UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDASEL ANALIZADOR DE ESPECTRO

ANDRÉS DAVID MONTENEGRO ALVARADO 20111005010E-mail: admontenegroa@correo.udistrital.edu.co

DILAN GABRIEL SERRATO PINZON 20111005022E-mail: dgserratop@correo.udistrital.edu.co

Resumen: Analizaremos los componentes espectrales de señales de entrada sinusoidales, cuadradas, triangulares y pulsos todas estas con diferentes ciclos útiles y empleando un analizador de espectro veremos su representación en frecuencia.Palabras clave: Analizador de espectro, espectro de frecuencia, componentes discretas de señales eléctricas, frecuencia fundamental y espectro de armónicos.Abstract: We will analyze the spectral components of input signals sine, square, triangle and pulse all these with different duty cycle and employing a spectrum analyzer we will see its frequency representation.Keywords: Spectrum analyzer, frequency spectrum, discrete components of electrical signals, fundamental frequency and harmonic spectrum.

1. MARCO TEORICO El analizador de espectros es una herramienta capaz de representar las componentes espectrales de una determinada señal a partir de su transformada de Fourier. Esta representación en el dominio de la frecuencia permite visualizar parámetros de la señal que difícilmente podrían ser descubiertos trabajando en el dominio del tiempo con ayuda de un osciloscopio. Es especialmente útil para medir la respuesta en frecuencia de equipos de telecomunicaciones.

Analizador de espectro de 3 GHz - GW Instek GSP-930TG

Para medir el espectro de frecuencia deberemos tener una idea clara de las características de la señal a medir, esto es, su

potencia, ancho de banda, frecuencia central, etc. Además, tendremos que saber qué parámetros de la señal quieren medirse, así, por ejemplo, se necesitará una ventana de frecuencias mayor si se desean medir sus armónicos o una menor si lo que se desea medir es su ruido de fase. “Una vez conocida la medida a realizar se fija la ventana de frecuencias, esta puede ser determinada de dos maneras distintas. La primera de ellas consiste en definir la frecuencia inicial de la ventana y la frecuencia final (START - STOP). O bien, definir una frecuencia central y una ventana de frecuencias alrededor de ella, también conocido como SPAN.

De esta manera sería equivalente definir una ventana con frecuencia inicial 150MHz y final 250MHz, que hacerlo a partir de una frecuencia central de 200 MHz y 100MHz de SPAN.” [1]

En la pantalla del equipo la amplitud o potencia de las señales se representa en el eje Y y la frecuencia en el eje X. La medida de potencia viene indicada en dBm, una unidad logarítmica relativa a milivatios.

P (dBm )=10 log (P (mW )) (1)

Ahora despejaremos la ecuación para conocer la potencia que medimos en milivatios.

P (dBm)10

=log (P (mW ) )

P (mW )=10P (dBm )10 (2)

Una vez fijada la ventana de visualización es muy probable que seamos capaces de distinguir la señal a medir. Únicamente restaría ajustar la referencia de amplitud y la resolución en dBm/div para que la señal quede

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perfectamente representada en pantalla. Jugando con estos valores se podrán distinguir con mayor precisión ciertas características de la señal como rizado, modulaciones, etc.

2. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

El objetivo fundamental de la práctica es comprender la utilización de una herramienta fundamental en ámbito de las telecomunicaciones y por supuesto en nuestro curso de comunicaciones analógicas para esto debemos comprender el funcionamiento de sus comandos y botones así debimos comprender que indica los ejes X y Y del visualizador analógico así al investigar y con el asesoramiento del profesor supimos que el eje X representa la banda de frecuencias que tendremos en cuenta con las mediciones y que el eje Y nos indica la magnitud de la señal en las distintas frecuencias de la banda que analizaremos. Así como los botones que nos permiten seleccionar el ancho de banda que mediremos o la frecuencia central que examinaremos en el amplio espectro de frecuencias que nos provee nuestro analizador de espectro.

Habiendo comprendido como utilizar dicho equipo de medición nos remitiremos a generar distintas señales mediante el uso de un generador de funciones, luego conectamos una te de acoplamiento al generador de ondas así obtendremos dos salidas las cuales conectaremos al osciloscopio para poder visualizar nuestra función generada en la representación del tiempo y otra conectada a nuestro analizador de espectro para visualizar dicha función en la representación en frecuencia. Habiendo hecho el anterior montaje procederemos a generar señales sinusoidales, cuadradas, triangulares y pulsos de amplitudes de 0.5V pp. A dichas funciones les modificaremos su frecuencia de 1 MHz y luego de 5 MHz y cambiaremos su ciclo útil al 20%, 50% y 80% y eventualmente observaremos los cambios en el número de armónicos visualizados, la magnitud de los mismos y la composición en espectros de frecuencias de cada función presenciados en el analizador de espectro.

Habiendo realizado las mediciones de las funciones antes mencionadas obtuvimos las siguientes representaciones en el tiempo y frecuencia:

Onda Sinusoidal

Onda Sinusoidal representada en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp y frecuencia de 1 MHz.

Onda Sinusoidal representada en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz.

Onda Cuadrada

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Onda Cuadrada representada en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 20%.

Onda Cuadrada representada en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 20%.

Onda Cuadrada representada en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 50%.

Onda Cuadrada representada en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 50%.

Onda Cuadrada representada en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 80%.

Onda Cuadrada representada en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 80%

Onda Triangular

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Onda Triangular representada en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 20%.

Onda Triangular representada en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 20%.

Onda Triangular representada en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 50%.

Onda Triangular representada en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 50%.

Onda Triangular representada en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 80%.

Onda Triangular representada en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 80%.

Pulso

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Pulso representado en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 20%.

Pulso representado en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 20%.

Pulso representado en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 50%.

Pulso representado en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 50%.

Pulso representado en el tiempo visualizado en un osciloscopio de amplitud 0.5V pp, frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 80%.

Pulso representado en su espectro en frecuencia visualizado en un analizador de espectro con frecuencia de 1 MHz y ciclo útil del 80%.

3. CONCLUSIONES

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Los Analizadores de espectro miden un rango inferior de amplitud en su representación en frecuencia de 100 dBm, lo que evidencia una clara ventaja frente al osciloscopio ya que estos no pueden análogamente en su representación en el tiempo medir tensiones demasiado bajas ya que el ruido a estas amplitudes hace que no podamos evidenciar señales claramente en la pantalla ya que esta aparecería distorsionada y por lo tanto las mediciones no serían del todo precisas. Otro factor ampliamente importante es que el osciloscopio funciona óptimamente a cierto ancho de banda. Es así como es indispensable que en nuestro curso tengamos un instrumento de medición que abarque todo el ancho de banda de la radiofrecuencia y esta es una afirmación bastante importante ya que en el mercado encontramos osciloscopios digitales con un ancho de banda de 300 MHz (Osciloscopio de almacenamiento digital UTD4302C de la empresa UNI-T) lo cual es una mala noticia ya que este osciloscopio abarcaría no más hasta la banda típica de radiofrecuencia VHF (Very High Frequency) esto quiere decir que a frecuencias superiores nuestro osciloscopio no respondería bien y simplemente al salirse de su rango de funcionamiento este no se desempeñara bien al momento de hacer las mediciones, algo más grave sería que podrá desencadenarse es que lo dañemos ya que sus componente no están diseñados para utilizarse en el rango de UHF (Ultra High Frequency). Por estas razones resulta primordial utilizar un analizador de espectros que además nos permite mediante la FFT (Fourier Fast Transform) visualizar la magnitud de las frecuencias fundamentales y los respectivos armónicos de una señal de entrada.

Al medir el espectro en frecuencia de una señal ya sea cuadrada, triangular,

o un pulso con un ciclo útil del 20% o del 80% evidenciamos que el espectro de ambas señales es idéntico tanto en amplitud como en su distribución de frecuencias. En otras palabras en los dos ciclos útiles que le asignamos a las señales antes mencionadas observamos en el analizador de espectro una frecuencia fundamental y sus respectivos armónicos similares entre sí en ambos casos.

Experimentalmente visualizamos en el analizador de espectro el hecho de que la frecuencia fundamental es la frecuencia más baja del espectro de frecuencias de una señal.

Se evidencia claramente el hecho de que los armónicos son frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental de la señal y cuya amplitud va decreciendo conforme aumenta el múltiplo.

4. BIBLIOGRAFIA[1]http://www.electronicam.es/analizador_e spectros.html

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