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¿Qué es el analizador de señales?
Un analizador de espectro hace lo que sugiere su nombre: detecta las señales presentes en un rango seleccionado de espectro. La función básica es representar las señales en una visualización gráfica como amplitud (o nivel de potencia) en el eje y, frente a la frecuencia en el eje x; las amplitudes de las señales detectadas se representan en el dominio de la frecuencia.
Exactitud
Los analizadores de señal ofrecen alta precisión y exactitud en las mediciones, asegurando que los resultados obtenidos sean confiables y consistentes.
Velocidad
Los analizadores de señales son capaces de analizar muestras rápidamente, lo que permite un procesamiento rápido y eficiente de grandes cantidades de muestras.
Automatización
Los analizadores de señales tienen funciones automatizadas que reducen la necesidad de entrada manual, ahorrando tiempo y reduciendo errores.
Escalabilidad
Los analizadores de señales se pueden ampliar fácilmente para manejar volúmenes de muestra cada vez mayores sin sacrificar la precisión o la calidad.
Versatilidad
Los analizadores de señales pueden analizar una amplia gama de muestras, lo que los hace adecuados para su uso en diversas industrias, incluidas la atención médica, alimentos y bebidas, monitoreo ambiental y más.
Estandarización
Los analizadores de señales proporcionan procedimientos estandarizados para el análisis de muestras, lo que reduce la posibilidad de variabilidad entre diferentes pruebas y garantiza resultados consistentes.
Monitoreo continuo
Algunos analizadores de señales pueden realizar un monitoreo continuo y proporcionar datos en tiempo real sobre los cambios en las propiedades de la muestra a lo largo del tiempo.
Reducción de peligros
Los analizadores de señales reducen el riesgo de exposición a materiales y productos químicos peligrosos, lo que los hace más seguros de usar que los métodos analíticos tradicionales.
Función del analizador de señales
La función básica del analizador de señales es representar las señales en una visualización gráfica como amplitud (o nivel de potencia) en el eje y, frente a la frecuencia en el eje x; las amplitudes de las señales detectadas se representan en el dominio de la frecuencia. Un analizador de espectro de RF cubre frecuencias de radio y microondas. El rango de frecuencia máximo con preselección disponible actualmente es de 2 hercios a 85 GHz; frecuencias más altas son posibles con mezcladores externos. Por lo general, se utiliza una escala lineal para la frecuencia en el eje x, y una escala logarítmica o de decibeles (también logarítmica), para la amplitud en el eje y, de modo que se puedan ver al mismo tiempo señales de amplitud muy variable. Los analizadores de espectro se utilizan ampliamente en pruebas de RF para mostrar no sólo las propiedades de las señales deseadas, como si una señal ocupa el ancho de banda designado, sino también para buscar señales no deseadas.
Para las pruebas de RF, ya casi no existe un analizador de espectro puro para detectar el nivel de señales deseadas y no deseadas mostrando los componentes espectrales en un rango de frecuencia. La naturaleza de muchas señales pulsadas modernas, más la necesidad de detectar e investigar señales transitorias, significa que el analizador de espectro clásico que utiliza el mismo principio superheterodino que los receptores de radio no puede detectar de manera confiable todas las señales presentes intermitentemente como transitorias, ni medir la fase de una señal. . Como el rango de frecuencia de interés (el intervalo de frecuencia) excede la capacidad del analizador de espectro para procesar datos simultáneamente, el intervalo de frecuencia se escanea (barre) de bajo a alto. Si no hay una señal transitoria presente mientras se barre la frecuencia, no se detecta.
El procesamiento digital que utiliza la Transformación Rápida de Fourier (FTT) desde el dominio del tiempo al dominio de la frecuencia ha ampliado enormemente las capacidades de detección y análisis de señales del analizador de espectro superheterodino. FFT proporciona una captura y un análisis mucho más rápidos del rango de frecuencia: el uso de FFT en paralelo da como resultado un ancho de banda instantáneo más amplio de modo que, con filtros adecuados, también se detectan señales pulsadas y transitorias. Muchos analizadores de espectro también ofrecerán el modo de intervalo cero para analizar la fase y la amplitud de una señal y demodular la señal en la frecuencia seleccionada. Además de la simple representación de las señales detectadas en una pantalla, son posibles mediciones de ruido, ganancia, fase, ancho de banda de señal ocupada y potencia del canal adyacente. La señal digital se puede exportar para su posprocesamiento mediante herramientas de software que proporcionan un análisis adicional.
Al recorrer el espectro de frecuencias, un analizador de señales proporciona un análisis detallado de la potencia de una señal en cada nivel de frecuencia. Esta información identifica qué frecuencias son responsables de la intensidad general de la señal y soluciona cualquier problema que provoque una caída en la intensidad de la señal. Además, los analizadores de señales monitorean el estado de un sistema al rastrear los cambios en la intensidad de varias señales a lo largo del tiempo.
Un analizador de señales es una poderosa herramienta utilizada en:
● Telecomunicaciones para medir el desempeño de redes celulares y depurar comunicaciones inalámbricas.
● La industria de defensa para probar sistemas de radar y detectar emisores hostiles.
● Comunicaciones por satélite para evaluar la calidad del enlace y monitorear interferencias.
● Radiodifusión para garantizar el cumplimiento de la normativa y optimizar el rendimiento de los transmisores.
● La industria aeroespacial para probar la aviónica de los aviones y los sistemas de radar terrestres.
● Investigación médica para estudiar las ondas cerebrales e investigar los efectos de la radiación electromagnética.
Analizadores de espectro sintonizados por barrido
Los analizadores de espectro sintonizados por barrido descienden de receptores de radio. Por lo tanto, no debería sorprender que los analizadores sintonizados por barrido sean analizadores de filtro sintonizado (análogos a una radio TRF) o analizadores superheterodinos. De hecho, en su forma más simple, se podría pensar en un analizador de espectro sintonizado por barrido como nada más que un voltímetro selectivo en frecuencia con un rango de frecuencia que se sintoniza (barre) automáticamente. Es esencialmente un voltímetro de respuesta de pico, selectivo en frecuencia, calibrado para mostrar el valor rms de una onda sinusoidal. El analizador de espectro puede mostrar los componentes de frecuencia individuales que forman una señal compleja. Sin embargo, no proporciona información de fase, sólo información de magnitud. La técnica del receptor superheterodino sintonizado por barrido utilizada en los analizadores de espectro Keysight puede realizar una amplia variedad de mediciones en el dominio de la frecuencia en un amplio rango dinámico y un amplio rango de frecuencia (30 Hz a 325 GHz).
Los analizadores modernos sintonizados por barrido (analizadores superheterodinos, en particular) son dispositivos de precisión que pueden realizar una amplia variedad de mediciones. Sin embargo, se utilizan principalmente para medir señales de estado estable o repetitivas porque no pueden evaluar todas las frecuencias en un intervalo determinado simultáneamente. La capacidad de evaluar todas las frecuencias simultáneamente pertenece exclusivamente al analizador en tiempo real.
Analizadores de espectro en tiempo real
A pesar del alto rendimiento de los analizadores superheterodinos modernos, todavía no pueden evaluar frecuencias simultáneamente y mostrar un espectro de frecuencia completo simultáneamente. Por tanto, no son analizadores en tiempo real. Además, los tiempos de medición pueden ser muy largos porque la velocidad de barrido de un analizador sintonizado siempre está limitada por el tiempo necesario para que se asienten sus filtros internos.
Analizadores de filtros paralelos
Otra forma de construir un analizador de espectro es combinar varios filtros de paso de banda, cada uno con una frecuencia de banda de paso diferente. Cada filtro permanece conectado a la entrada en todo momento. Este tipo de analizador se denomina analizador de filtro paralelo. Después de un tiempo de estabilización inicial, el analizador de filtros paralelos puede detectar y mostrar instantáneamente todas las señales dentro del rango de medición del analizador. Por lo tanto, el analizador de filtros paralelos proporciona un análisis de señales en tiempo real.
Un punto fuerte particular del analizador de filtro paralelo es su velocidad de medición, que le permite medir señales transitorias y variables en el tiempo (también llamadas señales dinámicas). Sin embargo, la resolución de frecuencia de un analizador de filtros paralelos es mucho más aproximada que la de un analizador típico de sintonización de barrido. Esto se debe a que la resolución está determinada por el ancho de los filtros de paso de banda.
Analizadores de Fourier (o FFT)
El analizador de espectro Fourier o FFT es otra implementación de analizador de espectro en tiempo real. El analizador de Fourier, también conocido como analizador de señales dinámicas, utiliza procesamiento de señales digitales para muestrear la señal de entrada y convertirla al dominio de la frecuencia. Esta conversión se realiza mediante la Transformada Rápida de Fourier (FFT). La FFT es una implementación de la Transformada Discreta de Fourier, el algoritmo matemático utilizado para transformar datos del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia.
Los analizadores de espectro FFT son instrumentos poderosos porque su potencia de procesamiento puede extraer más información de una señal de entrada que solo la amplitud de los componentes de frecuencia individuales. Por ejemplo, los analizadores FFT pueden medir tanto la magnitud como la fase, y también pueden cambiar fácilmente entre los dominios del tiempo y la frecuencia. Esto los convierte en instrumentos ideales para el análisis de señales de comunicación, ultrasónicas y moduladas.
Análisis vectorial de señales (VSA)
En el pasado, los analizadores de espectro superheterodinos y sintonizados por barrido cubrían amplios rangos de frecuencia, desde audio hasta frecuencias milimétricas, pasando por microondas. Además, los analizadores intensivos de transformada rápida de Fourier (FFT) de procesamiento de señales digitales (DSP) proporcionaron análisis de redes y espectros de alta resolución, pero se limitaron a bajas frecuencias debido a los límites de las tecnologías de procesamiento de señales y conversión de analógico a digital. Las señales actuales de ancho de banda amplio, moduladas vectoriales (también llamadas complejas o moduladas digitalmente) y variables en el tiempo se benefician enormemente de las capacidades del análisis FFT y otras técnicas DSP. Los VSA combinan tecnología superheterodina con ADC de alta velocidad y otras tecnologías DSP para ofrecer mediciones de espectro rápidas de alta resolución, demodulación y análisis avanzado en el dominio del tiempo. El VSA es especialmente útil para caracterizar señales complejas como señales en ráfaga, transitorias o moduladas utilizadas en aplicaciones de comunicaciones, video, transmisión, sonar y ultrasonido.
Prueba del rendimiento de fuentes de señales de próxima generación, como osciladores controlados por voltaje (VCO), osciladores de ondas acústicas de superficie (SAW), osciladores de resonador dieléctrico (DRO), sintetizadores PLL, RFIC, transmisores y generadores de reloj en sistemas de comunicación de datos de alta velocidad. y otros dispositivos pueden ser un desafío, especialmente con una mesa llena de instrumentos. Se dedica un tiempo valioso a aprender a utilizar múltiples herramientas, determinar cuál es la mejor herramienta a utilizar, calibrar cada instrumento, configurar mediciones y luego obtener los parámetros correctos. Las restricciones de capacidad en varios de los instrumentos más antiguos también hacen que sea difícil y requiera mucho tiempo obtener los parámetros correctos para obtener mediciones precisas.
El analizador de señales proporciona una verdadera medición del ruido de fase en un solo paso. Esto elimina las configuraciones de medición y la calibración del sistema que consumen mucho tiempo. Las fuentes de referencia integradas de bajo ruido bloquean el sistema en la portadora de la señal medida, lo que permite automáticamente y mejora drásticamente la velocidad de medición. Las tediosas mediciones del ruido de fase son ahora más de 10 veces más rápidas.
La velocidad de medición es excepcionalmente rápida. Con un rango de compensación de frecuencia entre 1 kHz y 100 MHz, las mediciones solo toman 0,45 segundos por medición. Las mediciones de ruido de fase en tiempo real no solo mejoran drásticamente el tiempo de prueba, sino que también ayudan a identificar rápidamente la causa raíz del comportamiento no deseado de una fuente bajo prueba.
Los receptores de doble canal permiten una técnica de "correlación cruzada" para reducir el ruido de fondo del instrumento en todas las frecuencias compensadas. Tradicionalmente, el ruido de fase de la fuente de referencia utilizada en el sistema limita la sensibilidad de la medición. Sin embargo, esta técnica esencialmente cancela los ruidos de las fuentes de referencia integradas y supera la limitación. La cantidad de cancelación de ruido depende del "número" de correlaciones. Por ejemplo, una correlación de 100 veces reduce 10 dB de ruido de fase. Correlaciones de hasta 10,000-veces producen una mejora de la sensibilidad al ruido de fase de 20 dB.
El ruido de fase integrado entre dos puntos especificados por la función de marcador de banda se puede calcular automáticamente. También se muestran tanto la fluctuación RMS como la FM residual. Esta función le permite evaluar la contribución del ruido en los canales de comunicación o la fluctuación aleatoria de las fuentes de reloj de forma rápida y precisa.
Los controles y la interfaz de un analizador de señales pueden variar según el modelo y el fabricante, pero la mayoría de los analizadores de señales tienen varias características estándar.
Usted controla el rango de frecuencia, el rango y la resolución mediante diales o botones en el panel frontal. Ajustar estas configuraciones altera el rango de frecuencias que se muestran en la pantalla.
El trazo o línea en la pantalla representa la intensidad de la frecuencia de la señal. La amplitud del trazo se ajusta utilizando la perilla de escala vertical. Mueva el trazo hacia arriba y hacia abajo en la pantalla ajustando el desplazamiento.
La configuración de nivel controla los niveles de potencia máximo y mínimo que se muestran en la pantalla, conocidos como escala vertical. Es importante tener en cuenta que el ajuste del nivel no afecta la potencia real de la señal medida. Puede ajustar la configuración de nivel utilizando el dial en el panel frontal.
La base de tiempo, o velocidad de barrido, es otra característica importante del analizador de señales. Esto controla cuánto tiempo tarda el rastro en moverse por la pantalla. Una velocidad de barrido más rápida le permitirá ver breves anomalías en la señal. Ajuste la base de tiempo para adaptarla a la velocidad deseada utilizando un dial en el panel frontal del analizador. La mayoría de los analizadores de señales tienen una función de escala automática que ajusta automáticamente la configuración de nivel y velocidad de barrido. Esta es una característica útil si no está seguro de qué configuración utilizar.
Mantenimiento preventivo del analizador de señal
Al realizar conexiones al analizador de señales, asegúrese de que el nivel de potencia de la señal que se aplica sea menor que el nivel de daño indicado para cada uno de los puertos. Para los puertos RF, esta información generalmente se muestra por puerto y en la sección de especificaciones de los manuales de los productos. Los circuitos del analizador pueden dañarse cuando se aplica una potencia de RF excesiva y/o se excede el límite de CC. Para evitar daños en la mayoría de situaciones, se pueden utilizar atenuadores externos de alta potencia.
El mantenimiento preventivo programado periódicamente que incluye limpieza, ajuste y verificación le ayudará a:
● Asegúrese de que su instrumento esté disponible cuando lo necesite.
● Mantener un rendimiento óptimo del instrumento.
● Asegúrese de que su instrumento tenga las últimas actualizaciones y mejoras de funcionalidad.
● Evite costosas paradas y reparaciones no planificadas.
● Extiende la vida útil de tu instrumento.
Aquí encontrará información general sobre mantenimiento preventivo cuando se aplique a todos los analizadores de señales e información de mantenimiento preventivo específica del instrumento cuando corresponda.
La operación/verificación del producto consiste en pruebas funcionales de varios parámetros del instrumento que brindan un alto grado de confianza de que el analizador está funcionando correctamente. Se recomiendan como verificación del funcionamiento del analizador para la inspección entrante o después de una reparación. El análisis de incertidumbre de medición no está disponible para pruebas funcionales y el analizador se compara con límites que son más amplios que las especificaciones publicadas. Las pruebas funcionales están diseñadas para probar un analizador que funciona dentro del rango de temperatura definido por las especificaciones del analizador utilizando un conjunto mínimo de equipos de prueba. Si una prueba no pasa, se deben ejecutar pruebas de rendimiento para confirmar que existe un problema.
Nuestra fábrica
Fundada en 2016, PH Tool and Test Equipment Inc se esfuerza por mejorar continuamente y ofrecer el mejor valor a sus clientes. Ofrecemos a nuestros clientes varias soluciones prácticas, eficientes y rentables para las necesidades de equipos de prueba de sus negocios o proyectos. Ya sea que necesite alquilar y comprar equipos de prueba, reparar equipos de prueba, vender o intercambiar equipos, estamos comprometidos a brindar un servicio al cliente superior y equipos de prueba electrónicos de alta calidad.
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