Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Mecánica Eléctrica Laboratorio de Electrónica Comunicaciones 2 Primer Semestre 2014 Auxiliar: Edvin Baeza Práctica 2 ANALIZADOR DE ESPECTRO El analizador de espectros es una herramienta capaz de representar las componentes espectrales de una determinada señal a partir de su transformada de Fourier. Esta representación en el dominio de la frecuencia permite visualizar parámetros de la señal que difícilmente podrían ser descubiertos trabajando en el dominio del tiempo con ayuda de un osciloscopio. Es especialmente útil para medir la respuesta en frecuencia de equipos de Telecomunicaciones (amplificadores, filtros, acopladores, etc) y para comprobar el espectro radioeléctrico en una zona determinada con la ayuda de una antena. En la pantalla del equipo la amplitud o potencia de las señales se representa en el eje y y la frecuencia en el eje x. La medida de potencia viene indicada en dBm, una unidad logarítmica relativa al milivatio. El analizador de espectros muestra el espectro de la señal introducida, es decir, las componentes de frecuencia de ésta. Una señal senoidal pura tendrá un pico de amplitud en la frecuencia de dicha señal. Sin embargo, una señal cuadrada tendrá más componentes en frecuencia, justificadas con el desarrollo en serie de Fourier. Señales más complejas, como puede ser una canción, tendrán un espectro aproximadamente continuo en un determinado ancho de banda. Aunque hay muchos tipos de analizadores de espectros, la mayoría de ellos utilizan 3 funciones principales: a) CENTRADO DE FRECUENCIA, que indica cuál es la frecuencia del centro del visor. b) SPAN, que es el rango de frecuencias que aparece en pantalla c) AMPLITUD o INPUT LEVEL, que es el nivel de referencia de entrada: a las señales que llegan con un nivel más bajo, se les ajustará una AMPLITUD menor. Revisado por: Inga. Ingrid de Loukota versión 1S 2015 Aux. Edvin Baeza Antes de configurar el analizador de espectros deberemos tener una idea clara de las características de la señal a medir, esto es, su potencia, ancho de banda, frecuencia central, etc. Además, tendremos que saber qué parámetros de la señal quieren medirse, así, por ejemplo, se necesitará una ventana de frecuencias mayor si se desean medir sus armónicos o una menor si lo que se desea medir es su ruido de fase. Matemáticamente el análisis espectral está relacionado con una herramienta llamada transformada de Fourier. Ese análisis puede llevarse a cabo para pequeños intervalos de tiempo, o menos frecuentemente para intervalos largos, o incluso puede realizarse el análisis espectral de una función determinada. Además la transformada de Fourier de una función no sólo permite hacer una descomposición espectral de los formantes de una onda o señal oscilatoria, sino que con el espectro generado por el análisis de Fourier incluso se puede reconstruir o sintetizar la función original mediante la transformada inversa. Para poder hacer eso, la transformada no solamente contiene información sobre la intesidad de determina frecuencia, sino trambién su fase. Esta información se puede representar como un vector bidimensional o como un número complejo. En las representaciones gráficas, frecuentemente sólo se representa el módulo al cuadrado de ese número, y el gráfico resultante se conoce como espectro de potencia o densidad espectral de potencia. Objetivos Estudiar el funcionamiento del analizador de espectro, características, interpretación de gráficas y formas de programarlo. Descripción: Primera Parte: consiste en ver el espectro de potencia de una señal FSK (FrequencyShiftKeying) que es una modulación digital de frecuencia, utilizando un generador de funciones que permite generar señales FSK. Los parámetros FREQ y HOPFREQ son los 2 posibles valores de frecuencia de la señal modulada. La tasa de cambio entre ambas, es decir, la frecuencia con la que la señal de salida conmuta entre las 2 frecuencias constituye la señal moduladora y puede ser generada internamente como una señal cuadrada de frecuencia FSK-RATE o bien una señal externa que se le introduzca por la entrada que se encuentra en la parte posterior. Utilizar la función de los osciloscopios digitales RIGOL para encontrar la Transformada de Fourier y realizar comparaciones de resultados. Pasos a Seguir: - Seleccione en el generador de funciones una modulación FSK con frecuencias FREQ y HOPFREQ de 50 kHz y 100 kHz respectivamente y una amplitud de 2 Vpp, y una señal moduladora con una tasa de cambio de 400 Hz. Revisado por: Inga. Ingrid de Loukota versión 1S 2015 Aux. Edvin Baeza - Seleccione la opción de Analizador de Espectro en el equipo 8921A de HP - En el analizador de espectros seleccione una frecuencia central de 100 kHz y un span de 200 kHz. Revisado por: Inga. Ingrid de Loukota versión 1S 2015 Aux. Edvin Baeza - Conecte la salida del generador de funciones al analizador de espectros (RF In/Out), utilizando el cable y los conectores proporcionados por el auxiliar. (no conectarlo directamente a la salida del generador). Contestar las preguntas que se realizan en la hoja de calificación. Segunda parte: deberá utilizar tambien las funciones que posee el osciloscopio degital Rigol, para visualizar tambien el espectro de potencia de la misma señal, verificar observar si coincide en las mediciones con las del Analizador de Espectro. Aprender a utlizar dicho equipo en el analisis de señales que les puede ser de mucha utilidad en proyectos de semestres. Tercera parte: Crear un programa y gráfica del espectro de potencia de la señal de valores dados anteriormente (señal FSK) utilizando Matlab para su construcción y adjuntarla impresa al momento de la entrega. (Código y gráfica). Revisado por: Inga. Ingrid de Loukota versión 1S 2015 Aux. Edvin Baeza Hoja de Calificación Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Mecánica Eléctrica Laboratorio de Electrónica Comunicaciones 2 Aux. Edvin Baeza No. Grupo___________ ANALIZADOR DE ESPECTRO Nombres Completos Uso del Analizador de Espectro Carnet SI NO Uso del Osciloscopio función FFT SI NO Programa y gráfica de Matlab NO SI Asistencia sello y Firma Auxiliar 1. Dibuje a detalle (Frecuencia central, Spam, etc.) la grafica que se obtiene del Analizador de Espectro y comente que es lo que visualiza, que significan los picos que presenta la señal. ¿Coincide con lo esperado teóricamente o lo generado por Matlab? 2. Mida las frecuencias en el osciloscopio ¿Qué valores obtiene? 3. Dibuje la grafica que se obtiene en el osciloscopio utilizando la función FFT de una señal FSK. (A detalle). 4. Varíe una de las frecuencias en el generador de una señal FSK y vea los cambios que se obtiene en el espectro de la señal. Comente que es lo que sucede. ¿Qué pasaría si ambas frecuencias de la señal FSK son iguales? 5. Genere una señal FSK e indique cuales serán las frecuencias a trabajar, realice los incisos 1,2 y 3 para dicha señal. Revisado por: Inga. Ingrid de Loukota versión 1S 2015 Aux. Edvin Baeza
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