instrumentacion

1. Analizador de Espectro
María Laura Rodríguez García, Daniel Víctor A. Álvarez Sequera
Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada
Coordinación de Ingeniería de Telecomunicaciones
Maracay, Venezuela
Laura06rodriguez@gmail.com
Dvaas95@gmail.com
Abstrac-
I. Introducción
II. Analizador de Espectro
Un analizador de espectro es un equipo de medición
electrónica que permite visualizar en una pantalla
las componentes espectrales en un espectro de
frecuencias de las señales presentes en la entrada,
pudiendo ser ésta cualquier tipo de ondas eléctricas,
acústicas u ópticas.
En el eje de ordenadas suele presentarse en una
escala logarítmica el nivel en dBm del contenido
espectral de la señal. En el eje de abscisas se representa
la frecuencia, en una escala que es función de la
separación temporal y el número de muestras
capturadas. Se denomina frecuencia central del
analizador a la que corresponde con la frecuencia en el
punto medio de la pantalla.
A menudo se mide con ellos el espectro de la
potencia eléctrica. En la actualidad está siendo
reemplazado por el analizador vectorial de señales.
Fig. 1. Analizador de espectro Rohde & Schwarz FSL
III. Tipos
Hay analizadores analógicos y digitales de espectro:
A. Un analizador analógico, de espectro es un
equipo electrónico que muestra la composición
del espectro de ondas eléctricas, acústicas, ópticas, de
radiofrecuencia, etc. Contrario a un osciloscopio un
Analizador de Espectros muestra las ondas en el
dominio de frecuencia en vez del dominio de tiempo.
Puede ser considerado un voltímetro de frecuencia
selectiva, que responde a picos calibrados en
valores RMS de la onda. Los analizadores analógicos
utilizan un filtro pasa banda de frecuencia variable cuya
frecuencia central se afina automáticamente dentro de
una gama de fija. También se puede emplear un banco
de filtros o un receptor superheterodino donde
el oscilador local barre una gama de frecuencias.
Algunos otros analizadores como los Tektronix (de la
serie RSA) utilizan un híbrido entre análogo y digital al
que llaman analizador de Espectros "en tiempo real". La
señales son convertidas a una frecuencia más baja para
ser trabajadas con técnicas FFT o transformada rápida de
Fourier desarrollada por Jean Baptiste Joseph Fourier,
1768-1830.
Fig. 2 Analizador de Espectro Tektronix series RSA3000 de Tiempo Real
B. Un analizador digital de espectro utiliza la
(FFT), un proceso matemático que transforma una señal
en sus componentes espectrales. Algunas medidas
requieren que se preserve la información completa de
señal - frecuencia y fase, este tipo de análisis se llama
vectorial.
Ambos grupos de analizadores pueden traer un
generador interno incorporado y así poder ser usados
como un simple analizador de redes.

2. C. El analizador vectorial de señales es un
instrumento de medición de señales electrónicas
usualmente de RF (radio frecuencia), que reemplaza el
analizador de espectro como un instrumento de
medicion para diseñadores. Ideal para las medidas de
señales rápidas de ancha banda o espectro extendido.
El analizador vectorial es un instrumento poderoso que
puede realizar muchas de las tareas de medida y
caracterización que realiza el analizador de espectro,
pero además puede realizar muchas más funciones
digitales útiles de demolulación. El analizador de
espectro y vectorial operan de manera diferente. Usando
un instrumento vectorial con un ancho de banda real
igual o más ancho que el ancho de banda del transmisor
nos asegura una captura de todas las señales de interés
del dispositivo bajo análisis.
El instrumento vectorial provee una medición más
rápida que un escalar. Con la arquitectura vectorial se
pueden generar señales más complejas como ondas
moduladas usando en la mayoría de los sistemas de
comunicación. Instrumentos vectoriales capturan fase,
amplitud y frecuencia a comparación con
los instrumentos tradicionales típicamente no pueden. Se
puede usar esta capacidad para capturar y mostrar
simultáneamente información de frecuencia y tiempo
necesario para el análisis de frecuencia-tiempo y mostrar
espectrogramas en tercera dimensión.
La información de los instrumentos vectoriales, fase
y frecuencia se puede usar para el análisis en
modulación I/Q para mostrar una vista más detallada de
la señal bajo análisis. Estos beneficios hacen el
instrumento vectorial más poderoso y flexible que los
instrumentos tradicionales de análisis de estrecha banda
de espectro.
Fig. 3 Analizador Vectorial AEA Technologies ModeloAEA 6025-5100 Via
Echo 1000, con rango de frecuencia de 4MHz a 1GHz de puerto dual S11 y
S21
IV. Descripción y Funcionamiento
Existen gran variedad de analizadores de espectros
en el mercado, de mayor o menor complejidad, pero
todos ellos disponen de unas determinadas funciones y
controles básicos que se describen a continuación.
A. Frecuencia. (FRECUENCY). Permite fijar la ventana
de frecuencias a visualizar en la pantalla. Se puede
definir la frecuencia inicial y final (START-STOP) o
bien la frecuencia central junto con el SPAN o ancho de
la ventana.
B. Amplitud. (AMPLITUDE). Controla la representación
en amplitud de la señal de entrada. Permite fijar el valor
de la referencia, el número de dBm por cada división en
la pantalla así como el valor de atenuación en la entrada.
C. Vista/Traza (VIEW/TRACE). Gestiona parámetros de
representación de la medida, entre los que destacan el
almacenamiento de los valores máximos en cada
frecuencia y el almacenamiento de una determinada
medida para poder ser comparada posteriormente.
D. Filtro de resolución/Promedio (BW/AVG). El
analizador de espectros captura la medida al desplazar
un filtro de ancho de banda pequeño a lo largo de la
ventana de frecuencias. Cuanto menor es el ancho de
banda de este filtro mejor es la resolución de la medida y
más tiempo tarda en realizarse. Este menú permite
controlar los parámetros de este filtro y el del cálculo de
promedios o averaging.
E.Marcador/búsqueda de pico (Maker/Peak
search). Controla la posición y función de los markers.
Un marker o marcador indica el valor de potencia de la
gráfica a una determinada frecuencia. La búsqueda de
pico posiciona un marker de forma automática en el
valor con mayor potencia dentro de nuestra ventana de
representación.
V. Utilización y Medidas
Antes de configurar el analizador de espectros
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.

3. Fig. 4 Medición con el analizador de espectro
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 al redor 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.
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 perfectamente representada en pantalla. Jugando
con estos valores se podrán distinguir con mayor
precisión ciertas características de la señal como rizado,
modulaciones, etc.
Por último, y para obtener valores precisos en la
medida de la señal, se podrán utilizar los markers del
analizador. Estos markers pueden ser utilizados de forma
absoluta (entregan la medida directa de la gráfica) o
relativa (devuelven la diferencia entre dos puntos de la
gráfica). La utilización de unos u otros dependerá como
siempre de la medida a realizar.
Todos los analizadores de espectros tienen una
potencia máxima de entrada que no se deberá
sobrepasar, por norma general, +30dBm. No obstante se
debe siempre comprobar las recomendaciones del
fabricante.
VI. Medidor de Campo vs Analizador de
Espectros
El medidor de campo electromagnético permite
obtener el nivel de la señal en el terminal de entrada a la
frecuencia especificada suponiendo que la señal es
conocida. El nivel presentado puede ser la potencia o,
normalmente, el valor de pico de la portadora de la señal
en función del tipo de señal a medir.
El medidor de campo es un equipo multifuncional
que se utiliza ampliamente en labores de instalación,
certificación y mantenimiento de sistemas de televisión
terrestre, cable y satélite.
El analizador de espectro sin embargo permite
presentar simultáneamente la potencia de las señales
presentes en el terminal de entrada en un margen de
frecuencias. Desde una frecuencia mínima hasta una
máxima se representan un conjunto de frecuencias
intermedias equiespaciadas. Para cada una de esas
frecuencias intermedias se representan la potencia que
entra por un filtro de ancho variable entorno a esa
frecuencia. Cuanto menor sea el ancho de este filtro
mayor resolución se tendrá y se podrán observar las
potencias de las señales que estén muy próximas o de las
componentes de una señal que tenga múltiples
componentes frecuenciales. Cuanto mayor sea el ancho
más componentes de una misma señal se sumaran al
entrar juntas por el mismo filtro, con lo que la medida de
la potencia de la señal será más precisa.
VII. Parámetros delanalizador de espectro
 FFT Size: Este parámetro controla la precisión
del analizador. Cuanto mayor sea el número de la FFT
más preciso se hace el análisis y sobre todo en bajas
frecuencias, que son las más cruciales. Por lo general un
tamaño de 8192 muestras son suficientes para manejar y
analizar música. Al aumentar el tamaño de la FFT es
mayor el procesamiento que requiere el análisis. En
otros programas que contienen analizadores de espectro
como el Izotope Ozone hay que ir a opciones, espectro y
seleccionar en el window size los 8192, para el análisis
musical. Lo mismo sucede si estamos por ejemplo en el
Insight de Ozone. Para acceder a las preferencias hay
que ir a opciones y a spectrogram y luego seleccionar el
FFT Size de 8192 muestras.

4. Fig. 5 Vista de la opción FFT Size en un analizador de espectro.
Fig. 6 Vista del analizador de espectro incluido en el
ecualizador de Ozone de Izotope. Se resalta en rojo la opcón
para elegir el tamaño del FFT.
 Peak y Peak Hold: Esta función nos permite
analizar los sonidos con alto contenido en
transitorios/transientes, como por ejemplo una batería
acústica o percusiones. En ese caso hay que llevar el
analizador hacia el modo peak de visualización. En este
modo se nos presenta una visión mucho más rápida del
espectro y podemos observar que sucede con este tipo de
señales en especial en las bajas frecuencias. Con la
función peak hold nos mantiene el valor máximo que
alcanzaron las señales.
 Average: Esta es la función que debemos
activar cuando queremos analizar material con contenido
rms principalmente. Por ejemplo voces, guitarras,
pianos, bajos y todo instrumento con envolventes largas.
Lo que nos muestra el gráfico es lo que sucede en un
cierto periodo de tiempo, el promedio de la señal. Por lo
general al activar este tipo de medición tiene un tiempo
de integración la señal y luego se nos presenta la
visualización.
 Vista Logarítmica y linear: Este tipo de
análisis nos va a servir para analizar las bajas
frecuencias ya que se asemeja el gráfico a la respuesta
del oído o a como escuchamos. Si por el contrario
queremos ver que es lo que pasa en altas frecuencias
tenemos que pasarnos a la vista en modo linear, que nos
proporciona una mayor definición del gráfico en altas
frecuencias, ya que dota de mayor espacio para su
visualización por que divide la frecuencia linealmente.
Fig. 7 Ejemplo del analizador de espectro en modo lineal. Se
puede observar que la parte de la frecuencia, que se
encuentra abajo se divide equitativamente.
 Weighting: Algunos analizadores nos permiten usar
las curvas de contornos A, B o C para visualizar la
medición del espectro. Cuando activemos alguna de
estas curvas vamos a poder ver que es lo que sucede
a bajo nivel, Curva A, a nivel medio B y a niveles
altos de presión sonora C.Para mediciones normales
es buena idea que no existe ninguna curva de
contorno y esté el analizador en su respuesta plana.
Fig. 8 Vista del analizador de espectro con sus diversos
parámetros.
VIII.
IX. Conclusión
Reconocimientos
Referencias Bibliográficas
[1] http://www.electronicam.es/analizador_espectros.html
[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Analizador_de_espectro
[3] http://es.slideshare.net/ffernandez71/analizador-de-espectros-3880079
[4]http://www.finaltest.com.mx/Analizadores-de-espectro-
s/22.htm?searching=Y&sort=5&cat=22&show=100&page=2

5. [5] http://blog.7notasestudio.com/analizadores-de-espectro-explicados/