Analizador de espectros: I - Introducción

Pequeños dispositivos de medida para la radiofrecuencia

  • TinySA (analizador de espectros): es un dispositivo que basicamente muestra de forma gráfica, señales en el dominio de la frecuencia (i/f intensidad/frecuencia)
  • nanoVNA (analizador de redes): es un dispositivo que compara la señal emitida con la recibida (dominio de las impedaancias v/i ):
    • Por el mismo conector (p.e. antena, carga, etc. ) permitiendo así obtener su impedancia la relación de ondas estacionarias, etc. 
    • Por dos conectores independientes (p.e. cable de alimentación, amplificador,  filtro, etc. ) permitiendo obtener curvas de respuesta, atenuación, etc. del dispositivo conectado entre ambos terminales
  • tinyPFA (analizador de fase): es un dispositivo compara la diferencia de frecuencia y fases de dos señales que se introducen de forma simultánea

Qué es un espectro de señales

Es la distribución de potencias de una o mas señales en función de la frecuencia. Matematicamente sería una serie de pares (Potencia, frecuencia)

Qué es un analizador de espectros

Un analizador de espectros es un dispositivo diseñado para medir,  visualizar y análizar espectros de señales en el dominio de las frecuencias (frecuencia/potencia). 

Es un avance frente a los sistema más básico de análisis de las señales que es en dominio del tiempo (tiempo/potencia) que nos dan la variación de la intensidad en función del tiempo, como hace un osciloscopio, la típica aguja de un medidor analógico, o las mas modernas como la barra de señal o pantalla numérica de uno digital.

Una onda sinusoidal pura se ve como una barra en el dominio de la frecuencia que muestra el RMS (Valor cuadraticomedo del voltaje) y como una sinusoide en el dominio del tiempo.

Visión de una señal en el dominio del tiempo (osciloscopio) y de la frecuencia (Analizador de espectros) Fuente:Keysight

 

Igual ya lo habias visto

Si ha trabajado ya con receptores SDR habrá comprobado que estos dispositivos realmente nos permiten visualizar y analizar espectros de señales de hasta 10MHz de ancho de banda en un rango por ejemplo desde los 10 kHz y 1 GHz, mostrándonos en las abscisas (eje horizontal o de las X) la frecuencia y en las ordenadas (el eje vertical o "Y") la intensidad o potencia de las señales.

Una de las modificaciones a los Walki-talkie Quansheng UV-Kx es habilitarle un analizador de espectros.


Que nos permite 

Un analizador de espectros nos permite comprobar las señales de una determinada banda de frecuencia, la forma de dichas señales (ancho de banda, intensidad, etc.), su pureza.

¿Cómo lo hacen?

Diagrama de bloques de un Analizador de Espectros Superheterodino Fuente:Keysight


¿Cómo puedo hacerme con un analizador de espectros?

Si trabaja o es aficionado a las señales radiolectricas antes o depués deseará o necesitará un analizador de espectros.

Recuerdo que el primer analizador de espectros que utilicé en la carrera era un costoso HP, que tenía un carrito especial para su desplazamiento por el laboratorio de radio y que solamente nos lo dejaban usar a los estudiantes de últimos cursos y bajo la atenta supervisión, por su elevado precio. Hoy en día podemos encontrar analizadores de espectros de bolsillo como los TinySA (Zeenko Store es el distribuidor oficial en Aliexpress) que dispone de dos modelos:

    • TinySA o TinySA Basic con pantalla de 2,8",  y que cubre un rango desde los 0,1 MHz  hasta los 960MHz por unos 60 €
    • TinySA Ultra con pantalla de 4" cubre y que cubre un rango desde los 100kHz a 5,3 GHz, con LNA de 20dB hasta 4GHz y  tarjeta de 32GB, versión V0.4.5.1 por menos de 150 €


tinySA vs TinySA Ultra

Ideas de uso de un analizador de espectros
  • Receptor de señales de radiofrecuencia de baja frecuencia que no es posible hacerlo con receptores tradicionales de radio > 1o0 kHz
  • Sistema de detección y localización de fuentes y EMI
    • Comprobar el efecto de medidas para eliminar las EMI (conexión a tierra, inclusión de núcleo de ferrita en las lineas de conexión, etc.)
    • Localizar las EMI existentes en un entorno (p.e. hogar)
    • Localización sistemas espias de audio y video
  • Análisis de señales radioeléctricas
    • Determinar la banda / frecuencia de trabajo de un dispositivo (p.e. mandos a distancia, walkie talkies de juguete, etc.)
    • Hacer un mapa de emisiones radioeléctricas de un entorno abierto o cerrado.
      • Mapa de redes WiFi
      • Mapa de redes de telefonia móvil
    • Comprobar la calidad de la señal emitida por un dispositivo (p.e. potencia, armónicos generados, etc.)
    • Comprobar la efectividad de un filtro para mejorar la calidad de la señal emitida o recibida.
    • Comprobar la señal radioeléctrica recibida por una antena individual o colectiva.
    • Monitoreo de actividad elecromagnética 
      • Basada en triggers
        • Que en algún momento hay actividad
        • Que en algún momento hay inactividd
      • Basada en la capacidad de almacenar datos en LO
        • Evolución en el tiempo de la intensidad de la señal en un punto (monitorización)
        • Evolución en el espacio de la intensidad de una señal
          • Diagrama de radiación de una antena
          • Mapa de cobertura de un sistema de radiocomunicación
          • Orientación o apuntamiento de una antena para satélites o enlaces punto a punto.
  • Como instrumento de medida y de ajuste de emisores y receptores de radiofrecuencia (osciladores, filtros, etc.)

Sondas (H-Field Prove) y antenas

Para captar las señales para un analizador de espectros necesitará una antena directiva o una sonda


Referencias


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