. Esto se puede prevenir incluyendo atenuación adicional usando el atenuador de entrada. Sin embargo, si se inserta demasiada atenuación, se requiere una ganancia adicional en las etapas posteriores (ganancia de FI) y el nivel de ruido de fondo aumenta y esto a veces puede enmascarar señales de nivel más bajo. Por lo tanto, se necesita una elección cuidadosa de los niveles de ganancia relevantes dentro del analizador de espectro para obtener el rendimiento óptimo.

    Los equipos de prueba modernos a menudo tienen un solo control de ganancia, normalmente llamado control de nivel de referencia, que combina la atenuación de entrada y los controles de ganancia de FI. Ajusta automáticamente ambos para obtener la configuración óptima. De esta forma se optimizan tanto la sobrecarga en un extremo como la escala y el ruido de fondo en el otro.

    Normalmente, la ganancia general se ajusta de modo que el pico de la señal de interés se coloque hacia la parte superior de la pantalla; por lo general, un espacio de 10 dB desde la parte superior es un margen suficiente. De esta manera, las señales espúreas y de otro tipo en amplitud también se pueden ver muy fácilmente.

    Si el nivel de referencia se reduce demasiado, el valor de las señales se reducirá y se acercará progresivamente al nivel de ruido residual. Para obtener mediciones razonables, debe haber una diferencia de 20 dB entre la señal y el ruido.

  • Rango de escaneo El analizador de espectro funciona escaneando el intervalo de frecuencia requerido desde el extremo inferior al superior del intervalo requerido. La velocidad a la que lo hace es importante. Obviamente, cuanto más rápido escanea el rango, más rápido se puede realizar la medición.

    Sin embargo, la velocidad de exploración del instrumento de prueba está limitada por otros dos elementos. Estos son el filtro que se usa en la FI y el filtro de video que también se puede usar para promediar la lectura. Estos filtros deben tener tiempo para responder, de lo contrario, se perderán las señales y las mediciones se volverán inútiles.

    Sigue siendo esencial mantener la velocidad de escaneo tan alta como sea razonablemente posible para garantizar que las mediciones se realicen lo más rápido posible. Normalmente, la velocidad de exploración, el intervalo y los anchos de banda del filtro están vinculados dentro del equipo de prueba para garantizar que se elija la combinación óptima. La velocidad de escaneo es un ajuste clave, especialmente cuando es necesario realizar una gran cantidad de mediciones, por ejemplo, en el diseño de RF donde es necesario caracterizar los circuitos integrados o de RF, o en el fabricante de productos electrónicos donde los tiempos de prueba deben mantenerse al mínimo.

  • Filtrar anchos de banda Los otros controles se refieren a los anchos de banda del filtro dentro del instrumento. Generalmente hay dos tipos:
    • IF filtro: El filtro IF básico proporciona la resolución del analizador de espectro en términos de frecuencia. La elección de un ancho de banda de filtro estrecho permitirá que las señales se vean muy juntas. Sin embargo, por el hecho de que son de banda estrecha, estos filtros no responden a los cambios tan rápidamente como los de banda ancha. En consecuencia, se debe elegir una velocidad de escaneo más lenta al usarlos.

      Al tener que utilizar anchos de banda estrechos y velocidades de escaneo lentas, el tiempo que se puede realizar una medición al reducir el intervalo que debe escanearse. Aunque se deba utilizar una velocidad de exploración lenta, se puede reducir el rango sobre el que se debe realizar la exploración, reduciendo así el tiempo de exploración del analizador.

    • Filtro de video: La función de filtro de video se usó con muchos analizadores de espectro analógicos y no se ve comúnmente en aquellos que usan procesamiento de señales digitales. Proporciona una forma de promediar para aplicar a la señal. Esto tiene el efecto de reducir las variaciones causadas por el ruido y esto puede ayudar a promediar la señal y, por lo tanto, revelar señales que de otro modo no se verían. El uso de filtrado de video también limita la velocidad a la que el analizador de espectro puede escanear. Los analizadores de espectro en tiempo real y FFT modernos tendrán una función de promedio especial.

    En los analizadores de espectro modernos, el ancho de banda del filtro normalmente se vincula automáticamente con el intervalo y la velocidad de exploración, de modo que se elige la configuración óptima para cualquier situación dada. Cuanto más estrecho es el filtro, más fino es el detalle que se ve y menor es el nivel de ruido. (NB el ruido es proporcional al ancho de banda, por lo que cuanto menor sea el ancho de banda, menor será el ruido). Como se mencionó anteriormente, una buena regla general es asegurarse de que haya una diferencia de 20 dB entre el ruido y el nivel de la señal para mediciones razonables.

    El ancho de banda del filtro también se puede denominar resolución en vista del hecho de que se pueden ver detalles más finos con niveles de ancho de banda del filtro más estrechos.

  • Marcadores: Una función muy útil que se incorpora en los analizadores de espectro prácticamente nuevos es la del uso de marcadores. Estos detectan el nivel de porciones particulares de la forma de onda y se pueden usar para medir los niveles de diferentes señales y comparar cifras como los niveles de armónicos o señales espurias con respecto a la portadora.

    Por lo general, estos marcadores se pueden configurar para seleccionar el pico, el segundo pico, etc., o para medir el nivel en un punto dado; generalmente se usa una rueda o perilla para establecer la frecuencia para esto.

    Estos marcadores generalmente se controlan mediante las teclas de función programables que normalmente están presentes como teclas programables en la pantalla táctil o como botones alrededor de la pantalla.

Los analizadores de espectro modernos tienen una enorme cantidad de instalaciones, especialmente en comparación con los instrumentos de prueba analógicos de hace muchos años.

Además de muchas funciones como los marcadores, normalmente hay una serie de otras funciones a las que se puede acceder mediante las teclas de función. Estos pueden incluir rutinas para medir el ruido de fase y el factor de ruido.

Otro es la capacidad para probar fácilmente los espectros de señales. Se puede configurar una máscara detallando los límites dentro de los cuales debe caer el espectro de una señal. Esta máscara aparece en la pantalla y luego se vuelve muy fácil ver si el espectro de una señal queda fuera de esto.

Sugerencias y consejos para usar un analizador de espectro

Aunque es posible detallar los diversos controles de un analizador de espectro y lo que hacen, hay otros puntos relacionados con el lado práctico del uso de un analizador de espectro que se enumeran a continuación:

  • Tenga cuidado con el nivel de entrada: Cuando se trabaja con altos niveles de potencia, puede resultar muy fácil dañar la entrada de estos instrumentos de prueba. La entrada generalmente se conecta directamente a un mezclador de alto rendimiento. Si se aplica una potencia excesiva, esto puede destruir el mezclador y esto puede ser costoso de arreglar, y mucho menos el costo de la interrupción de cualquier prueba mientras se encuentra un reemplazo.

    Cuando se prueban transmisores, la salida debe pasar a través de un atenuador, y al reconfigurar cualquier prueba, puede ser fácil olvidarse de incluir el atenuador. Tenga mucho cuidado de asegurarse de que el atenuador siempre esté incluido para reducir los niveles de potencia altos para que la entrada no se sobrecargue.

    El conector de entrada al analizador normalmente tiene una advertencia sobre el nivel máximo de potencia permitido, detallando las potencias reales permitidas.
  • Comprobación de si se generan señales espurias en el analizador o UUT: Cuando se prueban señales espúreas, no siempre es obvio si alguna señal espuria se ha generado internamente dentro del instrumento de prueba o si proviene de la unidad bajo prueba. Las etapas de entrada del analizador de espectro pueden generar señales graves si se sobrecargan.

    La forma más sencilla de comprobarlo es reducir el nivel del atenuador de entrada (no ningún otro control de ganancia) en 10 dB. Si los niveles espurios caen en 10 dB (junto con las otras señales), la UUT genera las señales espúreas. Si las señales espúreas caen más de 10 dB, significa que se generan internamente dentro del analizador de espectro. Si este es el caso, reduzca el atenuador de entrada hasta que las señales espurias generadas por el analizador de espectro ya no sean visibles.

  • Asegúrese de que el software esté actualizado: Siempre es mejor asegurarse de que el software del analizador de espectro esté actualizado. Los fabricantes actualizan periódicamente el software para corregir errores y, a veces, para mejorar el rendimiento. Al mantener el software actualizado, es posible asegurarse de que estén disponibles las últimas instalaciones.
  • Al medir el ruido de fase, asegúrese de que el rendimiento del analizador sea adecuado: Al medir el ruido de fase de una señal con un analizador de espectro, asegúrese de que el rendimiento de ruido del oscilador local dentro del analizador de espectro sea alrededor de 6 dB mejor que el rendimiento esperado de la señal bajo prueba. Si no es así, entonces el ruido de fase del oscilador del analizador de espectro afectará las lecturas. Si el caso extremo en el que la señal bajo prueba es mejor que la del oscilador local del analizador de espectro, se mide el ruido de fase del analizador de espectro.

Cuando se utiliza un analizador de espectro, es posible llegar rápidamente a un lugar donde se puede utilizar de forma eficaz. Algunas de las sugerencias y consejos sobre el uso de estos instrumentos de prueba ayudan a superar los problemas que todos encuentran al usar analizadores de espectro.

Aunque la mayoría de los analizadores de espectro tendrán controles adicionales, los mencionados son los principales que se utilizan y permitirán una buena comprensión de cómo utilizar un analizador de espectro. Los analizadores de espectro son elementos muy útiles del equipo de prueba y son invaluables para el diseño, desarrollo y prueba de RF.

Los analizadores de espectro son instrumentos de prueba invaluables para el diseño de RF: proporcionan información esencial sobre el funcionamiento de circuitos, módulos y sistemas de RF. Como tales, son uno de los elementos más importantes de los equipos de prueba para el diseño de RF, diseño de circuitos electrónicos, fabricación de productos electrónicos, servicio, reparación de campo, etc.


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Comentarios:

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