analizador espectro apuntes

Laura Gonzalo |Mayo04|

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MEDIDAS CON UN ANALIZADOR DE [email protected]

Medidas con un Analizador de Espectro


Laura Gonzalo |Mayo04 |

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Cómo funciona

Dominio del TiempoDominio de la Frecuencia

Amplitud

Tiempo

Frecuencia

Transformada Fourier

Transformada Inversa Fourier



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Aplicaciones Típicas

Medidas de Ruido de Fase

Medidas de Potencia en Canal y Potencia en Canal

AdyacenteMedida de

Armónicos yEspúreos

Medida de Productos de Intermodulación

Análisis de Espectros con

Modulación



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Parámetros principales

Rango de frecuencia

Rango de amplitud

Resolución en frecuencia

Tiempo de barrido

Ref Lvl

-20 dBm

Ref Lvl

-20 dBm SWT 5 ms

RF Att 10 dB

A

1AP

Unit dBm

Center 100.0658632 MHz Span 20 MHz2 MHz/

RBW 500 kHz

VBW 500 kHz

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-120

-20

1

Marker 1 [T1]

-30.38 dBm

100.01315256 MHz

Date: 5.JUL.2002 11:50:46



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Definiciones y TérminosFrecuencia central.Span.Filtro de resolución (RBW).Filtro de video (VBW).Tiempo de barrido (SWP).Nivel de referencia (Reference Level).Sensibilidad / Ruido de fondo.Atenuación RF.Señales espúreas.Productos de intermodulación.Respuestas residuales.Nivel óptimo de entrada.Nivel máximo de entrada.Span máximo (Full Span).Span cero (Zero Span).Generador de barrido (Tracking Generator)



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Diagrama de bloques

Generador de barrido

Deflexión vertical Y

Deflexión horizontal X

Oscilador Local

Entrada RF

Atenuador Mezclador Filtro IFDetector

envolventeFiltro Video Detector

Pantalla

Amplif. logAmplif.

FI

(1)(2)

(3) (4) (5) (6) (7) (8)

(9)

(10)(11)



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Funcionamiento



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Funcionamiento

El atenuador de entrada (1) adecua el nivel de la señal para que el mezclador trabaje en su punto óptimo.

El mezclador (2) con la ayuda del OL (9) convierte la frecuencia de la señal a frecuencia intermedia (FI) mediante:

donde: m, n = 1, 2, …

fOL = frecuencia del oscilador local

fin = frecuencia de la señal de entrada

fFI = frecuencia intermedia

FIin ffn =± ·f·m OL



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FuncionamientoTomando sólo la frecuencia fundamental del OL tenemos:

FILOinFIinLO ffffff ±==±

fFI fin fOL fimagen

Filtro entradaConversión

Amplitud

Frecuencia

∆f = fFI



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Detector de sobrecarga

Amplificador IF

Display de sobrecarga

Filtro FI

Etapa RF

Procesado señal de

video

Funcionamiento. Procesado señal FI

Definición del ancho de banda del filtro de resolución (Filtro FI)

Amplificación de la señal (relacionado con el atenuador de entrada)



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Funcionamiento. Filtro FISituación ideal: filtros rectangulares ⇒ Alta selectividad ⇒Respuesta transitoria inadecuada para análisis de espectro

Situación real: filtros Gaussianos ⇒ Optimización de respuesta transitoria.

Ancho de banda: Separación en frecuencia entre los dos puntos de la función de transferencia que caen 3dB con respecto al valor quetoma en la frecuencia central.

3 dBValor máximo

Valor a 3 dB

Ancho de banda a 3 dB



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Funcionamiento. Filtro FI



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Funcionamiento. Filtro FIAmplitud

AmplitudFrecuencia

Frecuencia

Imagen del filtro de resolución

Filtro FISeñal

entrada



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Funcionamiento. Filtro FISeparación entre portadoras = RBW -> Caída de 3 dB



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Funcionamiento. Filtro FI

dB

dB

BBSF

3

60360 =

donde

B3dB = Ancho de banda a 3dB

B60dB = Ancho de banda a 60dB



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Funcionamiento. Filtros FIFiltros Analógicos:

Usados para implementar filtros con anchos de banda grandes

No se pueden implementar filtros Gaussianos ideales

Selectividad del orden de 14 a 10

Tiempos de barrido altos

Filtro DigitalesUsados para implementar filtros con anchos de banda estrechos

Se pueden implementar filtros Gaussianos ideales

Se puden alcanzar valores de selectividad de 4.6

No tienen derivas por temperatura y no neceistan ajustes

Tiempos de barrido más cortos que los analógicos para el mismo ancho de banda



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Funcionamiento. Procesado señal de videoAmplificador logarítmico Detector de

envolvente

Conversor Analógico

/DigitalFiltro de

Video

Procesado señal FI

Detección

t

Envolvente

0 0t

Detector Envolvente

1/fFI



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Funcionamiento. Procesado señal de video

vFI

vFI

0 0vVideo

vVideo

t t

f

vVideoCvIF R

Filtro de Video fc = R·C

vFI

0

BFI

fFIf

BVideo

2fFI

0fc fFI

Filtro de Video



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Funcionamiento. Filtro de video



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Funcionamiento. Detectores

Procesado Señal FI Salida de traza

al display

Max Pico

Min Pico

Muestra

RMS

Promedio



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f

f Píxel (n + 1)Píxel n

A

A N = 5Muestras

Muestra en pantalla

Min Pico

Min Pico

Max PicoMuestra

RMSAV

Max Pico

Muestra

RMSAV

Auto Pico

Auto Pico



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Funcionamiento. Detectores. Max PicoMuestra el valor más alto de las muestras asignadas a un píxel.

Incluso si span/RMB >>> número de píxels en el eje de frecuencias, no se pierden señales.

Tiempo de barrido 10s

Tiempo de barrido 2.5ms



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Funcionamiento. Detectores. Min PicoMuestra el valor más bajo de las muestras asignadas a un píxel.

Tiempo de barrido 10s

Tiempo de barrido 2.5ms



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Funcionamiento. Detectores. Muestras

Muestrea la envolvente de FI y selecciona una muestra por píxel.

Si el span >> filtro de resolución (span/RBW >> nº píxels), puede que haya señales que no se detecten.

El tiempo de barrido no tiene influencia no tiene efecto debido a que el número de muestras almacenadas es independiente del tiempo de barrido.



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Funcionamiento. Detectores. RMSMedidas de la potencia independientemente de las características temporales de la señal de entrada.

Calcula la potencia para cada píxel de la traza a partir de las muestras en escala lineal.

donde VRMS = Valor RMS de la tensión, en voltios

N = Número de muestras situadas en el píxel

vi = Muestras de la envolvente, en voltios

Usando la impedancia de referencia: RVP RMS

2

=

∑=

=N

iiRMS v

NV

1

2·1



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Funcionamiento. Detectores. AVCalcula el valor promedio en cada píxel a partir de las muestras en escala lineal.

donde VAV = Tensión promedio, en voltios

N = Número de muestras situadas en el píxel

vi = Muestras de la envolvente, en voltios

Usando la impedancia de referencia: R

VP AV2

=

∑=

=N

iiAV v

NV

1·1



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Traza roja: Detector AV

Traza azul: Detector RMS

Traza verde: Detector Auto Pico con VBW estrecho

2.5dB

1.05dB

1.45dB

Medida de ruido



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Traza azul: Detector AV

Traza verde: Detector RMS

Traza azul: Detector Auto Pico con VBW estrecho

>2.5dB

Medida de señal CDMA



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QPAV

RMSMuestraMax PicoAuto Pico

Sinusoidales, modAM/FM

Mod. Dig.RuidoRadarEMCDETECTORSeñales EstáticasSeñales AleatoriasSeñales Pulsadas

MAX PICO(MIN PICO)

Los valores de la traza se sobreescriben si el valor almacenado es menor (mayor) que el nuevo en cada

barrido

MAX HOLD(MIN HOLD)

SAMPLESe calcula el promedio de un número determinado de trazas y de la nueva traza en cada barrido

AVERAGEAUTO PICOCada traza sobreescribe la anterior en cada barridoCLEAR/WRITE

Detector(AUTOSELECT)

DESCRIPCIÓNTRAZA



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Dependencia de Parámetros



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Dependencia de parámetrosTiempo de barrido, span, RBW y VBW

El tiempo de barrido está limitado por los tiempos de los filtros IF y video

Señal de entrada Respuesta del filtro

ts

ts = Tiempo de establecimiento

td = Tiempo que tiene que estar la señal estable a la entrada del filtro



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Se tiene que cumplir que: donde Tbarrido= Tiempo de barrido mínimo (s)

BIF = Ancho de banda de resolución (Hz)

∆f = Span de frecuencias (Hz)

k = Factor de proporcionalidad

Si VBW > RBW ⇒

Si VBW < RBW ⇒ tiempo de barrido depende de la respuesta del VBW.

Relación lineal entre el tiempo de barrido y el VBW.

2·IF

barrido BfkT ∆

≥

FIs

FIbarridod B

Ktf

BTt =≥∆

=·



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1e-6

10e-6

100e-6

1e-3

10e-3

100e-3

1e+0

10e+0

100e+0

1e+3

10e+3

100e+3

1e+6

10e+6

1e+0 10e+0 100e+0 1e+3 10e+3 100e+3 1e+6

RBW / Hz

SWP

min

/ s

k = 1

k = 2,5

FFT-Filter(práctica)FFT-Filter(teoría)



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*

Span 200 kHzCenter 1 GHz 20 kHz/

SWT 5 ms

UNCAL

2VIEW1AVG 1SA

VBW 3 kHz

RBW 3 kHz

2SA

Unit dBm

A

RF Att 10 dB

Ref Lvl

-20 dBm

Ref Lvl

-20 dBm

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

Date: 26.AUG.1999 16:10:18



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Dependencia de parámetrosAtenuador y Nivel de Referencia

Rango de medida de un analizador típico: -147dBm a +30dBm.

No es posible medir en todo el rango con la misma configuración.

Adaptación de parámetros como el atenuador (aRF) y la ganancia del amplificador de FI (gFI) a la ventana de medida de forma automática.

Para evitar la sobrecarga o el daño de la etapa de entrada, el valor del atenuador aumenta.

RFfmezclador aLL −= Re



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Dependencia de parámetrosAtenuador y Nivel de Referencia

Nivel Mezclador

-40dBm (baja distorsión)

-30dBm (normal)

-20dBm (bajo ruido)

Nivel de Referencia

Atenuación RF

Ganancia FI

Atenuación RF

Ganancia FI

Atenuación RF

Ganancia FI

+30 dBm 70 dB 30 dB 60 dB 20 dB 50 dB 10 dB +20 dBm 60 dB 30 dB 50 dB 20 dB 40 dB 10 dB +10 dBm 50 dB 30 dB 40 dB 20 dB 30 dB 10 dB 0 dBm 40 dB 30 dB 30 dB 20 dB 20 dB 10 dB -10 dBm 30 dB 30 dB 20 dB 20 dB 10 dB 10 dB -20 dBm 20 dB 30 dB 10 dB 20 dB 10 dB 20 dB -30 dBm 10 dB 30 dB 10 dB 40 dB 10 dB 30dB -40 dBm 10 dB 40 dB 10 dB 50 dB 10 dB 40dB -50 dBm 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB -60 dBm 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB -70 dBm 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB -80 dBm 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB -90 dBm 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB -10 dBm 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB 10 dB 50 dB



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Sobrecarga



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SobrecargaPrimer mezclador

A

f

Señal de entrada

fen = 1 GHz

Armónicos de la entrada producidos por el 1er

mezclador

f

A

1er OL

RF IF

fOL = 3.4 a 6.65 GHz

fFI = fOL - fen

A

f = fOL–3fen f = fOL–fen

f = fOL–2fen

fFI = 3476.4 MHz

A

fen 2fen 3fenf

f

f

Espectro en pantalla



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Los armónicos producidos por el primer mezclador aparece incluso si el fundamental de la señal no está en el span seleccionado en pantalla



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f

f

A

A

Ancho de banda del filtro de tracking (preselector)

Señal de entrada

ffinalfinicial

Rango mostrado en pantalla (span)

Señal de entrada en el 1er mezclador

Supresión suficiente

Poca supresión




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SobrecargaProcesado de FI RF

1er OL

1er Amplf. FI 1er Filtro FI

Señal FIa b c

A

f

Señal a mostrar en pantalla

Señal alta fuera del rango de interés

a)

Barrido

Barrido

1er filtro FIA

fb)

Señales convertidas a la 1ª FI

Barrido

Señal FI después del

filtro FI

A

fc)



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SobrecargaProcesado de FI 1ª FI

2º OL

1er Amplf. FI 1er Filtro FI

Señal FIa b c

f1ª FI = 3476.4 MHzfo = 3476.4 MHz

B = 200MHz

A

f

Señal de entrada convertida a la 1ª FI

a)f1º FI

A

fb)

Armónicos de la señal de FI provocados por

no linealidades

f1º FI 2f1º FI

1er filtro FIA

fc) f1º FI 2f1º FI

Armónicos eliminados por el 1er filtro fI



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SobrecargaAmplificador logarítmico

Filtros de FI analógicos



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Filtros de FI analógicos



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Filtros digitales



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Filtros digitales



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Características



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CaracterísticasRuido

Hoja de características



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CaracterísticasNo linealidades

Señal de entrada: señal sinusoidal

( ) )·2(· tfsenoUtv entent π=

f

A

fent Señal entrada

f

A

fent 2fent 3fent

Señal salida

Amplificador no lineal

∆ dB n·∆ dB



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Señal de entrada: señal sinusoidal. Intercepción del segundo armónico. (Second Harmonic Intercept, SHI)

Nivel Salida

Nivel Entrada

Nivel SalidaNivel Salida 2º armónico

1dB / dB 2dB / dB

SHI

SHIent

SHIsal



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Señal de entrada: Dos tonos

( ) )·2(·)·2(· 2211 tfsenoUtfsenoUtvent ππ +=

f

A

DC

f2 – f1 f2 + f1

2 f1 2 f2f1 f2

2f1 – f2 2f2 – f1

3f1 3f2

2f1 + f2 2f2 + f1

9.54dB

6dB

aIM2ak2

aIM3

Señal de entrada Productos de 2º orden Productos de 3er orden



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Señal de entrada: Dos tonos. Puntos de intercepción

1dB/dB

3dB/dB

2dB/dB

LsalLIM3 LIM2g

IP3

IP2

IP3ent

IP3sal

IP2ent

IP2sal

Lent / dBm

Lsal / dBm

IP2 → Punto de intercepción de 2º orden (SOI)

IP3 → Punto de intercepción de 3er orden (TOI)



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dBIPSHI 62+=

Datos válidos para un valor determinado del atenuador, normalmente 0dB.



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Identificación de los productos de intermodulación

Traza roja: At. 0dBTraza azul: At. 10dB

Medida incorrecta

Medida correcta



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A

ffo

Ruido de fase (dBc/Hz)

Offset

CaracterísticasRuido de fase

Medida de la estabilidad de los osciladores.

Normalmente se especifica como ruido de fase de banda lateral única referido al nivel de la portadora y en función del offset.

Se especifica como nivel de ruido relativo en un ancho de banda de 1Hz.

Las unidades son dBc/Hz, donde c se refiere a la portadora.



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CaracterísticasRuido de fase



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CaracterísticasPunto de compresión a 1dB

Lent (dBm)

Lsal (dBm)

Lsal 1dB

Lent 1dB

Red real

Red ideal

1dB



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CaracterísticasPunto de compresión a 1dB



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CaracterísticasRango dinámico

Proporciona información sobre la capacidad del analizador de procesar simultáneamente dos señales con niveles muy diferentes.

Ruido de fondo con un determinado filtro de resolución

Máximo nivel de entrada Compresión 1dB del

primer mezclador

Nivel óptimo en el mezclador

Rango del display

Máximo rango dinámico

Rango máximo libre de intermodulación / Máxima supresión de armónicos



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CaracterísticasPrecisión de nivel

Medida absoluta de nivel:Error absoluto

Respuesta en frecuencia

Error de atenuador

Error de ganacia de FI

Error de linealidad

Error de conmutación de ancho de banda

Medida relativa de nivel:Respuesta en frecuencia

Error de atenuador

Error de ganancia de FI

Error de linealidad

Error de conmutación de ancho de banda



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analizador espectro apuntes

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