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Especificaciones del analizador de espectro

Especificaciones del analizador de espectro

Las especificaciones del analizador de espectro pueden ser un poco complicadas, pero es esencial tener al menos una comprensión básica de ellas al seleccionar uno de estos instrumentos de prueba.

Incluso cuando se utiliza un analizador de espectro, comprender las especificaciones puede garantizar que se comprendan sus limitaciones y que las mediciones que se realicen estén dentro de su capacidad.

Los analizadores de espectro son instrumentos de prueba costosos, es esencial que se elija el mejor para cualquier aplicación. Comprender las especificaciones básicas, así como la diferencia entre analizadores de espectro analógicos / superheterodinos, analizadores de espectro FFT e incluso analizadores de espectro en tiempo real, puede ser importante.

Un poco de tiempo para estudiar las especificaciones puede garantizar que se elija el instrumento de prueba correcto.

Tipos de analizadores de espectro

Antes de profundizar en las especificaciones y lo que realmente significan, uno de los primeros pasos es seleccionar el tipo de analizador correcto. Hay varios tipos diferentes de analizadores, por lo que es esencial comprender qué es cada tipo y qué son capaces de lograr.

  • Analizador de espectro superheterodino: Este tipo de analizador de espectro utiliza el principio superheterodino. Un oscilador local convierte la señal entrante a una frecuencia fija FI. Al barrer el oscilador local usando una rampa de voltaje, es posible escanear un rango de frecuencias. Si la rampa de voltaje también está vinculada al eje horizontal de la pantalla y el eje vertical al nivel detectado de la señal, entonces se ve una pantalla del espectro.
  • Analizador de espectro FFT: El analizador de espectro Fast Fourier Transform, FFT utiliza técnicas digitales. La señal entrante se muestrea y las muestras sucesivas se pasan a un procesador FFT para procesar la señal. El procesador FFT proporciona todo el procesamiento de la señal para que la información del espectro se pueda pasar a un procesador de control y visualización para su visualización.
  • Analizador de espectro en tiempo real: Uno de los problemas con un analizador FFT es que se pueden perder señales transitorias entre muestras sucesivas para el procesador FFT. Para superar esto, un analizador de espectro en tiempo real toma muestras que se superponen en el tiempo. De esta forma se capturará y analizará el transitorio que se produzca. Los analizadores de espectro en tiempo real son particularmente útiles para analizar sistemas de RF que son impulsados ​​por procesadores ya que pueden ocurrir fallas y transitorios. También son muy útiles para capturar diversas formas de modulación y para sistemas de salto de frecuencia.
  • Analizador de espectro USB: Aunque los analizadores de espectro USB posiblemente no sean un tipo diferente de analizador como tal, probablemente justifiquen una sección, ya que proporcionan una forma muy rentable de crear un analizador de espectro. Al capturar la forma de onda y realizar el procesamiento en un FPGA diseñado específicamente, la información procesada se puede pasar a una computadora a través de una interfaz USB para ser mostrada. Esto ahorra costes y espacio considerables.

Cobertura de frecuencia del analizador de espectro

Posiblemente, una de las especificaciones principales más importantes de un analizador de espectro es su cobertura de frecuencia.

Normalmente, un analizador de espectro podrá medir desde muy cerca de cero Hertz hasta su frecuencia máxima.

Normalmente, el límite de frecuencia inferior no es un problema para la mayoría de las aplicaciones, ya que los analizadores de espectro de RF se utilizan normalmente para frecuencias que se encuentran dentro del espectro de RF. El límite inferior puede depender de si el instrumento de prueba está acoplado en CC o CA. El acoplamiento de CC normalmente da un límite mucho más bajo. Un ejemplo típico del límite inferior para un analizador de espectro de gama alta puede ser alrededor de 2 Hz para el acoplamiento de CC, pero 10 MHz para el acoplamiento de CA.

La ventaja del acoplamiento de CA es que elimina cualquier CC que pueda estar presente en la señal. Si el componente de CC es demasiado grande, podría dañar fácilmente la entrada del analizador de espectro y la reparación podría resultar costosa.

El parámetro principal requerido para la especificación de cobertura de frecuencia es el límite superior. Obviamente, esto debería incluir al menos la fundamental de las señales de interés, pero recuerde que a menudo se requieren analizadores de espectro para medir señales espúreas como la distorsión de intermodulación y los armónicos.

Para poder comprobar correctamente el rendimiento de cualquier unidad, módulo o circuito, es necesario ver al menos el tercer armónico de la señal principal, y preferiblemente mayor.

Se debe hacer un juicio cuidadoso al seleccionar la frecuencia superior correcta, posiblemente con una cierta cantidad de contingencia. Sin embargo, los incrementos en la frecuencia máxima tienden a ser bastante grandes y conllevan un gran aumento de costes.

Especificación de precisión de frecuencia

La precisión de la frecuencia es una especificación importante para cualquier analizador. Aunque no es un contador de frecuencia, la precisión de la frecuencia suele ser clave para su especificación.

La precisión de la frecuencia se trata de manera diferente para los analizadores analógicos de barrido superheterodino más antiguos y los analizadores FFT de base digital mucho más nuevos. Vale la pena echar un vistazo por separado a las especificaciones para ambas formas de instrumento de prueba por separado. Como el analizador de barrido superheterodino fue el primero en la escena, esto se abordará primero:

  • Analizadores de espectro de barrido superheterodino analógicos: Los errores de esta forma de analizador de espectro se pueden dividir en varias áreas diferentes:
    • Inexactitud de la referencia de frecuencia: Este error está determinado principalmente por el oscilador de base de tiempo interno dentro del analizador. En la actualidad, prácticamente todos los analizadores de espectro utilizan un oscilador de horno de cristal de alto rendimiento, por lo que este término suele ser bastante pequeño. Además, la arquitectura interna del analizador también influirá en este término. Sin embargo, cuando se utiliza un analizador de espectro para cualquier medición de frecuencia, vale la pena recordar que el horno necesita tiempo para calentarse y asentarse, por lo que las mediciones solo deben tomarse una vez que el análisis se haya asentado. Los detalles completos para esto se darán en la hoja de especificaciones del analizador de espectro.
    • Error de intervalo: En los analizadores más antiguos que pueden no haber utilizado técnicas digitales, un error de tramo también fue un problema clave. Este error a menudo se dividía en dos especificaciones, basándose en el hecho de que muchos analizadores de espectro se sintetizaron completamente para tramos pequeños, pero están sintonizados en bucle abierto para tramos más grandes. Compruebe el funcionamiento del analizador, pero para la mayoría de los modernos esto no es aplicable
    • Error de frecuencia central: Una vez más, esta forma de especificación de error era aplicable a analizadores más antiguos. En la mayoría de los casos, fue mucho menor que el error de tramo.
  • Analizadores de espectro basados ​​en FFT: Los analizadores de espectro por transformada rápida de Fourier utilizan un enfoque muy diferente para lograr el mismo objetivo que los instrumentos de prueba más antiguos. Dentro de este grupo de analizadores, también se incluye el analizador de espectro en tiempo real porque en realidad es una versión especializada de alto rendimiento del analizador de espectro FFT. También es posible incluir el analizador de espectro USB porque funciona con los mismos principios que el analizador FFT; la única diferencia es que el instrumento de prueba USB utiliza la pantalla, el procesamiento de pantalla, los controles, etc.dentro de una computadora, mientras deja el Analizador de espectro USB para realizar todo el procesamiento de la señal.

    En estos analizadores, todas las señales de referencia, relojes y similares se derivan de una fuente de alta estabilidad. A menudo, este es un oscilador de cristal controlado por horno; esto incluso podría bloquearse a una fuente estándar mucho más alta para darle al sistema un nivel mucho mayor de precisión de frecuencia. Cualquier medición de frecuencia realizada por el analizador estará determinada fundamentalmente por la precisión del reloj.

    Normalmente, las mediciones de frecuencia se realizan mediante marcadores. Se selecciona una posición en la pantalla y, a menudo, este es un pico de una señal para poder medir su frecuencia central. Es principalmente la precisión de frecuencia de estos marcadores lo que es de interés.

    Hay varias especificaciones de precisión de frecuencia que se utilizan dentro de un analizador de espectro FFT.

    • Resolución de marcador: La resolución del marcador no está realmente relacionada con la precisión de la frecuencia, pero proporciona los pasos que puede realizar el marcador: da el tamaño del paso entre una posición y la adyacente. En muchos instrumentos de prueba, esto puede ser tan fino como 1 Hz. Esto es más que adecuado, especialmente porque algunas de las frecuencias que los analizadores modernos pueden medir se extienden a muchos GHz.
    • Incertidumbre de la frecuencia del marcador: La incertidumbre del marcador es lo que podría pensarse como la precisión del sistema. Como los marcadores dan una lectura de la frecuencia a la que están posicionados, a menudo dando la frecuencia pico o central de una señal, es esta precisión o más correctamente la incertidumbre lo que es de gran importancia.

      La cifra de incertidumbre del marcador consta de varios elementos. Por lo general, se puede determinar como ± (frecuencia del marcador x precisión de referencia + típicamente alrededor del 10% del ancho de banda de resolución + 0,5 x (intervalo / (puntos de barrido - 1) + resolución del marcador).

    La precisión de frecuencia de una referencia de frecuencia utilizada en un analizador de espectro, ya sea un analizador de barrido o uno FFT, depende de la referencia de frecuencia utilizada para impulsar el sintetizador de frecuencia y otras señales de reloj. Esto supone que el oscilador variable dentro del analizador está sintetizado y no funciona libremente como en algunos de los primeros analizadores.

    El error de referencia de frecuencia se puede calcular como ± (tiempo desde el último ajuste x tasa de envejecimiento + variación de temperatura + precisión de calibración).

La precisión de frecuencia de los analizadores de espectro no siempre es fácil de calcular en el laboratorio, pero los modelos de alto rendimiento actuales proporcionarán niveles sorprendentemente altos de precisión, aunque utilizando los cálculos simples anteriores, es posible obtener una buena estimación del rendimiento, sin hacer una investigación completa de todos los parámetros relevantes.

Especificación de ruido de fase

El ruido de fase se ha vuelto cada vez más importante en los últimos años y, junto con esto, es necesario medir el rendimiento del ruido de fase de muchos osciladores y sistemas.

Para realizar mediciones de ruido de fase, el rendimiento del analizador de espectro debe ser mejor que el de la unidad bajo prueba. De lo contrario, la medición será la del instrumento de prueba de ruido de fase que realiza la medición porque el ruido de fase del analizador de espectro enmascararía el de la unidad bajo prueba.

En vista de esto, el rendimiento de ruido de fase del analizador es un parámetro clave.

Normalmente, la especificación de ruido de fase se da como el nivel de ruido de banda lateral única que se mide cuando se utiliza una fuente de señal perfecta. Se especifica como el nivel de ruido de fase medido en dBc (decibelios en relación con la portadora) medido en un ancho de banda de 1 Hz con un desplazamiento determinado.

Dado que el nivel de ruido de fase varía con la compensación, el nivel puede especificarse en varias frecuencias y también puede darse un gráfico del ruido.

Una especificación típica puede parecerse a la tabla siguiente:

Desplazamiento del transportistaNivel
10 Hz-80 dBc
100 Hz-108dBc
1 kHz<-125dBc
10 kHz<- 135 dBc
100 kHz<- 138 dBc
1 MHz<-145 dBc
10 MHz<- 154 dBc

A medida que la medición alcanza un desplazamiento de 10 MHz, se anticipa que el ruido permanecerá constante, alcanzando el piso de ruido del instrumento de prueba.

Especificación de precisión de amplitud

La especificación del analizador de espectro para la precisión de la amplitud es de gran importancia para cualquier medición realizada por el instrumento de prueba.

Hay dos especificaciones de analizador asociadas con la precisión de amplitud:

  • Especificación de precisión absoluta: Esta especificación del analizador de espectro se refiere a mediciones en las que se requiere el nivel absoluto. Puede ser una medida del nivel de potencia de una señal expresada en términos de dBm, etc.
  • Especificación de precisión relativa: La especificación de precisión relativa es ligeramente diferente. Esta especificación se utiliza cuando las señales se expresan en decibelios en comparación con otra señal. Por ejemplo, un armónico se puede expresar en términos de decibelios hacia abajo en la portadora. Estas medidas son generalmente más precisas que las medidas absolutas porque la precisión de toda la cadena de señales es

Especificación de ancho de banda de resolución

La especificación de ancho de banda de resolución para un analizador de espectro es importante cuando es necesario medir señales cercanas entre sí.

El ancho de banda de resolución está determinado principalmente por el ancho de banda del filtro utilizado dentro del analizador, pero otros factores como el tipo de filtro, FM residual y bandas laterales de ruido son factores a tener en cuenta al determinar la resolución útil disponible.

Ver el vídeo: Análisis espectros de FM (Octubre 2020).