Entendiendo el funcionamiento básico del analizador de espectro

Nivel de referencia

El nivel de referencia es el borde 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 se ajusta para que nivel más alto de la señal esté ligeramente más abajo de este nivel.

Debe evitarse configurar el nivel demasiado bajo o demasiado alto. Configurar el nivel de referencia demasiado alto disminuye el rango dinámico y la capacidad de visualizar pequeños cambios en su totalidad. En caso de que el nivel de referencia se configure demasiado bajo, la traza sobrepasa la parte superior de la pantalla. Configurar el nivel de referencia demasiado bajo puede afectar los resultados de medición.

Detrás de la entrada de RF, algunas de las primeras secciones del analizador de espectro incluyen componentes activos, como mezcladores y amplificadores. En caso de que el nivel de entrada sea muy alto, estos dispositivos pueden entrar en compresión, lo que crea distorsión y afecta de manera negativa los resultados de medición, a veces de manera muy grave. A fin de prevenir que esto suceda, se coloca un atenuador de entrada variable entre la entrada de RF y estos componentes sensibles. Al configurar 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 para así evitar sobrecargar el instrumento.

Ancho de banda de resolución

Para mediciones básicas de espectro, el ancho de banda de resolución es, de lejos, la configuración más importante. La mayoría de analizadores de espectro utilizan analizadores basados en heterodinios para medir el espectro al barrer a través de un span. La traza que muestra la potencia en función de la frecuencia se dibuja de izquierda a derecha, normalmente de manera repetida.

Una manera de ayudar a entender el ancho de banda de resolución, es pensar en él como una ventana que se mueve por todo el span y, que a medida que avanza, va midiendo el nivel. De cualquier modo, el filtro o ventana del ancho de banda de resolución no es un cuadrado sino que tiene una forma gaussiana o similar. La ventana tampoco se mueve, en lugar de eso el espectro se desliza por la ventana. El resultado es el mismo, y muchos ingenieros de RF creen que el ancho de banda de resolución es una ventana móvil o filtro que cruza un span.

El ancho de banda de resolución afecta la capacidad de separar o resolver señales muy poco espaciadas. Dos señales poco espaciadas solo pueden separarse, si el ancho de banda de resolución es mucho menor que la distancia entre estas dos señales. Si se utiliza un ancho de banda de resolución más amplio, el filtro a medida que barre cubre ambas señales, y aparecen como una sola señal en la traza.

Nivel de ruido medio

Otro aspecto del ancho de banda de resolución es el efecto que tiene en el ruido. Más específicamente, el ancho de banda de resolución afecta el ruido de fondo, también conocido como nivel de ruido medio mostrado o DANL. El ruido de fondo aumenta o disminuye en función del ancho de banda de resolución que se haya escogido.

¿Qué le sucede al ruido de fondo cuando se reduce el ancho de banda de resolución? Como ejemplo, se utiliza 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
• Al estrechar el ancho de banda de resolución a 300 kHz, el ruido de fondo cae a – 84 dBm
• A un ancho de banda de resolución de 30 kHz, el ruido de fondo cae de nuevo a -93 dBm
• A un ancho de banda de resolución igual a 3 kHz, el ruido tiene un valor medio de -104 dBm.

La reducción del ancho de banda de resolución en un factor de 10 hace que el ruido de fondo se reduzca en aproximadamente 10 dB. Como cuestión práctica, para observar las señales cerca del ruido de fondo, debe utilizarse un ancho de banda de resolución más estrecho.

Ancho de banda de resolución y tiempo de barrido

Reducir el ancho de banda de resolución proporciona, tanto una mejor separación de la señal, como un menor 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, en comparación con los filtros más amplios, los filtros estrechos demoran más en establecerse, u obtener un resultado estable. Esto significa que la velocidad del barrido disminuye cuando se utilizan anchos de banda de resolución más pequeñospara obtener mejores resultados. Barrer demasiado rápido conduce a errores de amplitud y frecuencia.

El principal factor que determina el tiempo de barrido de un analizador de espectro es el ancho de banda de resolución. ¿Cuál es el tiempo de barrido adecuado? La mayoría de analizadores calculan automáticamente el tiempo de barrido en función del ancho de banda de resolución y el span. Esta configuración puede anularse, pero no es buena idea disminuir el tiempo de barrido calculado de manera automática.

El ancho de banda de resolución óptimo es casi totalmente una función de la señal que se está midiendo, y a menudo debe determinarse experimentando. Existe un equilibrio entre velocidad y selectividad/ruido. En la mayoría de analizadores de espectro, no puede elegirse ningún valor arbitrario para el ancho de banda de resolución, pero puede seleccionarse en ciertos pasos, por ejemplo, 1 kHz, 3 kHz, 10 kHz, 30 kHz.

Ancho de banda de video

El último parámetro básico es ancho de banda de video. Para entender el ancho de banda de video, debe explicarse el término señal de video. Las trazas son esencialmente un envolvente de potencia en frecuencias individuales, y este envolvente se llama señal de video. Se llama video debido a que, en otros tiempos, esta señal se aplicaba a la desviación vertical de un tubo de rayos catódicos para dibujar una traza de video en la pantalla. En los analizadores de espectro modernos, ancho de banda de video es un filtro que se utiliza para promediar o suavizar la traza mostrada.

A diferencia del ancho de banda de resolución, el ancho de banda de video solo afecta a cómo se muestra la señal, no a cómo se mide o adquiere.

Al reducir el ancho de banda de video a un ancho de banda de video de 200 kHz puede observarse una cantidad adecuada en la señal. Este ruido se reduce cuando el ancho de banda de video disminuye a 20 kHz, y desciende aún más cuando el ancho de banda de video disminuye a solo 2 kHz. Disminuir el ancho de banda de video solo reduce el ruido en la traza, no reduce el ruido de fondo como lo hace el ancho de banda de resolución. Tampoco mejora la capacidad de resolver o separar señales muy cercanas.

Eligiendo el ancho de banda de video

El ancho de banda de video solo cambia el aspecto de la traza, por lo que hasta cierto punto, la configuración correcta del ancho de banda de video depende de la aplicación. La mayoría de analizadores de espectro modernos configurarán y actualizarán de manera automática el ancho de banda de video en función de otros parámetros, como el ancho de banda de resolución. En muchos casos es recomendable un ancho de banda de video menor o más estrecho ya que reduce el ruido en la traza. Pero al igual que el ancho de banda de resolución, el ancho de banda de video afecta el tiempo de barrido, cuanto menor o más estrecho sea el ancho de banda de video, más largo será el tiempo de barrido.