Analizador de espectro

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Analizador de espectro : un dispositivo para observar y medir la distribución relativa de energía de las oscilaciones eléctricas (electromagnéticas) en la banda de frecuencia .

Analizadores de espectro. Información general

Clasificación de analizadores de espectro

Por rango de frecuencia : baja frecuencia, rango de radio (banda ancha) y rango óptico.
Según el principio de funcionamiento : tipo paralelo (multicanal) y tipo serie (escaneado).
De acuerdo con el método de procesamiento de la información de medición y la presentación de los resultados , analógico y digital.
Por la naturaleza del análisis : escalar, que proporciona información solo sobre las amplitudes de los componentes armónicos del espectro , y vectorial, que también proporciona información sobre las relaciones de fase.

Propiedades básicas de análisis

El analizador de espectro le permite determinar la amplitud y frecuencia de los componentes espectrales que componen el proceso analizado. Su característica más importante es la resolución: el intervalo de frecuencia más pequeño entre dos líneas espectrales que todavía están separadas por un analizador de espectro. El analizador de espectro puede dar un espectro verdadero solo cuando la oscilación analizada es periódica o existe solo dentro del intervalo . Al analizar la duración de los procesos, el analizador de espectro no da un espectro real ${\ estilo de visualización \ Delta f}$ $x(t)$ $T$

S(\omega )=\int \limits _{-\infty }^{\infty }x(t)e^{-i\omega t}dt

y su evaluación:

S_{T}(t_{1},\omega )=\int \limits _{t_{1}}^{t_{1}+T}x(t)e^{-i\omega t} dt

dependiendo del tiempo de encendido y del tiempo de análisis . Dado que el espectro de fluctuaciones puede, en el caso general, cambiar con el tiempo, la estimación da el llamado espectro actual. ${\ estilo de visualización t_ {1}}$ $T$ $S_{T}(t_{1},\omega )$

Analizadores de espectro de baja frecuencia y RF

Analizadores de baja frecuencia

Los analizadores de LF son de tipo paralelo y serie (más a menudo paralelo) y están diseñados para operar en el rango de frecuencia desde unos pocos hercios hasta decenas o cientos de kilohercios. Se utilizan en acústica , por ejemplo, en el estudio de las características del ruido, en el desarrollo y mantenimiento de equipos de audio y para otros fines. Los analizadores utilizados para monitorear la calidad de la fuente de alimentación también se denominan analizadores de armónicos .

EJEMPLOS: UPV, UPP, Ф4327, С4-34, СК4-83, ZET017, FLUKE_41B (analizador de armónicos), ZET 017.

Analizadores de RF

La mayoría de los analizadores de radiofrecuencia son de banda ancha, le permiten trabajar en una banda de unos pocos kilohercios a unos pocos, cientos de gigahercios, por regla general, estos son analizadores de tipo serie. Se utilizan para analizar las propiedades de las señales de radio, para estudiar las características de los dispositivos de radio.

Para obtener la información más detallada sobre los principios de construcción de analizadores de RF modernos y sus características metrológicas, consulte los folletos "Nota de aplicación 150 Fundamentos de análisis de espectro" de Agilent Technologies y "Fundamentos de análisis espectral Rauscher" de Rohde & Schwarz .

EJEMPLOS: FSL, FSV, FSU, CK4-84, C4-82, GSP-810

Analizadores de tipo serial

Los analizadores de tipo serie son el tipo más común de analizadores para el estudio de señales de radio, su principio de funcionamiento es escanear la banda de frecuencias utilizando un oscilador local sintonizable . Los componentes del espectro se transfieren secuencialmente a la frecuencia intermedia . Sintonizar la frecuencia del oscilador local equivale a mover el espectro de la señal en estudio. La FI selectiva selecciona secuencialmente las componentes del espectro y, gracias al barrido síncrono del indicador del osciloscopio, las respuestas de cada componente espectral se reproducen secuencialmente en su pantalla.

Analizadores paralelos

Los analizadores de tipo paralelo contienen un conjunto de filtros de banda estrecha idénticos ( resonadores de alto Q ), cada uno de los cuales está sintonizado a una frecuencia específica (en el campo de las mediciones de baja frecuencia, los filtros pueden no tener el mismo ancho de banda absoluto, pero el intervalo de frecuencia relativa , por ejemplo, "filtros de tercio de octava"). Con la acción simultánea de la señal en estudio sobre todos los filtros, cada uno de ellos selecciona la componente del espectro correspondiente a su sintonía. Un analizador de espectro paralelo tiene una ventaja sobre un analizador de espectro en serie en términos de velocidad de análisis, pero es inferior en simplicidad.

Analizadores digitales

Los analizadores digitales se pueden construir de dos maneras. En el primer caso, se trata de un analizador convencional de tipo serie, en el que la información de medida obtenida mediante el barrido de la banda de frecuencias mediante un oscilador local, se digitaliza mediante un ADC y, posteriormente, se procesa digitalmente. En el segundo caso, se implementa un equivalente digital de tipo paralelo en forma de un analizador DFT, que calcula el espectro utilizando algoritmos de transformada discreta de Fourier (DFT) . En comparación con los analizadores DFT paralelos digitales en serie, tienen ciertas ventajas: mayor resolución y velocidad, la capacidad de analizar señales pulsadas y únicas. Son capaces de calcular no solo la amplitud, sino también los espectros de fase, así como representar señales simultáneamente en los dominios de tiempo y frecuencia. Desafortunadamente, los analizadores DFT paralelos, debido a las capacidades limitadas de los convertidores de analógico a digital (ADC), funcionan solo a frecuencias relativamente bajas.

Tektronix Corporation ha creado analizadores de espectro digital en tiempo real. Permiten monitorear en tiempo real los rápidos cambios en el espectro que se utilizan en algunos tipos de sistemas de comunicación modernos. Al mismo tiempo, junto con los espectros habituales, los instrumentos permiten construir espectrogramas, que son un conjunto de espectros presentados en diferentes momentos. Además, los instrumentos utilizan la tecnología de “fósforo digital”, que permite memorizar espectros durante un tiempo determinado y seguir visualmente sus cambios a lo largo del tiempo.

Rohde-Schwarz también fabrica analizadores de espectro en tiempo real que cuentan además con un disparador de máscara de frecuencia (disparador selectivo). En este modo, el analizador de espectro se inicia y realiza mediciones si el espectro de la señal bajo análisis en el ancho de banda de análisis del analizador FFT basado en ADC paralelo cumple con las condiciones especificadas, por ejemplo, uno de los componentes espectrales en una frecuencia dada excede el establecer el nivel. Este modo es útil a la hora de observar los espectros de señales en comunicación inalámbrica, cuando es posible aislar las portadoras o señales piloto necesarias para el estudio.

Características básicas normalizadas

Rango de frecuencia
Lapso
anchos de banda
Error de medición de frecuencia
Error de medición de amplitud
Sensibilidad y rango dinámico
Nivel relativo de ruido propio
Desigualdad de la respuesta de frecuencia

Analizadores de espectro óptico

Cómo funciona

Los analizadores de espectro óptico se construyen sobre la base de una rejilla de difracción , interferómetros de Michelson , Fabry-Perot y otros esquemas de interferencia. En la actualidad, debido a la alta capacidad de fabricación, los analizadores que utilizan una rejilla de difracción son los más utilizados, y solo cuando su resolución es insuficiente, se utilizan métodos interferométricos más costosos para medir el espectro.

Aplicación

El análisis del espectro óptico en relación con el desarrollo de la tecnología de las telecomunicaciones se está convirtiendo en uno de los tipos de medidas más importantes en los modernos sistemas de comunicación de fibra óptica . La necesidad de este tipo de medición está asociada principalmente con el monitoreo del espectro de las fuentes de radiación óptica, así como con la determinación del grado de influencia de los componentes espectrales en los parámetros de los componentes de fibra óptica y la transmisión de datos a través de líneas de comunicación de fibra óptica. Al mismo tiempo, uno de los factores significativos que limitan el ancho de banda de las líneas de comunicación de alta velocidad se está convirtiendo actualmente en la dispersión cromática de la fibra óptica, la cual está determinada por el ancho del espectro de la fuente de radiación y se manifiesta en un aumento de la duración del pulso transmitido a medida que se propaga a través de la fibra óptica, lo que también requiere un análisis del espectro óptico. Además, la introducción de amplificadores de fibra óptica en las líneas de comunicación , en particular EDFA ( amplificadores de erbio ) y el desarrollo de la tecnología WDM (multiplexación de longitud de onda) en telecomunicaciones, determinan el análisis del espectro óptico durante la instalación y operación de líneas de transmisión de fibra óptica. (FOTL) como el tipo de medida más actual.

EJEMPLOS: ANDO AQ6331, PROLITE-60, EXFO FTB-5240S, ZET 017 U2

Características básicas normalizadas

Rango de longitud de onda
Resolución de longitud de onda
Error de medición de longitud de onda
Rango de visualización de amplitud
Error de medición de amplitud
Gama dinámica

Literatura y documentación normativa

Literatura

Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Analizadores digitales de espectro, señal y lógica. ed. profe. V. P. Dyakonova. M.: SOLON-Prensa, 2009
Dyakonov VP Métodos modernos de análisis de Fourier y wavelet y síntesis de señales. "Dispositivos y sistemas de control y medición", No. 2, 2009
Señales, interferencias, errores... Fink L. M. M: Radio y Comunicaciones, 1984
Manual de instrumentos de medición de radio: en 3 volúmenes; ed. V. S. Nasonova - M.: Sov. radial, 1979
Manual de dispositivos electrónicos de radio: en 2 volúmenes; ed. D. P. Linde - M.: Energía, 1978

Documentación técnico-normativa

Analizadores de espectro IEC 60714 (1981). expresión característica
IEC/PAS 62129(2004) Calibración de analizadores de espectro óptico
Analizadores de armónicos GOST 11859-66. Métodos y medios de verificación
GOST 17168-82 Filtros electrónicos de octava y tercio de octava. Requisitos técnicos generales y métodos de ensayo

Véase también

Enlaces

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