Entender el funcionamiento básico del analizador de espectro

Nivel de referencia

El nivel de referencia es el margen superior de la visualización, y representa la potencia máxima esperada en la entrada del analizador de espectro. En la mayoría de los casos, el nivel de referencia está ajustado de modo que el nivel máximo de la señal se sitúa ligeramente por debajo de este nivel.

Debe evitarse ajustar el nivel demasiado bajo o demasiado alto. Si se ajusta un nivel de referencia demasiado alto, se reduce el rango dinámico y la posibilidad de ver cambios pequeños de amplitud. Si el nivel de referencia ajustado es demasiado bajo, la traza rebasa la parte superior de la pantalla. Un ajuste de nivel de referencia demasiado bajo puede repercutir también en los resultados de medida.

Detrás de la entrada de RF, algunas de las primeras secciones del analizador de espectro incluyen componentes activos como mezcladores y amplificadores. Si el nivel de entrada es demasiado alto, estos dispositivos pueden entrar en compresión, generando distorsión y afectando negativamente los resultados de medida, a veces de forma muy acusada. Para evitar esto se monta un atenuador de entrada variable entre la entrada de RF y estos componentes sensibles. Cuando se ha ajustado el nivel de referencia, el analizador de espectro utiliza este valor para ajustar la atenuación de entrada y/o la ganancia del amplificador de FI con el fin de impedir una sobrecarga del instrumento.

Ancho de banda de resolución

Para medidas básicas del espectro, el ancho de banda de resolución es, con diferencia, el ajuste más importante. La mayoría de los analizadores de espectro usan analizadores heterodinos para medir el espectro mediante el barrido de un span. La traza que muestra la potencia en relación a la frecuencia se delinea de izquierda a derecha, por norma general repetidamente.

Una forma de comprender el ancho de banda de resolución es imaginando como si fuera una ventana que se mueve a través del span, midiendo el nivel sobre la marcha. Sin embargo, el filtro o la ventana de ancho de banda de resolución no es cuadrado, sino que tiene una forma gaussiana o similar. La ventana tampoco se mueve, sino que el espectro va pasando bajo la ventana. El resultado es el mismo, y muchos ingenieros de RF tienen en mente el ancho de banda de resolución como una ventana en movimiento o un filtro que cruza un intervalo (el span).

El ancho de banda de resolución repercute en la capacidad de separar o disolver señales con muy poco espaciamento entre sí. Dos señales muy juntas solo se pueden separar si el ancho de banda de resolución es menor que la distancia entre dichas señales. Si se utiliza un ancho de banda de resolución mayor, el filtro cubre en el barrido las dos señales y se muestran como una única señal en la traza.

Nivel de ruido medio

Otro aspecto del ancho de banda de resolución es su repercusión en el ruido. Concretamente, el efecto del ancho de banda de resolución en el ruido de fondo, que se denomina también nivel de ruido o DANL (por sus siglas en inglés). El ruido de fondo aumenta o disminuye dependiendo del ancho de banda de resolución seleccionado.

¿Qué ocurre con el ruido de fondo cuando se reduce el ancho de banda de resolución? Pongamos como ejemplo una señal de onda continua simple y un span bastante amplio de 2 GHz.

• Con un ancho de banda de resolución de 3 MHz, el valor medio del ruido de fondo es de aproximadamente -73 dBm
• Si se reduce el ancho de banda de resolución a 300 kHz, el ruido de fondo cae a – 84 dBm
• Con un ancho de banda de resolución de 30 kHz, el ruido de fondo vuelve a caer a -93 dBm
• Con un ancho de banda de resolución igual a 3 kHz, el ruido de fondo tiene un valor medio de -104 dBm.

Reduciendo el ancho de banda de resolución en un factor de 10 el ruido de fondo desciende en unos 10 dB. Por lógica, para ver señal cercanas al ruido de fondo debería utilizarse un ancho de banda de resolución menor.

Ancho de banda de resolución y tiempo de barrido

Si al reducir el ancho de banda de resolución se logra una mejor separación de las señales y menos ruido, entonces ¿por qué no utilizar siempre el ancho de banda de resolución más bajo posible? El ancho de banda de resolución es esencialmente un filtro, y los filtros estrechos tardan más en estabilizarse o en obtener un resultado estable en comparación con los filtros más anchos. Esto significa que el barrido se ralentiza cuando se utilizan ancho de banda de resolución menorespara obtener resultados precisos. Un barrido demasiado rápido da como resultado errores de amplitud y de frecuencia.

El factor principal para determinar el tiempo de barrido de un analizador de espectro es el ancho de banda de resolución. ¿Cuál es el tiempo de barrido correcto? La mayoría de los analizadores calculan automáticamente el tiempo de barrido en función del ancho de banda de resolución y el span. Este ajuste se puede sustituir, pero reducir el tiempo de barrido calculado de forma automática no suele ser recomendable.

El ancho de banda de resolución óptimo depende casi por completo por la señal que se va a medir, y a menudo se requieren varios intentos para determinarlo. Se trata de encontrar un compromiso entre velocidad y selectividad/ruido. En la mayoría de los analizadores de espectro no se puede seleccionar un valor cualquiera para el ancho de banda de resolución, pero sí puede ajustarse en determinados pasos, p. ej. 1 kHz, 3 kHz, 10 kHz, 30 kHz.

Ancho de banda de vídeo

El último parámetro básico es el ancho de banda de vídeo. Para entender en qué consiste el ancho de banda de vídeo es necesario explicar el término señal de vídeo. Las trazas son básicamente una envolvente de la potencia en frecuencias individuales, y esta envolvente se denomina señal de vídeo. El nombre de vídeo se debe a que, antiguamente, esta señal se aplicaba a la deflexión vertical de un tubo de rayos catódicos para representar una traza de vídeo en la pantalla. En los analizadores de espectro modernos, el ancho de banda de vídeo es un filtro utilizado para promediar o alisar la traza visualizada.

Al contrario que el ancho de banda de resolución, el ancho de banda de vídeo solamente influye en la visualización de la señal, no en cómo se mide o registra.

Si se reduce el ancho de banda de vídeo a 200 kHz se puede apreciar una cantidad de ruido considerable en la señal. Este ruido disminuye si se reduce el ancho de banda de vídeo a 20 kHz, y disminuye todavía más si el ancho de banda de vídeo se reduce a solo 2 kHz. La reducción del ancho de banda de vídeo solamente disminuye el ruido en la traza, no reduce el ruido de fondo como ocurre con el ancho de banda de resolución. Tampoco mejora la capacidad de disolver o de separar señales muy cercanas.

Cómo elegir el ancho de banda de vídeo

El ancho de banda de vídeo solamente cambia el aspecto de la traza, de modo que, hasta cierto punto, el ajuste correcto de ancho de banda de vídeo depende de la aplicación. La mayoría de los analizadores de espectro modernos configuran y actualizan automáticamente el ancho de banda de vídeo en función de otros parámetros, como el ancho de banda de resolución. En muchos casos, un ancho de banda de vídeo menor o más estrecho puede ser aparentemente deseable, ya que reduce el ruido en la forma de onda. Pero al igual que en el ancho de banda de resolución, el ancho de banda de vídeo repercute en el tiempo de barrido: cuanto menor o más estrecho es el ancho de banda de vídeo, más dura el tiempo de barrido.