Analizador de espectro y señales.
El portafolio de analizadores de espectro y señales de Rohde & Schwarz ofrece opciones que van desde analizadores económicos pero potentes de 1 GHz, hasta modelos portátiles, de gama media y analizadores de espectro totalmente equipados de hasta 85 GHz. Diseñados por los expertos en RF de Rohde & Schwarz, todos los analizadores de espectro se caracterizan por su excepcional integridad de señal, alto valor y excelente fiabilidad.
¿Que es un Analizador de Espectro?
Un analizador de espectro hace exactamente lo que su nombre indica: detecta las señales presentes en un rango seleccionado del espectro. Su función básica es representar gráficamente estas señales, mostrando la amplitud —o nivel de potencia— en el eje y, frente a la frecuencia en el eje x; las amplitudes de las señales detectadas se muestran en el dominio de la frecuencia. Un analizador de espectro RF cubre frecuencias de radio y microondas. El rango máximo de frecuencias con preselección disponible actualmente va desde 2 hertz hasta 85 GHz; es posible alcanzar frecuencias superiores mediante mezcladores externos. Generalmente, se utiliza una escala lineal para la frecuencia en el eje x, y una escala logarítmica o en decibelios (también logarítmica) para la amplitud en el eje y, de manera que puedan visualizarse simultáneamente señales con amplitudes muy variadas. Los analizadores de espectro se utilizan ampliamente en pruebas de RF, no solo para mostrar las características de las señales deseadas —como si ocupan el ancho de banda asignado—, sino también para buscar señales no deseadas.
En las pruebas de RF, prácticamente ya no se utiliza un analizador de espectro puramente dedicado a detectar los niveles de señales deseadas y no deseadas mediante la visualización de los componentes espectrales dentro de un rango de frecuencias. La naturaleza de muchas señales pulsadas modernas, junto con la necesidad de detectar e investigar señales transitorias, hace que el analizador de espectro clásico —que utiliza el mismo principio de superheterodino que los receptores de radio— no pueda detectar de forma fiable todas las señales que aparecen de forma intermitente como transitorios, ni medir la fase de una señal. Cuando el rango de frecuencia de interés (la banda analizada) excede la capacidad del analizador de espectro para procesar datos de forma simultánea, este recorre (o barre) ese rango de frecuencias de menor a mayor. Si una señal transitoria no está presente durante ese barrido, no será detectada.
El procesamiento digital mediante Transformada Rápida de Fourier (FFT, por sus siglas en inglés), que convierte datos del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, ha ampliado enormemente tanto la capacidad de detección como de análisis del analizador de espectro superheterodino. La FFT permite una captura y análisis mucho más rápidos del rango de frecuencias: el uso de FFT en paralelo proporciona un ancho de banda instantáneo más amplio, de modo que, con los filtros adecuados, también se pueden detectar señales pulsadas y transitorias. Muchos analizadores de espectro también ofrecen el modo de cero span (banda cero), que permite analizar tanto la fase como la amplitud de una señal, y demodular la señal en la frecuencia seleccionada. Además de la representación visual básica de las señales detectadas en la pantalla, también es posible realizar mediciones de ruido, ganancia, fase, ancho de banda ocupado por la señal y potencia en canales adyacentes. La señal digital puede exportarse para su procesamiento posterior mediante herramientas de software que permiten un análisis adicional.
Que es un Analizador de Señales?
Un analizador de señales —más precisamente, un analizador vectorial de señales (VSA, por sus siglas en inglés)— se utiliza para demodular y analizar señales con modulación digital compleja. Un VSA captura señales en una frecuencia central fija, utilizando filtros para establecer el ancho de banda —o span— de la visualización espectral; un analizador de espectro, en cambio, barre un rango más amplio de frecuencias. En comparación con un analizador de espectro dedicado, un VSA incluye información de fase, además de mediciones avanzadas adicionales de propiedades de la señal que no se pueden obtener mediante un análisis espectral, y utiliza procesamiento digital para demodular señales basadas en los componentes digitales en fase (I) y en cuadratura (Q). Un VSA analiza características de la señal como la relación señal-ruido (o relación portadora-ruido), la magnitud del vector de error (EVM) y la potencia en el dominio del código. Se pueden medir todas las características de señales pulsadas o transitorias, incluidos los valores de nivel, frecuencia, fase, ruido, ganancia, ancho de banda ocupado por la señal y potencia en canales adyacentes.
El nivel de ruido y el ancho de banda en los instrumentos de medición implican inevitablemente un compromiso; como un VSA se centra en una frecuencia fija, un ancho de banda de análisis más estrecho es suficiente, lo que permite que un VSA bien diseñado tenga un nivel de ruido bajo y una excelente sensibilidad para detectar señales de bajo nivel.
La mayoría de los VSA también incluyen un modo de análisis de espectro más adecuado para la detección de señales (no deseadas), ampliando el span de la señal capturada, pero reduciendo las posibilidades de demodulación a AM, FM o φM.
¿Cual es el rango de frecuencia requerido?
El rango de frecuencias necesario para un analizador de espectro dependerá de la aplicación, es decir, de las frecuencias que se deben investigar tanto para señales deseadas como no deseadas, así como del propósito de la detección de señales. Por ejemplo, en la monitorización del espectro, el rango de frecuencias solo necesita incluir las frecuencias que se van a supervisar. En el desarrollo de dispositivos e investigaciones de compatibilidad electromagnética (EMI), muchas normas requieren mediciones de emisiones espurias hasta la tercera armónica de la frecuencia fundamental; para un dispositivo que opera en la banda ISM de 2,4 GHz, como un equipo Wi-Fi o Bluetooth®, se requiere un rango de frecuencias de al menos 7,2 GHz. Para el cumplimiento de ciertas normas, en algunos casos se exige la medición de emisiones espurias hasta la quinta armónica; para un dispositivo de 2,4 GHz, se requeriría un rango de frecuencias de 12 GHz.
En el caso de dispositivos 5G que operan en la banda n258, de 24,25 a 27,50 GHz, existen muy pocos analizadores de espectro disponibles que alcancen la frecuencia máxima necesaria de 82,5 GHz. Muchas normas de organizaciones como ETSI, ANSI o 3GPP especifican límites para emisiones fuera de banda (out-of-band), mucho más cercanas a la frecuencia fundamental. En todos los casos, es fundamental revisar las normas aplicables al dispositivo que se va a probar y, como regla general, procurar que la frecuencia máxima del analizador supere en un 20 % la frecuencia máxima prevista.
¿Que es el rango dinámico de un analizador de espectro?
En general, el rango dinámico describe los valores máximos y mínimos que un instrumento puede medir; en el caso de un analizador de espectro diseñado para detectar varias señales simultáneamente, se define como la capacidad del analizador para detectar una señal débil en presencia de una señal fuerte. El rango dinámico de un analizador de espectro se define como la relación, en dB, entre una señal mayor y una menor, en la que el analizador puede medir la señal más débil con una precisión determinada, incluso en presencia de la señal más fuerte.
Dado que una aplicación común de un analizador de espectro es la búsqueda de emisiones espurias en presencia de la señal deseada, la capacidad del analizador para detectar señales débiles junto a señales fuertes es un criterio fundamental de rendimiento. El rango máximo de nivel de señal, el piso de ruido, el ruido de fase y la respuesta espuria del instrumento desempeñan todos un papel importante en la determinación del rango dinámico.
El rango dinámico está limitado, en el caso de la señal débil, por el ruido inherente del analizador, y en el caso de la señal fuerte, por las no linealidades.
El ruido inherente se especifica mediante el nivel promedio de ruido mostrado (DANL, por sus siglas en inglés), expresado en dBm y normalizado a un ancho de banda de resolución de 1 Hz. Un preamplificador reduce el DANL, lo que ayuda a detectar señales débiles, pero en realidad reduce el rango dinámico total.
Las no linealidades se manifiestan a través del punto de compresión de 1 dB, la distorsión de la segunda armónica y el TOI (punto de intercepción de tercer orden).
¿Que es el ruido de fase?
El ruido de fase de una forma de onda se refiere a fluctuaciones breves y rápidas en la frecuencia, que en la pantalla de un analizador de espectro se perciben como una distorsión o vibración de la forma de onda. El ruido de fase dispersa la potencia de una señal hacia frecuencias adyacentes, generando bandas laterales de ruido, lo que debilita la potencia útil de la señal y reduce su calidad. Una señal débil puede desaparecer dentro del ruido de fase de una señal adyacente más fuerte.
El ruido de fase en el dominio de la frecuencia corresponde al jitter en el dominio del tiempo; una fluctuación en la frecuencia también implica una desviación en el momento en que ocurre el borde de una señal.
La causa del ruido de fase (y del jitter) son las irregularidades en el desempeño del oscilador que genera la señal.
Un oscilador ideal generaría una onda sinusoidal pura, en la que toda la potencia de la señal estaría concentrada en una sola frecuencia. Sin embargo, todos los osciladores reales presentan inestabilidades que provocan componentes de ruido por modulación de fase. Estos componentes de ruido de fase dispersan la potencia de la señal hacia frecuencias adyacentes. El ruido de fase de los osciladores suele incluir ruido flicker de baja frecuencia y puede incluir también ruido blanco. El ruido de fase describe la estabilidad de un oscilador en el dominio de la frecuencia, mientras que el jitter describe su estabilidad en el dominio del tiempo.
El ruido de fase puede medirse utilizando un analizador de espectro, siempre que el ruido de fase del dispositivo bajo prueba sea mayor que el del oscilador local del analizador de espectro.
El ruido de fase inherente del analizador de espectro limitará la capacidad de realizar mediciones de ruido de fase y afectará las mediciones de magnitud del vector de error (EVM) en señales con modulación digital, especialmente en señales de banda estrecha.
Algunos analizadores de espectro ofrecen osciladores de mayor precisión como opción adicional (de costo extra) para mejorar la sensibilidad en las mediciones de ruido de fase.
