Analizador de Espectro ADE Jess A. Caldern-Vielmajesusc@ula.ve@jesuscalderonJunio - 2014Material didctico slo con fines acadmicosUNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICADEPARTAMENTO DE CIRCUITOS Y MEDIDASMediciones ElctricasDominio del TiempoOsciloscopioFuente: Figuras de TheFundamentals of SignalAnalysis. Applications Note 243.Agilent Technologies. HP Serie del Baron Jean BaptisteFourierFuente: Figuras de TheFundamentals of SignalAnalysis. Applications Note 243.Agilent Technologies. HP Dominio del Tiempo y la FrecuenciaFuente: Figuras de TheFundamentals of SignalAnalysis. Applications Note 243.Agilent Technologies. HP Introduccin Osciloscopio tiempo ADE tubo de rayos catdicos ADE Representacin cartesiana de amplitudes y frecuencias (V o F)Fuente: Figuras de TheFundamentals of SignalAnalysis. Applications Note 243.Agilent Technologies. HP Fuente: Figuras de TheFundamentals of SignalAnalysis. Applications Note 243.Agilent Technologies. HP Serie de Fourier((

+ + = ) sin( ) cos( ) (0Ttn bTtn a a t xn nt t}=TT0dt ) t ( xT1a}t =TTndt )Ttn cos( ) t ( xT1a}t =TTndt )Ttn sin( ) t ( xT1adondeT /0t = eEnerga Lnea espectral( )( ) ( ) ( ) 0 n para b a T E0 n paraT a 2 E2n2n n20 0= + == =ADE Basado en filtros PBDf1 f2fxI/Gfnf3I/GI/GI/GD=nBADE Basado en filtros PBDf1 f2fxfnf3I/GD=nBADE con filtro sintonizableFILTRO SINTONIZABLEFSI/GEje YEje XMezcladores de frecuenciaFuente: Apuntes Javier Sebastin Ziga - Universidad de Oviedo http://www.unioviedo.es/sebas/E_Comunicaciones/Mezcladores.pptIdea fundamentalObtener una seal cuya frecuencia sea la suma o la diferencia de la frecuencia de otras dosMezcladorSeal de frecuencia f2Seal de frecuencia f1 Seal de frecuencias (f1+ f2) y |f1- f2| O seal de frecuencia (f1+ f2) O seal de frecuencia |f1- f2|Mucho ms difcilMezclador que genera (f1+ f2) y |f1- f2|Mezcladorve2de frecuencia f2ve1de frecuencia f1vsde frecuencias (f1+ f2) y |f1- f2|ve2ve1vsf1 = 3 MHzf2 = 5 MHzf2- f1= 2 MHzf1+f2= 8 MHzf1f2(f1+ f2) (f2- f1)Fuente: Apuntes Javier Sebastin Ziga - Universidad de Oviedo http://www.unioviedo.es/sebas/E_Comunicaciones/Mezcladores.pptPor qu es importante que el mezclador genere el mnimo nmero posible de componentes en la mezcla? Para facilitar el filtrado. Ms importante an: para facilitar el filtrado cuando las seales de entrada no son seales senoidales puras. ve2de frecuencia f2ve1de frecuencias f1Ay f1BMezcladorvsMezclador ideal. Componentes de frecuencias:(f1A+f2), (f1B+f2), |f1A-f2| y |f1B-f2| Mezclador cuadrtico. Componentes de frecuencias:0, (f1A+f2), (f1B+f2), |f1A-f2|, |f1B-f2|, 2f1A, 2f1By 2f2Mezclador proporcional + cuadrtico. Componentes de frecuencias:0, (f1A+f2), (f1B+f2), |f1A-f2|, |f1B-f2|, f1A, f1B, f2,2f1A, 2f1By 2f2 An ms difcil de filtrar para aislar una nica frecuenciaFuente: Apuntes Javier Sebastin Ziga - Universidad de Oviedo http://www.unioviedo.es/sebas/E_Comunicaciones/Mezcladores.pptDesventajas ADE con F barrido Requiere un tiempo largo de anlisis No sigue variaciones rpidas de seal Ej. B ->0 a 10 kHz 400 ventanas B=alcance_B/400 = 25 HzT=40 ms T_total=16 sADE Conversin de frecuencia Sistema de Barrido Super-HeterodinoATENFILTROMezclador/frecuenciasFIDETECTORENVOLVENTEVCO AxAyfxADE FFT -DFTFPB A/DDSPVISUALIZADORADE BASADO EN FFTFuente: Figuras de TheFundamentals of SignalAnalysis. Applications Note 243.Agilent Technologies. HP Tiempo de Registro TRNf : Lineas espectralesTiempo de Registro de N muestras Nf:nmero de lneas espectrales de la FFT es N/2La frecuencia lneas espectralesde la FFT es 1/TRFrecuencia mxima Nf/TRFuente: Figuras de TheFundamentals of SignalAnalysis. Applications Note 243.Agilent Technologies. HP N:nmero de muestras mltiplos de 2 Valor tpico 1024Mediciones de amplitud con el Analizador de EspectroDado que uno de los principales usos en el dominio de la frecuencia es determinar pequeas seales en presencia de grandes seales, el problema es tratar de ver cmo podemos observar las grandes y pequeas seales en una pantalla al mismo tiempo.Medicin de seales de pequeaamplitud en un ADEEscala linealSupongamos que se desea medir una componente de distorsin que es del 0,1% de la seal. Si colocamosla fundamental a escala completa en 10 cm de pantalla, el armnico sera slo 0,1 mm de altura.Obviamente, apenas podramos ver una seal,y mucho menos medir con precisin. Sin embargo, muchos analizadores estn disponibles con la capacidad de medir las seales, incluso ms pequeas que estas.Escala logartmicaComo queremos ver todas lascomponentes fcilmente, al mismo tiempo, lanica respuesta es cambiar nuestra escala de amplitud.Una escala logartmica podra comprimir las sealesde gran amplitudy ampliar las pequeas, permitiendo que todas las componentesse muestrenalmismo tiempo.Unidades de medicinAlexander Graham Bell descubri que el odo humano responde logartmicamente a la diferencia de potencia e invent una unidad, el Bel, para ayudar amedir la capacidad de las personas a escuchar. Unadcima de Bel, el decibel (dB) es la unidad mscomn utilizada en el dominio de la frecuencia. Del ejemplo indicado de 0,1%, la distorsin de la componente es de 60 dB por debajo dela fundamental. Si tuviramos una pantalla de 80 dB, la componente de distorsin se ocupan 1/4 de la pantalla, no 1/1000como en una visualizacin lineal.Medidas de Amplitud El deciBel: El decibel es una relacin matemtica del tipo logartmica empleada para expresar la razn o valor relativo de dos magnitudes de igual naturaleza, dos voltajes, corrientes o niveles de potencia. En telecomunicaciones es utilizada para expresar la ganancia o atenuacin de una transmisinRelacin entrada/salida de una seal Relacin de Potencia Relacin de voltaje Relacin de voltajes Problema ASe tiene 220 V de entrada y 200 V de salida cual es la atenuacin en dB? Solucin Ventrada(1)=220V Vsalida(2)=200V Rendimiento=? Atenuacin (dB) =?Solucin La atenuacin ser de 0,82785 dB Problema B Si una seal se duplica(en voltaje) al pasar por una lnea de transmisin cul es su ganancia en decibel? G(dB)= 6,02 dBRelacin de potencias Problema ASi la potencia de entrada es de 120 W y la de salida de 100 W cul es valor de la atenuacin de potencia? Solucin Pentrada(1) = 120 W Psalida(2) = 100 W Atenuacin P(dB)?Solucin La atenuacin es de 0,7918 dBProblema B Si una seal se duplica(en potencia) al pasar por una lnea de transmisin cul es su ganancia en decibel? G(dB)= 3 dBReferencia para medida de voltaje: dBV Dado un voltaje A en volt puede ser expresado con referencia a 1 V Para el caso indicado se habla de unidades en dBVEjemplo 1Expresar en dBV los 200 V de la salida a una antena SolucinV=200 V ->46,02 dBVEjemplo 2Expresar en dBV los 220 V de la entrada de una lnea de TransmisinSolucinV=220 V 220 V => 46,84845 dBVReferencia para medida de Potencia: dBm, dBW Dada una potencia en W, se puede expresar con referencia a 1 mW ser en dBm, a 1 W ser dBWEjemplo 1Expresar en dBW 1000 WSolucinP= 1000 W=> 30 dBWEjemplo 2Expresar en dBm 1000 mWSolucinP= 1000 mW=> 30 dBmComponentes de distorsinMedicin de DistorsinLa reduccin al mnimo de la distorsin de una seal tiene una alta prioridad en el diseo y desarrollo. La distorsin puede ser sealada como una desviacin del rendimiento deseado, independientemente de su origen. Sin embargo, si la distorsin est presente, debe ser caracterizada con exactitud para ser tratada.Anlisis de distorsinLa distorsin se divide en dos reas generales: falsas y predecibles. Las seales falsas no estn relacionadas con las seales portadoras presentes. Por ejemplo, las oscilaciones parasitarias pueden ocurrir en un amplificador con una frecuencia que no guardan relacin con la entrada. La distorsin armnica y de intermodulacin son comunes, siendo "previsibles" los problemas que caen en las frecuencias directamente relacionados con las frecuencias de la seal de entrada. Distorsin ArmnicaLa distorsin armnicaLa distorsin armnica se relaciona directamente con la frecuencia fundamental de una seal y sus mltiplos, llamados armnicos.Se trata de una medida de las amplitudes relativas de las seales armnicas y la fundamental.A menudo, el inters no est en el efecto individual de cada armnico , sino en la "distorsin armnica total o THD. La Distorsin Armnica Total (DAT o THD en ingls) Donde:A1es la amplitud en volt de la componente fundamentalA2es la amplitud en volt del segundo armnicoA3es la amplitud en volt del tercer armnico...Anes la amplitud en volt del ensimo armnicoTHDEl ADE, tal como se utiliza para esta medicin, muestra las seales en forma logartmica (dB). Todos los trminosAn estn en voltaje lineal, como la escala de la pantalla del analizador es logartmica, debe ser convertida para ser usada. Para hacer esto fcilmente y evitar los clculos de voltajes absolutos, todos los trminos se miden en relacin a la fundamental. Esto establece a A1 como unidad de referencia (0 dB). Por ejemplo, si el componente de segundo armnico es de 40 dB por debajo de la fundamental, A2(lineal)= 0,01 . Si esta es la nica distorsin presente, nuestra frmula THD ser de 1,0 % de distorsin armnica totalEjemplo THDSe establece a A1 como unidad de referencia (0 dB). El segundo armnico es de 40 dB por debajo de la fundamental, A2(lineal)= 0,01 . El tercer armnico es de 42 dB por debajo de la fundamental, A3(lineal)= 0,0079.La THD ser de 1,28 %MedicionesQu clase de medidas pueden realizarse con un analizador deespectro? Potencia y tensin RMS. Potencia de ruido. Medidas de relacin seal a ruido. Frecuencia. Distorsin. Medidas relativas a modulaciones en amplitud Medidas relativas a modulaciones de frecuencia y fase. Pureza espectral. Intensidad de campo.Fuente: http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Redes_de_Banda_Ancha/Tarea_1/Daniel_Fernandez_Analizador_de_Espectro_(Presentacion).pptxFuente: http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Redes_de_Banda_Ancha/Tarea_1/Daniel_Fernandez_Analizador_de_Espectro_(Presentacion).pptxMANDOS PRINCIPALES DE UN ANALIZADOR DE ESPECTROMANDOS DE AMPLITUDFactor de escala. Permite presentar en pantalla un margen amplio de seales variando la amplitud que representa cada una de las divisiones de pantalla. Normalmente la escala es logartmica (dBm/div o dB/div) si bien tambin puede ser lineal (mostrando valores eficaces (V/div).Nivel de referencia. Indica el nivel de seal de la lnea superior de pantalla. Para seleccionar este nivel es necesario controlar el atenuador de RF que acta sobre la seal inmediatamente despus de entrar en el analizadorFuente: http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Redes_de_Banda_Ancha/Tarea_1/Daniel_Fernandez_Analizador_de_Espectro_(Presentacion).pptxMANDOS DE FRECUENCIAFrecuencia. Permite seleccionar la frecuencia de un determinado punto de pantalla (normalmente el centro)Dispersin (span). Vara la anchura del espectro de frecuencia a visualizar. Puede especificarse tambin como span/div.MANDOS SECUNDARIOSTiempo de barrido (Sweep Time). Permite seleccionar la velocidad a la que se barre el espectro.Filtro de vdeo (promediado de ruido). Se emplea para suavizar o eliminar los picos de ruido de corta duracin del pedestal de la presentacin. La velocidad de barrido disminuye al emplear un filtro de vdeo.Preselector. Es un filtro cuya funcin es seleccionar una estrecha banda de frecuencias a la que se permite su entrada al analizador.Fuente: http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Redes_de_Banda_Ancha/Tarea_1/Daniel_Fernandez_Analizador_de_Espectro_(Presentacion).pptxMedicionesFuente: http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Redes_de_Banda_Ancha/Tarea_1/Daniel_Fernandez_Analizador_de_Espectro_(Presentacion).pptxFuente: http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Redes_de_Banda_Ancha/Tarea_1/Daniel_Fernandez_Analizador_de_Espectro_(Presentacion).pptxFuente: http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Redes_de_Banda_Ancha/Tarea_1/Daniel_Fernandez_Analizador_de_Espectro_(Presentacion).pptx