manual analizador de espectro agilent r3131
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INDICE
lntroducclon 4Glosario 5A. ANALIZADOR DE ESPECTRO 8B. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD 9C. REQUERIMIENTOS DE ENERGIA 9
..
ANALIZADOR DE ESPECTRO
1. conceptos, caracteristicas y descrlpclon del analizador de espectro R3131A ................................................................................................................ 10
1.1. INTRODUCCION AL ANALISIS ESPECTRAL 111.1.1. Analisis del movimiento ondulatorio 111.1.2. Representaclon espectral de una sefial sinusoidal.. 14
1.2. MODULACION EN AMPLITUD 191.2.1. Frecuencias laterales 201.2.2. Descrlpclcn rnaternatlca 211.2.3. Ancho de banda 23
1.3. MODULACION EN FRECUENCIA 241.3.1. Frecuencia central y aslqnaclon de ancho de banda 261.3.2. Porcentaje de modulaclon r 261.3.3. Relacion de desviaclon 26
1.4. DESCRIPCION DEL ANALIZADOR DE ESPECTRO R3131A 291.4.1. Tablero frontal 291.4.2. seccton de medidas 301.4.3. Seccion de datos 311.4.4. secctcn de marcadores 321.4.5. Seccion de controles 331.4.6. secclon mlscelanea 34
2. PRAcTICAS 35Practica 1. Autcdlaqnostlcc 34Determinar que los sistemas del analizador de espectro esten en 6ptimas condiciones.
Practica 2. Manejo basi co del analizador de espectro Tektronix R3131A 38Introducci6n al manejo del analizador de espectro R3131A.
Practica 3. Calculo del ancho de banda 47Calcular el ancho de banda ocupado de una sefial de radio FM
Practica 4. Distorsion arrnonlca 51Visualizar el espectro de frecuencia de las componentes arm6nicas de una senal,Practica 5. Sintonizacion de una serial de radio AM 60A traves del analizador de espectro visualizar las bandas laterales y calcular el indice de
modulaci6n de la serial AM.Practica 6. Midiendo la relaclon Audio-video de un canal de television .........64A traves del analizador de espectro visualizar el espectro de frecuencia de audio y de
video que componen una sefial de televisi6n.Practica 7. Sintonizacion de una sefial de celular 69Sintonizar las sefiales correspondientes a la banda de telefonia celular.
Practica 8. Preparando un disco para guardar datos 71Aprender a utilizar el dlsposltivo de almacenamiento de datos del analizador de espectro.
CONCLUSIONES 75
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 76
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2ANALIZADOR DE ESPECTRO
INDICE DE FIGURAS Y TABLAS.
Figura 1. Analizador de espectro 8Figura 2. Movimiento ondulatorio periodlco 11Figura 3. Fasor 14Figura 4. Onda senoidal en el dominio de la frecuencia 15Figura 5. Espectro de rayas de una serial en forma unilateral 16Figura 6. Representaci6n Fasortal-metodo de Euler 17Figura 7. Espectro de rayas de una serial en forma bilateral. 18Figura 8. Informacion que contiene la serial de audio 19Figura 9. Espectro de frecuencia de una serial modulada en amplitud 20Figura 10. Circuito rrrodulador en amplitud 21Figura 11. Sefial portadora 24Figura 12. Senal moduladora 24Figura 13. Circuito modulador en frecuencia 24Figura 14. Sefial modulada en frecuencia 25Figura 15. Analizador de espectro Tektronix R3131A 28Figura 16. Tablero frontal, 29Figura 17. Seccion de medidas 30Figura 18. Seccion de datos : 31Figura 19. seccton de marcadores 32Figura 20. Seccion de control. 33Figura 21. Seccion miscelanea 34Figura 22. Teclado de entrada y control de datos 34Figura 23. Oallbraclon en proceso 36Figura 24. Oalibraclon completada 36Figura 25. Analizador de espectro R3131 A 37Figura 26. Pantalla inicial del analizador de espectro 39Figura 27. Marcador en el pico de RF 42Figura 28. Marcador situ ado a una frecuencia de 992 Mhz 43Figura 29. Diferencia de frecuencia entre el pico de la serial y la marca debajo de .ella 44Figura 30. Espectro de radio ditusion comercial 46Figura 31. calculando el ancho de banda .48Figura 32. Ancho de banda ocupado y frecuencia central. .49Figura 33. Analizador de espectro 50Figura 34. Confiquracion del equipo de prueba 52Figura 35. Espectro de la frecuencia central a la izquierda de la pantalla 53Figura 36. Espectro del segundo arrnonico ados veces la frecuencia fundamental 53Figura 37. Espectro del tercer arrnonico a tres veces la frecuencia fundamental 54Figura 38. Espectro del cuarto arm6nico a cuatro veces la frecuencia fundamental 54Figura 39. Espectro de la frecuencia fundamental centrada en 6 Mhz 55Figura 40. Marcador situado en el pico de la sefial, 56Figura 41. Espectro del segundo arm6nico centrado en la pantalla 57Figura 42. Espectro del tercer arrnonico centrado en la pantalla 57Figura 43. Espectro del cuarto arm6nico centrado en la pantalla 58Figura 44. Generador de sefiales conectado al analizador de espectro 59Figura 45. Espectro de frecuencia de una serial de amplitud modulada 61Figura 46. Porcentaje de rnodulacton de una sefial AM 62Figura 47. Conflquracion del equipo de prueba 63Figura 48. Portadora de video de una senal de television 65Figura 49. Portadora de audio de una serial de televisi6n 66Figura 50. Portadora de audio y video 67
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3AUZADOR DE ESPECTRO
Fgura 51. Nivel de la portadora de video 67Figura 52. Nivel de la portadora de audio 68Figura 53. Espectro de frecuencia de una senat celular 69Figura 54. Ancho de banda de una serial celular 70Figura 55. Sintonizaci6n de una sefial celular 70Figura 56. Menu para salvar los datos en pantalla 72Figura 57. Submenu mostrado al salvar SAVE ITEM 72Figura 58. Abriendo archivos guardados 74
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~ALIZADOR DE ESPECTRO..
4
INTRODUCCION.
En este trabajo se presenta un manual de practlcas para el laboratorio y taller decomunicaciones electr6nicas.
La presente tesina se divide principalmente en dos partes. La primera parte es la parte
teo rica don de se revisan los conceptos te6ricos sobre el analisis espectral como son la
Modulaci6n en Amplitud, la Modulaci6n en Frecuencia y se presentan las caracterfsticas del
analizador de espectro R3131 A.
La segunda parte consiste en un conjunto de 8 practicas en las cuales se revisan el
autodiagn6stico del analizador de espectro R3131 A, el manejo basico del analizador de
espectro R3131 A, se realizan medidas de ancho de banda, se visualizan las componentes
armonicas de una serial senoidal, sintonizaci6n y visualizaci6n de una sefial de radio
Modulada en Amplitud, vlsuallzaclon de el espectro de audio y video que forman la serial de
television, visualizaci6n de el espectro perteneciente a una sefial.de telefonfa celular y comopreparar un disco para guardar los datos obtenidos utilizando la unidad de almacenamiento
de datos del analizador de espectro.
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..5ANALIZADOR DE ESPECTRO
Glosario.
ALTA FRECUENCIA-High frequency: Designaci6n para la banda de frecuencias
comprendida entre 3 y 30 Mhz.
ALTAVOZ-Loudspeaker: Traductor de potencia electrica a potencia acustica.
AM I FM. AM I FM: Abreviatura que indica que un receptor de radio u otro equipo esapto para trabajar con seiiales tanto de modulaci6n de amplitud (AM) como de frecuencia
modulada (FM).
AMPLIFICADOR- Amplifier: Unidad que aumenta el nivel de una serial.
AMPLIFICADOR DE AUDIO-Audio Amplifier: Aparato que permite amplificar las
seiiales de audio producidas por cabezas fonocaptoras (pastillas), micr6fonos, cabezas
lectoras de sonido en magnet6fonos, etc.
AMPLIFICADOR D!= CLASE A - Class-A amplifier: Amplificador en el que cada
transistor que 10conforma permanece activo durante todo el ci910de una senal.
AMPLIFICADOR DE CLASE B - Class-B amplifier: Amplificador en el que al aplicar
una serial, cada dispositivo permanece activo durante aproximadamente medio cicio.
AMPLIFICADOR DE CLASE C - Class-C amplifier: Amplificador transistorizado en el
que cada disposltlvo permanece activo durante un tiempo menor que un semiciclo.
AMPLIFICADOR DE FRECUENCIA INTERMEDIA - IF amplifier: Secci6n de un
receptor superheterodino que amplifica las sefiales una vez convertidas al valor fijo de FI
por el convertidor de frecuencia.
AMPLIFICADOR DE RF - RF amplifier: Amplificador que incremento la tensi6n 0
potencia de las sefiales de RF a la frecuencia portadora.
AMPLIFICADOR LINEAL - Linear amplifier: Amplificador en el que existe una
relaci6n lineal entre los parametros de entrada y los de salida.
AMPLITUD - Amplitude: En un sentido generico, dfcese de la magnitud de una onda
o cantidad de variaci6n peri6dica 0 alterna.
AMPLITUD DE ONDA - Wave Amplitude: Magnitud de la variaci6n maxima de una
caracterfstica (tensi6n, corriente) de la onda respecto a cero. Valor de pico de una onda.
ANALIZADOR DE ESPECTROS - Spectrum analyzer: Analizador autornatlco de
ondas que incorpora una unidad de indicaci6n visual. Receptor de barrido cuya pantalla
muestra un grafico de sefiales y sus anchos de banda respecto a una frecuencia
especffica.
ANALOGICO. Analog - Analogue: Perteneciente a datos representados en forma de
cantidades ffsicas continuamente variables. Este concepto contrasta con el digital.
-
ANALOGICO-DIGITAL. A I D: Conversion de las tensiones y corrientes analoqicasrocedentes de un sensor para su representaclon digital.
ANCHO DE BANDA-Bandwidth: Frecuencia ala cualla ganancia de un amplificador
o cualquier otro circuito se reduce en 3 dB de su valor de corriente continua. I Extensiondel espectro 0 gama de frecuencias comprendidas en cierta banda. I Banda defrecuenclas que puede ser reproducida por un amplificador.
ANTENA - Antenna, aerial: Dispositivo (hilo, varilla 0 parabola) destinado a
nterceptar las ondas de radio y transformar los campos electromaqneticos en sefiales.e ectricas.
ANTENA ROMBICA-Rhombic antenna: Antena direccional en forma de rombo
horizontal que es excitada por uno de los vertices.
ARMONICO-Harmonic: Componente arrnonica de una onda periodlca cuya
frecuencia es multiple entero de la frecuencia fundamental.
ATENUACION-Attenuation: Disminucion de nivel expre'sado en dB. I Perdida deamplitud de una serial.
ATENUACION DE ONDA- Wave Attenuation: Disminuclon de amplitud de una onda.
AUDIO-Audio: Palabra latina empleada para calificar un disposttivo que utiliza
cualquier frecuencia 0 serial comprendida en el espectro audible, es decir, de 20 a 20.000
Hz aproximadamente.
AUDIOFRECUENCIA-Audio frequency: Banda de frecuencias, comprendida entre 20
y 20.000 Hz, que es audible por el ser humano.
Banda de frecuencias: Porcion del espectro radloelectrlco que contiene un conjunto
de frecuencias determinadas.
Espectro radloelectrico: EI espacio que permite la propaqacion sin gufa artificial de
ondas electromaqneticas cuyas bandas de frecuencias se fijan convencionalmente por
debajo de los 3,000 Gigahertz.
Frecuencia: Nurnero de ciclos que por segundo efectua una onda del espectro
radioelectrico
Hertz: Denominacton de la unidad de frecuencia definida por la relaclon cicio/segundo.
Interferencia: Efecto de una energfa no desea da debida a una 0 varias emisiones,
radiaciones, inducciones 0 sus combinaciones sobre la recepci6n de un sistema de
radiocornunlcacion, que se manifiesta como degradaci6n de la calidad, falseamiento 0
perdida de la informaci6n que se poora obtener en ausencia de esta energfa no deseada.
Potencia autorizada: Potencia maxima permitida para que se opere una estaci6n
radioelectrica, la cual se especifica por la Secretarfa en la autorizacion de la estacion.
6
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7AHAUZADOR DE ESPECTRO ..
Radiocomunicaci6n: Toda telecornunicacion transmitida por medio de ondas
radioelectricas.
Servicio de radiodifusi6n 0 difusi6n de senates: Servicio de radiocornunicacion
cuyas emisiones se destinan a ser recibidas directamente por el publico en general.
Telecomunicaciones: Toda emislon, transrntslon 0 recepclon de signos, sefiales,
escritos, irnaqenes, voz sonidos 0 informacion de cualquier naturaleza que se etectua a
traves de hilos, radioelectricidad, medios optlcos, ffsicos, u otros sistemas
electrornaqneticos.
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8UIAUZADOR DE ESPECTRO
A. Analizador de espectro.
Un analizador de espectro es, esencialmente, un receptor de radio en el que cuando
onizamos una frecuencia aparece dibujada en la pantalia la potencia de la selial
centrada en el valor de frecuencia sintonizado. Es decir, nos muestra el espectro de la serial.
Figura. 1 Analizador de espectro.
Caracteristicas principales. [1]
1) Rango de frecuencia de: 9 Khz a 3 Ghz.
2) Frecuencia de SPAN: 50 Khz a 3 Ghz.
3) Funci6n de contador de frecuencia con resoluci6n de 1 Hz.
4) Funci6n para medir el ancho de banda ocupado.
5) Funci6n de Guardar y leer datos que pueden ser almacenados y editados en u
formato de texto.
6) Una unidad de disco de 3.5 el cual puede ser usado para guardar la imagen de la
pantalla en un formato BMP.
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9MAUZADOR DE ESPECTRO
B. Condiciones de seguridad. [1]
Para asegurar la protecci6n del analizador de espectro y para minimizar el riesgo de
anos al instrumento, deben observarse las siguientes advertencias.
1) Debe usarse en una temperatura ambiente de 0 a +50c
2) Humedad relativa del 85 % sin condensaci6n.
3) En un area libre de gases corrosivos.
4) Lejos de la exposici6n directa de la luz del sol.
5) En un area libre de polvo.
6) En un area libre de vibraciones.
7) Nunca debe conectarse sefiales con mas de 20 dB 0 30 VCD
C. Requerimientos de energla. [1]
Operaci6n a 127 VCA Operaci6n a 220 VCA
Rango de voltaje de90 Va 132 V 198 a 250 VCA
entrada
Rango de frecuencia 48 Hz a 66 Hz
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ol..ZADOR DE ESPECTRO
.. Conceptos, caracterfsticas y descrlpclon del analizador de espectro R3131 A.
En todos los arnbitos de estudio de la senal, nos podemos encontrar con diversos
~5 de ondas: peri6dicas, no peri6dicas, deterministas, estocasticas, portadoras,
--:.; adas, sinusoidales, cuadradas, triangulares, rectificadas de media onda, rectificadas
- :"'da completa, irregulares ...Para poder caracterizar una onda, y posteriormente extraer
- aenidas conclusiones sobre 10 que queremos hacer con ella, se dispone de una multitud"'strumentos. Si estamos interesados en conocer las caracterfsticas de la serial con
sscecto al tiempo se disponen de osciloscopios, ya sean anal6gicos 0 digitales. De esta
ma, podremos ser capaces de obtener caracterfsticas tales como la forma de la serial, su
amo tud, su fase, su evoluci6n en el tiempo, el posible retraso respecto a otra serial, etc.
Ahora bien, si estamos trabajando con senates peri6dicas y queremos conocer las
- '"'"'ponentesen frecuencia de las mismas, sus niveles de potencia, la representaci6n en el
E'"'1PO, por medio de osciloscopios, no nos sirve de gran ayuda. En estos casos se
r ecesttan instrumentos de medida que se denominan analizadores de espectro, tanto
a:--ar6gicoscomo digitales.
Toda serial peri6dica se puede descomponer como una suma de ondas senoidales,
- ~/as amplitudes y frecuencias son obtenidas a partir del anal isis de Fourier. De esta forma,
__alquier serial puede representarse como una suma infinita de sus 0 componentes en
.;ecuencia. Se denomina espectro de frecuencias de una serial a esta descomposici6n, en
'''ecuencia, de la serial que se expresa como una serie de Fourier. La forma de representar
;raficamente este espectro es, mediante los clasicos ejes de coordenadas, asignando el
.aior de las frecuencias al eje de abscisas y dibujando la amplitud de los mismos en el eje
de coordenadas.
Matematicamente es posible obtener el espectro en frecuencia de sefiales peri6dicas
'elativamente complejas, y es posible representar, graficamente con papel y laplz, dichas
:omponentes. Si la complejidad de la serial va en aumento, el calculo de la serie de Fourier
se va haciendo mas y mas diffcil y tedioso. Para evitar este esfuerzo y para facilitar la
~epresentaci6n del espectro de frecuencias de cualquier serial se crearon los analizadores
de espectro, los analizadores de Fourier y los analizadores de onda.
,
'.~.
't,
10
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11
.uIAUZ.AOOR DE ESPECTRO ..
1.1. Introducci6n al analisis espectral.
1.1.1. Analisis del movimiento ondulatorio. [5]
La ecuaci6n general de un movimiento ondulatorio se puede escribir: x = f(t) y al ser decaracter peri6dico verifica que: f(t) = f(t+P), siendo P el periodo.
Tomado por ejemplo la ecuaci6n de movimiento descrita por la ecuaci6n:
.t = Asenwt +Bsen2wt Siendo w la frecuencia [1]
Que representa la superposici6n de dos movimientos ondulatorios simples cuya
grafica es:
2P
x = A sen \o\It }x = B sen 2'III't x = A sen wt + B sen 2wt
Figura 2. Movimiento ondulatorio peri6dico.
Sumando a la ecuaci6n [1] terminos de la forma sen nwt 6 cos nwt se obtiene un
desplazamiento peri6dico en x, de periodo Pyla forma exacta depende del nurnero de
funciones sene y coseno que se sumen y de sus amplitudes relativas.
Vemos as! que sumando movimientos ondulatorios simples cuyas frecuencias son
multiples de una fundamental y cuyas amplitudes sean seleccionadas correctamente, se
puede obtener cualquier funci6n peri6dica arbitraria. La inversa tambien es verdadera, y
constituye el Teorema de Fourier, cuya formulaci6n es:
Una funci6n peri6dica de periodo P = 2n puede expresarse como la suma:w
x = f(t) = ao + al cos wt + a2 cos 2wt + ... + an cos nwt + b.senwt + b2sen 2wt + ...+ bnsennwt [2]
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ANAUZADOR DE ESPECTRO
La frecuencia w se llama frecuencia fundamental y las 2w, 3w,..., nw se denominan
arrn6nicos.
Es fundamental la obtenci6n de los coeficientes de cada uno de los terminos ya que
oeterminaran la amplitud de cada arm6nico de forma que la suma total de todos los
obtenidos proporcione la funci6n original. Para la obtenci6n de los coeficientes an y bn,
uarnados coeficientes de Fourier, se emplea el siguiente razonamiento:
Para obtener el coeficiente an se multiplican ambos miembros de la ecuaci6n [2] por
cosnwt con 10que se obtiene:
cosnwif(t) = ao cosnwt + al coswtcosnwt + a2 cos2wtcos nwt + ...+ an cos" nwt +b,senwt cosnwt + b2 sen2 wt cosnwt + ...+ bnsennwt cosnwt
Integrando ambos miembros de la ecuaci6n en el intervalo [0, P]:
p p p p
fcosnwif(t)dt = fao cosnwtdt + fal coswtcosnwt + ...+ fa" cos? nwt +o 0 0 0
p p p
+ fblsenwt cosnwt + fb2sen2wt cosnwt + ...+ f bnsennwtcosnwt.000
En este desarrollo se obtiene terminos cuyo integrando corresponde a uno de los
siguientes:
1. - am cosmwt cosnwt
2. - bmsenmwtcosnwt
3. - an cos2nwt
Veremos como los de la forma 1 y 2 son nulos y el de la forma 3 es el que permite
obtener el valor de an.
Calculo de la integral de los termlnoe de la forma 1.p p
f Am cosmwt cosnwtdt = am f[cos(m - n)wt + cos(m + nwt )}it =o 2 0
Se ha empleado la sustituci6n: cos(mx - nx) + cos(mx + nx) = 2 cosmx cosnx
[p p ] [( ) IP ( ) IP]a a sen m - n wt sen m + n wt
_!II_ fcos(m - n)wtdt + fcos(m + n)wtdt = _!II_ _ + =2 0 0 2 m n 0 m+n 0
21lPar que P = - y senO = 0
(J)
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13
ANALIZADOR DE ESPECTRO
am [sen(m - n)2:r + sen(m + n)2:r] = 02 m-n m+n
Esto explica que todos los terminos de esta forma son nulos incluido el termino del
coeficiente ao que es el caso trivial de que el factor m sea m = o.
Calculo de la integral de los termlnos de la forma 2.
P b Pfbmsenmwtcosnwtdt = ~ f[sen(m + n}wt + sen(m - n)wt]dt =o 2 0
Se ha empleado la sustituci6n: sen(mx + nx)+ sen(mx -nx)wt = 2senmx cosnx
[p P ] [ ( }w IP ( ) IP]b b - cos m + n t - cos m - n wt~ fsen(m + n)wtdt + fsen(m - n}wtdt = ~ + _ =
2 0 0 2 m+n 0 m n 0
2:rPorque P=-
w
bill[1-cos{m + n)2:r + cos0 + - cos{m - n )2:r + cos0] = 02 0 m+n m-n
Por 10 cual todos los terrnlnos de esta forma son nulos.
calcuto de la integral de los termlnos de la forma 3.
EI terrnino an cos?nwt es unlco y su valor es:
P P
fan cos2 nwtdt = an ~1+ COS 2nwt Wt =020
.", 2 1+2cos2nwtSe ha empleado la sustltuclon: cos nwt = ----~2
a [Pf Pf ] a [ sen2n2:r] a P__.!!_ dt + cos2nwtdt = __.!!_ P + = _n_2 0 0 2 2n 2
As! pues, elirninando los terrninos nulos se tiene:
Pf a Pcosnwtf(t)dt = _n_o 22 P
Ydespejando: an = - f cosnwtf(t)itPo
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ANALIZADOR DE ESPECTRO
Para la obtenci6n de los coeficientes bn se utiliza el mismo proceso peromultiplicando ambos miembros de la ecuaci6n [2] por sen nwt.
EI Teorema de Fourier enuncia: "un movimiento ondulatorio pertodico puede
expresarse como una superposlclon de movimientos ondulatorios armenlcos de
frecuencias multiples de una frecuencia fundamental". [6]
EI metoda de Fourier es util no solo para el analisls de curvas peri6dicas, sino para
curvas no peri6dicas, ya que basta suponer que la curva se extiende en el infinito y que este
ntervalo corresponde a un solo periodo. La diferencia esencial es que en lugar de analizar la
curva en un espectro-dlscreto de frecuencias Wt 2w, 3wt t nw, se analiza en un espectro
continuo.
1.1.2. Diagrama fasorial y representaclcn espectral de una seiial
sinusoidal.
Considerando una onda sinusoidal arbitraria es equivaJente escribir:
x(t)= A cos (wt +
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15
AHALIZADOR DE ESPECTRO
EI vector descrito puede representarse en el dominio de la frecuencia, mediante un
s stema cartesiano con la frecuencia en las abcisas y en las ordenadas separadamente la
amplitud y la fase, obteniendo asl el espectro de rayas de la Figura en el que se representa
una sinusoide de frecuencia fo y de fase inicial 0. La fase inicial se toma como la diferencia
temporal entre la sinusoide descrita y la funci6n cos wt.
AMPLITUD
1 jAo fo
FASE
1oFigura 4. Onda senoidal en el dominlo de la frecuencia.
En general en los anallsis de senates y la construcci6n de espectros de rayas se
adoptan los siguientes convenios:
1. La variable independiente es la frecuencia y se representa en las abcisas.
2. Los angulos de fase inicial se referencias respecto a senales cosenoidales, esto
quiere decir que para representar senales sene se tornara en cornplernentario del coseno:
sen wt = cos (wt - pi/2).
3. Los angulos de fase se miden en radianes.
4. Las amplitudes son siempre numeros reales positivos.
Por ejemplo, tornando la senal:
x(!) = 3 + 4 sen (2TT 15 t + TTI2) - 5 cos ( 2TT 25 t) + 2 cos ( 600 t + 30)
La transformaci6n segun los puntos descritos sera:
x(t) = 3 + 4 cos (2TT 15 t - TT/6) + 5 cos ( 2TT 25 t - TT) + 2 cos (2p 600 tl2TT + TT/6)
Se ha tornado w = 2 rt f siendo f la frecuencia en Hz.
Y su representaci6n en amplitud y fase es:
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16
DE ESPECTRO
AMPUTUD FASE
J3 r r r )1/6 15 2515 25 GOO(2)1 f 0 SOD(2)1 f-)1/6-)1
Figura 5. Espectro de rayas de una senal en forma unilateral.
Esta representaci6n es unilateral 0 de frecuencias positivas. Otra forma de
....,esentaci6n es la bilateral 0 de frecuencias positivas y negativas, que se basa en la
I'n ciOn de Euler para numeros complejos que se describe a continuaci6n.Un numero complejo admite la siguiente representaci6n exponencial:
p eXY = p (cos z +j sen z)
En la que z representa el argumento y p el m6dulo.
Realizando la suma:
. _"( .) 1 {cosz + Jsenz)2+ 1e" + e XJ = cosZ + jsenz + = _'_~---"'--__L----c--(cosz+ jsenz) (cosz+ jsenz)
Xi =xt cos? z=seni z + 2coszjsenz+ 1 2cos2 z+2coszjsenze' +e ' = = -------=----cosz + jsenz cosz + jsenz
Xi -st 2cosz{cosz+ jsenz) 2e ' + e "= = coszcosz+ jsenz
e" +e-Xjcosz=---
2
La representaci6n bilateral se puede escribir de la forma:
x(t) = A cos ( wt + e ) = M (e j (wt + f) + e -j (wt + f) )
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La amplitud de la selial viene determinada por la suma de dos fasores de igual
rtud pero con fases iniciales y velocidades angulares opuestas. En este caso para
lCIIltenerel valor de x(t) no es preciso realizar la proyecci6n del fasor sobre el eje de abcisas,
sma que viene dada por la suma de ambos fasores en el instante t.
x(t) = A cos (wt+9)o IE----+------.....,R:="e-::fe-rencia
- (wt+9') //./
/'
Figura 6. Representacion fasorial-metodo de Euler.
Este tipo de representaci6n es el mas c6modo para el anallsls matematico, pero
deben reseliarse las siguientes particularidades:
5. Las frecuencias negativas no tienen realidad fisica y se eliminan en una
representaci6n grafica normalizada.
6. La amplitud de las lineas es la mitad de la amplitud de la senal.
7. EI espectro de amplitud es simetrico respecto al origen y el de fase
antislmetnco.
En general el espectro de amplitud sera el mas utilizado en analisis espectral, Este
indica que frecuencias estan presentes y en que proporci6n relativa. La completa
identificaci6n de la selial requiere el conocimiento de los espectros de amplitud y de fase,
pero en nuestro caso el de fase es rara vez usado.
La siguiente figura muestra el mismo ejemplo que se represent6 en un diagrama
unilateral, esta vez en el diagrama bilateral. La ecuaci6n es:
x(t) = 3 + 4 cos (2TT15 t - TT/6) + 5 cos ( 2rr 25 t - TT) + 2 cos (2rr 600 tl2TT+ TT/6)
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18
AMPLITUD
2.512 r 2 12.511 _ I ~ I _
- 600/2)1' -25 -15 0 15 25FASE
600/2)1' f
~ 600/2)1'
)T
25-)1'1E
-25 600/2)1' f
-)1'
Figura 7. Espectro de rayas de una senal en fonna bilateral.
-
~R DE ESPECTRO
1.2. Modulaci6n AM.
19
La modulaci6n es el proceso de mezclar dos seriales electricas, una de baja
~encia y otra de alta frecuencia. Ala serial de baja frecuencia se Ie denomina serial
moduladora y a la de alta frecuencia serial portadora. Haciendo variar la amplitud de la serial
portadora, de acuerdo a la amplitud de la serial modulante, obtenemos una serial modulada
en amplitud. A este proceso se Ie llama modulaci6n en amplitud. [4]
Si una onda portadora se modula en amplitud, su amplitud queda obligada a variar de
acuerdo con el valor lnstaritaneo de la serial moduladora. La diferencia de frecuencia entreIs onda portadora y la serial moduladora es normalmente mucho mayor esta en el orden delos miles de hertz.
La amplitud de la onda portadora modulada puede verse claramente que varia entre
un valor maximo, que en general es mayor que la amplitud de la onda sin modular, y un
valor minimo, que es menor que la amplitud de la onda sin modular.
.....-. Tp =..!...." F
~) ONDA PORT ..OORA Vp1~ Tm=- _.....,
vm-~ f
Tp _ 1 IF Io----oi
c) ONOA MOCULADAFigura 8. Informacion que contiene la senal de audio.
-
20....uzM)()R DE ESPECTRO
1.2.1. Frecuencias laterales.
Cuando una onda portadora sinusoidal esta modulada en amplitud, cada componente
de frecuencia de la serial moduladora da lugar ados frecuencias en la serial modulada, una
per encima de la frecuencia portadora y otra por debajo. Cuando la serial moduladora es
I6lB onda sinusoidal denotada por fa la onda portadora modulada contiene tres frecuencias:
a) La portadora fc. .
b) La frecuencia lateral inferior (Jc - fa)
c) La frecuencia lateral superior (Jc + fa)
Las dos nuevas frecuencias son las frecuencias laterales superior e inferior, y estan
9 almente separadas a cada lado de la frecuencia de la portadora en una cantidad igual a
s frecuencia de la serial moduladora.
Figura 9. Espectro de frecuencia de una sefial modulada en amplitud.
-
ANAUZADORDEESPECTRO
vi10V+V
V2 C2r~1'r
21
C3.10ur
RS2k
Rl20k R210k
Figura 10. Circuito modulador en amplitud. [4]
Donde
fa = es la frecuencia del tono de audio.B = es el valor pico de la serial moduladora.
1.2.2. Descripci6n matematlca, [4]
La descripci6n matematica de la onda portadora no modulada es:
Asen27if,,1 (3)
Donde
fc = es la frecuencia portadora.A = es el valor pico de la portadora sin modular.Podemos tomar un tono de audio unico y considerarlo como la serial moduladora y
representarlo de la siguiente forma rnaternattca:
Bsen2tifi
Q1NPN
R310k R410k
(4)
La onda modulada se representa matematicamente como el producto:
(A + Bsen2tifal) (sen27(,,/) (5)
-
22MAUZADOR DE ESPECTRO
Factorizando, se obtiene:
A( 1+ ~ sen27Tfi }sen27Tfet )En funci6n del voltaje, se obtiene:
v = Ve( 1+ ~ sen 27TfJ)
(6)
(7)
Donde
Vc = Es el voltaje pico de la portadora no modulada representada por A hasta ahora.Utilizando la identidad trlqonornetrlca:
(senXXsenY) = tcos(X - Y)- tcos(X + Y)La ecuaci6n que describe la onda modulada por amplitud se escribe como sigue
v = Vesen27Tfet + m Ve cos 2tr(fe - fa )t - m V cos 2tr(fe + fa ~2 2
(8)
Donde m se llama factor de modulaci6n y se define como:
(9)m = Valor pico de la senal moduladoraValor pico de la portadora no modulada
De acuerdo con la ecuaci6n (2.6) que describe la onda modulada por amplitud, se ve
que esta tiene tres componentes: uno a una frecuencia fe' uno a una frecuencia t,+ fa Yuno a una frecuencia I,- fa
= serial portadora.
( m;e ) cos 2tr(Jc - fa )t = banda lateral inferior modulada.(m ;c ) cos 2tr(Je + fa)t = banda lateral superior modulada.Cuando se expresa como porcentaje este se conoce como porcentaje de modulaci6n,
M (10)
EI porcentaje de modulaci6n puede variar entre 0 y 100% sin distorsi6n, si se
incrementa a un porcentaje mayor de 100%, el resultado es distorsi6n, acornpariada de
frecuencias extranas.
-
23
ANALIZADOR DE ESPECTRO
1.2.3. Ancho de banda.
EI ancho de Banda es el range de frecuencias que se transmiten per un medio. Se
define como BW = Frecuencia Maxima - Frecuencia Minima (aritrnetica). Por ejemplo en BWtelefonico esta entre 300Hz y 3400Hz, el BW de audio perceptible por el oldo humano esta
entre 20Hz y 20,000Hz.
A menudo el ancho de banda se simboliza mediante un unico nurnero cuando la
frecuencia baja esta bastante proxima a cero. Por ejemplo, el ancho de banda de la voz
humana se situa en torno a los 9 kHz, aunque realmente puede estar en el range que va
desde los 200 Hz hasta los 9 kHz.
Para las transmisiones de amplitud modulada la banda de frecuencias comprende de
los 540 a 1600 Khz. Con un ancho de canal de 10Khz para cada estaclon.
-
24ANAUZADOR DE ESPECTRO
1.3. Modulaci6n de frecuencia.
La modulaci6n en frecuencia se desarrollo para eliminar el ruido que acompaJ'laba la
serial deseada; cuando se utilizaba la modulaci6n en amplitud.
Cuando se modula una portadora por frecuencia, la informaci6n se coloca en esta al
variar su frecuencia mientras su amplitud se mantiene fija. Cuando se recibe, las variaciones
de amplitud se eliminan antes de la desmodulaci6n sin afectar el contenido de informaci6n
guardado en las variaciones de frecuencia, con 10 que se elimina cualquier ruido que pudieraaparecer en forma de rnodulacion en amplitud de la portadora. [4]
La serial portadora no modulada se describe como:
A \ JI~
fc = Asenlstf, t (11)
II I I I1/
Figura 11. Senal portadora.
La serial moduladora 0 de audio se describe como.
(12)
Figura 12. Senal moduladora.
VeeHII------+ I:!
Figura 13. Circuito modulador en frecueneia.
-
25
ANAlIZADOR DE ESPECTRO
Figura 14. Senal modulada en frecuencia.
La frecuencia portadora I, variara en torno a una frecuencia de descanso fe y por
tanto:
fe = fe + !:J.fsen21l/i (13)La onda modulada por frecuencia tendra la siguiente descrfpclon:
v = Asen[21&(fe + !:J.fsen271/i )t ] (14)
!:J.f Es el cambio de frecuencia maximo experimentado por la onda modulada; se
llama desvlaclon de frecuencia. La variaci6n total de frecuencia, de la mas baja a la mas
alta, se conoce como oscllaclon de la portadora. Por 10 tanto, en una serial moduladora
cuyos picos positivos y negativos son iguales, tal como una onda senoidal pura, la osoilacion
de la portadora es igual ados veces la desviaclon de frecuencia.
!:J.f = desviaclon de frecuencia.Oscilacion de la portadora = 2 X desvlacion de frecuencia
indice de modulacion = m I = !:J.ffa
(15)
La Com is ion Federal de Telecomunicaciones (COFETEL) requiere que se utilice
modulacion de frecuencia como tecnlca de rnodulaclon en la banda de frecuencias entre 88
Mhz y 108 Mhz. Esta se conoce como banda de FM.
La modulacion de frecuencia tambien se asigna por mandato como tecnica de
modutacion requerida para la porcion de audio de la banda de transmision de TV.
La Cornlslon Federal de Telecomunicaciones establece una desviacion de frecuencia
maxima de 75 KHz para las transmisiones de FM en la banda de 88 a 108 Mhz y una
desviacion de frecuencia maxima de 25 Khz para la parte del sonido de las transmisiones de
television.
-
26~ALIZADOR DE ESPECTRO
1.3.1. Frecuencia central y asignaci6n de ancho de banda.
A cad a radiodifusora de FM en la banda de 88 a 108 MHz se Ie asigna un canal de
50 Khz. mas una banda de resguardo de 25 Khz. en los rnarqenes superior e inferior del
ancho de canal asignado por la FCC. Por tanto a cad a estacion se Ie asigna un ancho de
canal total de 200 KHz en la banda de radiodituston de FM, aunque esto puede variar en
algunos parses como el nuestro.
1.3.2. Porcentaje.de modulaci6n.
EI termino "porcentaje de modutaclon" es utilizado en referencia a FM se refiere a lare acton entre la desvlaoion de frecuencia existente y la desviaclon de frecuencia maxima
admisible. Por tanto, una modulaclon de 100% corresponde a 75 Khz en la banda comercial
de transmision de FM y ?l 25 Khz para la television.
Porcentaje de rnodulacion M = Ilfrea' XIOOIlfmaxilllo
(16)
EI anal isis de Fourier indica que el nurnero de frecuencias laterales que contienen unacantidad significativa de potencia, y por 10 tanto, el ancho de banda efectivo de la serial de
FM, depende del Indice de modulacion de la onda modulada Ilf .fa
1.3.3. Relaci6n de desviaci6n.
EI fndice de rnodulacion para el peor caso, en el que se utiliza la desviaclon maxima
de frecuencia permitida y la frecuencia de audio maxima permitida, se llama relectot: de
oesviecion. fomax = 25Khz para las bandas de 88 a 108 Mhz y de TV.
Relacion de desvlacion = Ilf MAXfaMAX
(17)
-
Un ANALIZADOR DE ESPECTRO realiza el anal isis de Fourier empleando un filtro
rechaza todas las frecuencias, excepto una banda muy estrecha de elias. La serial de
_racJa al instrumento es desplazada en frecuencia, mediante una senoide obtenida de un_Diaa()r de voltaje controlado de una frecuencia que varia continuamente entre un minimo
WI maximo prefijados, de forma que la frecuencia central del filtro sea recorrida por las
.... rroonentes de frecuencia de tnteres. En la pantalla del equipo solo se muestran las
CIDITlPOnentesde frecuencia, de la serial analizada, que coincidan con la del filtro de barrido.
COmo dispositivo de pantalla para mostrar la amplitud de cada arrnonlco de la serial seemp ea un tubo de rayos catodicos. Normalmente, se fabrican para mostrar sefiales en los
Emplear medidas con lnstrumentacion orientadas al dominio de la frecuencia trae
conslgo una serie de ventajas con respecto a las medidas en el dominio del tiempo. Entre
etas podemos destacar:
. Mayor sensibilidad en la medida en banda estrecha.
Reduccion del ruido introducido en la medida.
Eliminacion de interferencias en frecuencias no deseadas.
Posibilidad de filtrado de ciertas frecuencias.
. Facilidad para separar distintas senales.
Determinacion de su funclon de transferencia en el dominio de la frecuencia.
Ciertos sistemas estan orientados al dominio de la frecuencia, como el caso de
receptores y estaciones de radio, sistemas multiplexados por division de frecuencia. La
medida de la serial a estudiar es tan sencilla de hacer como conectar el analizador a la
fuente que genera dicha serial. Si la fuente de serial es el propio ambiente, 0 el espacio
'bre, basta con conectar a la entrada del analizador una antena que reciba las distintas
sefiales que existen en el entorno en ese momento. Evidentemente, hay que tener en
cuenta todas las posibles interferencias que se pueden inducir en la medida de la serial real
oe que se dispone (0 que se esta buscando).
27
-
28
ANALIZADOR DE ESPECTRO
Una vez ajustados los parametres necesarios en el instrumento de anallsis,
nicamente tendremos que visualizar la represtaci6n de la serial en el monitor 0 display del
analizador y extraer nuestras conclusiones.
La medida realizada sobre la serial puede ser, en un caso simple, la amplitud, y
frecuencia de una determinada linea espectral. En general, el contenido espectral de la
serial nos ofrece informacion sobre los arm6nicos, bandas de rnodulacion, respuestas
espurias, niveles de ruido y todo esto se puede estudiar a partir del analizador de espectros.
En cuanto a la representaci6n, los analizadores de espectro suelen trabajar con una
escala logaritmica, en decibelios, para el eje vertical y una escala lineal, para la
representaci6n de la frecuencia, en el eje de abscisas. Sin embargo, muchos de estos
equipos permiten trabajar con escalas lineales 0 logaritmicas en ambos ejes 0 con escala
Iogaritmica en el eje de frecuencias y lineal para el eje vertical.
Tras esta breve descripci6n del t1poy uso de diferentes jnstrumentos para el estudio
de las caracteristicas, en frecuencia, de cualquier serial, se pasa al analisis de un analizador
de espectro digital, el Tektronix R3131.
Figura 15. Analizador de espectro Tektronix R3131.
-
29ANALIZADOR DE ESPECTRO
1.4 Descripci6n del analizador del espectro R3131A. [1]
1.4.1. Tablero frontal.
2
7
4
5
3
Figura 16. Tablero frontal.
1. Pantalla de crista I liquido.
2. Bloque funcional activo, es el espacio sobre la pantalla que indica la funci6n activa.
Los valores de las funciones que aparecen en este bloque pueden ser cambiadas
con las teclas de datos (DATA), de pasos (STEP). 0 con el mando rotatorio.
3. Teclas de funci6n (SOFTKEYS). son funciones no etiquetadas pr6ximas a la pantalla
cuya funci6n aparecen anotadas sobre la pantalla.
4. Intensidad. EI bot6n de intensidad permite variar el brillo de la escritura en la pantalla.
5. Limpia el area activa de cualquier informaci6n mostrada.
6. Teclas para poder acceder a los submenus.
7. Bot6n de retorno.
-
30
ANALIZADOR DE ESPECTRO
1.4.2. Secci6n de medidas.
4
6
Figura 17. Secci6n de medidas.
1. Tecla FREQ. Se utiliza para activar la funci6n de frecuencia central y se tiene
acceso al menu de frecuencia. EI valor de la frecuencia central aparecera debajo de
la ultima linea de la retrcula.
2. Tecla SPAN. Activa la funci6n de rango que permite cambiar sirnetrlcamente el rango
de frecuencia a un lado y al otro de la central. EI range de frecuencia indica la
frecuencia total presentada. Para establecer el rango de frecuencia por divisi6n
horizontal de la reticula, dividir el rango entre 10.3. Tecla LEVEL. EI nivel de referencia es la potencia 0 tensi6n de amplitud
representada por la linea superior de la reticula de la pantalla. AI cambiar el nivel de
referencia cambia el nivel de amplitud absoluta de la linea superior de la pantalla (en
dBm).
4. Tecla SWEET LAMP. Nos indica a traves del parpadeo de un LED que un barrido se
esta efectuando.
5. tecla REPEAT. (star/stop).nos permite iniciar 0 detener un barrido.
6. tecla SINGLE. Realiza un solo barrido 0 exploraci6n.
7. Tecla TG. Permite seleccionar el modo de disparo para iniciar el barrido de
exploraci6n.
-
31
ANAUZADOR DE ESPECTRO
1.4.3. Secci6n de datos.
6
2 3 4
Figura 18. Secci6n de datos.
1. Teclas numericas: Este teclado-permite la introducci6n ~e valores exactos para la
frecuencia central, nivel de referencia, escala logaritmica, posiciones del marcador,
linea de presentaci6n y las funciones asociadas. EI nurnero puede incluir un punto
decimal. Si no se pulsa esta tecla, el punto decimal aparece al final del nurnero,
2. BK-SP (-). Se utiliza para borrar datos que se han introducido erronearnente 0 para
ingresar el signo negativo (-).
3. Teclas de unidades: Los datos nurnericos deben ir seguidos de una tecla de
unidades. Estas teclas cambian la funclon activa del modo indicado por la funci6n.
Por ejemplo, las teclas de unidades para el rango de frecuencias son Ghz, Mhz, Khz
YHz (rango cero) , mientras que las del nivel de referencia son +dBm y -dBm.
4. Tecla de paso (avance/retroceso) Las teclas de paso permiten aumentar 0
disminuir rapidamente el valor de la funci6n activa. La magnitud de cada paso
depende de la escala de medida del analizador 0 de un valor preestablecido. Cada
vez que se pulsa la tecla se produce el cambio de un paso. Para los parametres con
valores fijos, cada vez que se pulsa la tecla aparece el siguiente valor de una
secuencia ..
5. Mando rotatorio: EI mando rotatorio permite variar de modo continuo funciones tales
como la frecuencia central, nivel de referencia y posici6n del marcador. Tarnbien
sirve para variar los valores de las funciones que cambian solo a incrementos dados.
-
32
ANAUZADOR DE ESPECTRO
1.4.4. Secci6n de marcadores.
2
4 3
Figura 19. Secci6n de marcadores.
1. TECLA PK SRCH. Situa autornaticamente un marcador en la mayor amplitud de una
traza, presenta la amplitud y freeuencia del marcador.
2. TECLA MRK. Los mareadores son caracteres romboidales que se sitUan
directamente sobre una traza, identifican los puntos de las mismas y permiten
manipularla y eontrolarla en la pantalla. Durante el funeionamiento manual pueden
aparecer en la pantalla dos marcadores simultaneamente, pero solo se puede
eontrolar a uno de ellos. EI marcador que es controlado se llama marcador activo.
3. TECLA MEAS. Tecla para entrar al modo de medidas.
4. MKR. ~ Da aeeeso a otras teelas de funei6n para la transmisi6n de datos del
mareador directamente a otras funciones.
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33ANAUZADOR DE ESPECTRO
1.4.5. Secci6n de controles.
2
34
6 --------;:::. Secci6n de control.
1. TECLA BW (RBWNBW.) Permite cambiar manualmente el ancho de banda de FI del.analizador a 1 Khz, 3 Khz, 30 Khz Y 1 Mhz. A medida que disminuye el ancho de
banda de resoluci6n aumenta el tiempo de barrido para mantener la calibraci6n de
amplitud. (VBW) permite cambiar manualmente el ancho de banda del filtro post-
detecci6n del analizador de 30Hz a 3 Mhz, en pasos de 1, 3 y 10. a medida que
disminuye el ancho de banda de video, aumenta el tiempo de barrido para mantener
la calibraci6n de amplitud.
2. TECLA TRIGG. Fija las condiciones de disparo.
3. TECLA PAS/FAIL. Verifica que los niveles que se han calibrado sean los adecuados.
4. TECLA DISPLAY. Muestra la linea de referencia que se esta usando actualmente.
5. TECLA SWEEPT: Permite seleccionar manualmente el tiempo durante el cual el
analizador barre la gama de frecuencias presentadas. En cualquier gama de
frecuencias, el tiempo de barrido varia continuamente de 20 msg y 100 msg. AI
reducir el tiempo de barrido aumenta el numero de los mismos.
6. TECLA TRACE: Permite ver diversos modos de visualizaci6n de la traza en la
pantalla.
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34
ANAUZADORDEESPECTRO
1.4.6. Secci6n mlscelanea,
a
Figura 21. Secci6n miscelanea.
1. TECLA AUTO TUNE. Despliega el maximo pico de RF autornancarnente.
2. TECLA COUNTER .Muestra alguna frecuencia desconocida.
3. TECLA POWER MEASURE. Se utiliza para hacer mediciones de potencia de las
sel'lales de RF.
( )( )( LftIL )
CD (!) C!:)CD CD CD B='t!l CD CD E):000m
Figura 22. Teclado para entrada y control de datos.
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35
ANALIZADOR DE ESPECTRO
Practica 1. Autodiagnostico.
OBJETIVO: Comprobar que los sistemas del analizador de espectro esten en
6ptimas condiciones.
DESCRIPCION DE LA PRAcTICA.
En e5ta practica 5e descrlben los pasos que se deben seguir para verificar las
funciones con las que cuenta el analizador de espectro, esto consiste en utilizar la funci6n
de autodiagn6stico en d~nde el analizador de espectro realiza una auto evaluaclon de sus
funciones mostrando las pruebas y los resultados en la pantalla.
DESARROLLO.
1. Pulsar el boton de encendido (POWER) en la posicion ON.
2. Esperar 30 minutos despues de haber inicializado el analizador antes de usarlo para
asegurar una correcta precision en sus medidas.
3. Pulsar SHIFT. Permite acceder a funciones adicionales. Se activan las teclas
marcadas en azul.
4. Pulsar CONFIG (PRESET). Regresa a el analizador a su valores de catibraclon en
fabrica.
5. Pulsar SHIFT y O. Esto para acceder al menu de callbraclon, en la pantalla se
desplegara el menu de autodiaqnostico que 5e reallzara.
6. Pulsar en las teclas de menu la operon EXECUTE SELF TEST. En la pantalla se
desplegaran las 99 pruebas que se realizaran en donde se verifica el estado del
analizador de espectro. Cuando se esta verificando un elemento del analizador 5e
muestra la leyenda checking, al terminar la verlttcacion se muestra la leyenda PASS
esto significa que todo esta correcto, contrariamente si 5e muestra la leyenda FAIL,
eso indicara que existe un desperfecto 0 un error en los sistemas y no se debe usar
el analizador de espectro hasta que sea revisado por personal calificado, cuando se
han verificado todos los sistemas se muestra la leyenda: completed que nos indica
que podemos usar el analizador de espectro.
-
ldBI SfI'J)l NormM. Fke
UO.l IJ I'II_::;dBm
..--r
NiAUZADOR DE ESPECTRO
REF -9.0 dBm
36
Feb 18 16:25:36 Self Test*ATT 10dB A_wrt B_blnk
ExecuteSelf Test
CENTER 30.00000 MHz SPAN 0.000 kHz ----*RBW 300 kHz *VBW 100 Hz *SWP 200 ms
SELF TEST RESULTSCPUAIDLock DetectTotClI GClinCAL SignClIRF ATTVClriClble GClin AMPIF Step 'AMPRBW Switching
PASSPASSPASSPASSPASSPASSPASSchecking
Exit
Figura 23. Callbraci6n en proceso.
ldBJ Smcl NormMoREe'"
:~o. \1 OiS'C rMl'f:z".III "" r1~m
CENTER 30.00000 111Hz SPAN 50.0 kHz
REF -10.0 dBmFeb 18 16 :26 :17 Se 1fT est
*ATT 10dB A_wrt B_blnkExecuteSelf Test
RBW 1 kHz VBW 1 kHz SWP 500 msSELF TEST RESULTS
CPUAIDLock DetectTotClI GClinCAL SignClIRF ATTVClriClbleGClin AMPIF Step AMPRBW Switching
PASSPASSPASSPASSPASSPASSPASSPASSPASSCom leted
Exit
Figura 24. Calibraci6n completada.
-
37AHALIZADOR DE ESPECTRO
7. Pulsar EXIT. Para salir del modo de autodiagn6stico y los sistemas estarancompletamente revisados.
Figura 25. Analizador de espectros.
-
38
AHAUZADOR DE ESPECTRO
Practica 2. Manejo baslco del analizador de espectro Tektronix R3131A.
OBJETIVO: En este apartado se da una breve descrlpclon de que es y como se
maneja el analizador de espectro.
DESCRIPCION DE LA PRAcTICA:
En la presente practice se da una expllcacion de los datos que se encuentran en la
pantalla al inicializar el analizador de espectro, se describen ejercicios para ajustar el ancho
del espectro de radio etectrico que puede ser explorado, ast como la utilizaci6n de funciones
que encuentran el nivel de potencia mas alto de una determinada linea espectral,
posteriormente se sintonizaran estaciones de radio comercial en la banda de Amplitud
Modulada y Frecuencil Modulada para observar sus espectros y demodular el audio de
estas. AI finalizar se proponen ejercicios para reforzar 10 aprendido en esta practica.
INTRODUCCION TEORICA:EI analizador R3131A de Tektronix es un analizador de tipo heterodino, 0 sea, a 10
largo de cada barrido desplaza el espectro de la sefial de entrada haclendolo pasar por un
filtro sintonizado a una frecuencia fija (frecuencia intermedia) para representar la potencia a
la salida de este. La utilidad principal de este instrumento es que nos permite ver como se
distribuye la potencia de una serial en la frecuencia.
Cuando se enciende el analizador de espectro, se encuentra con una pantalla como la
de la figura 26. La banda que aparece en la parte inferior se debe al ruido que genera
interiormente el propio instrumento.
La pantalla de cristal Ifquido del analizador consta de una cuadricula y dos ejes
principales (x e y): tendremos en el eje vertical potencia de la senal, y en el eje horizontal la
frecuencia de esta. La hnea superior horizontal de la cuadricula nos da el nivel de referencia
de la senal, mientras que la linea inferior horizontal nos da el nivel de ruido.
-
ANALIZADOR DE ESPECTRO
REF 0.0 dBMFeb 18 16:24:35====
ATT10dB A_W..-t B_blnk====
CENTER 1.5000 6HzRBW 1 MHz VBW 1 MHz
SPAN 300Q MHzSWP 50 MS
Figura 26. Pantalla al encender el anallzador de espectro.
Los datos de esta pantalla hacen referencia a:
1. CENTER 1.5 GHZ.- Frecuencia central de la pantalla del analizador.
2. REF 0.0 dBm.- Hace referencia al nivel de potencia que se tiene en la parte superiorde la pantalla. Cada division que bajemos en la pantalia slqnltlcara una dlsrnlnuclondel nurnero de dB que se especifica a la derecha, en este caso 10 dB.
3. SPAN 300 Mhz.- Cada intervalo del eje horizontal significara un desplazamientoequivalente a 10 que se especifique en este parametro, en este caso 300 Mhz.aparece porque 300 Mhz es el maximo escalado horizontal que se puede hacer. Conla confiquracion que aparece en pantalla se permite observar todo el rango demedida (3 Ghz) del instrumento.
4. 1 Mhz. RBW.- Ancho de banda del filtro de Frecuencia Intermedia.
5. ATTN 10 OB.- Atenuaclon de Radio Frecuencia. EI valor por defecto es 10 dB.Asegura la proteccion del instrumento. Consigue que, a la entrada del mezclador, nose superen -30dBm, que garantizan el optirno funcionamiento de la misma.
6. VBW.- Ancho de banda del filtro de video. Hace referencia a un postfiltrado que sepuede realizar para ver mejor la serial.
39
-
40ANALIZADOR DE ESPECTRO
MEDIDA DE POTENCIA.
Usualmente. a la hora de medir la potencia de senales electrlcas se utilizan escalas
logarftmicas. siendo la unidad de medida mas habitual eillamado decibelio (dB). que es una
medida de la potencia de una serial en relaci6n a otra que se toma como referencia. Por otro
lade la potencia de una serial expresada en dBm es la relaci6n en dB entre la potencia de
dicha serial p1 y la de una serial de referencia cuya potencia es p2 = 1mW.
P(dBm)= lOLog (PU P2) (18)En nuestro analizador de espectros la escala vertical nos dare la potencia de la sefial
de entrada expresada en dBm respecto al nivel de ruido (Pn, linea horizontal inferior), 0
respecto al nivel de referencia (Pr, linea superior). teniendo en cuenta que cada una de las
divisiones de la cuadricula equivale a 10 dB.
Instrumentos, accesorios y equipos:
);> Analizador de espectro R3131A.
);> Antena romblca de tres elementos canal 2-6, FM, VHF (canal 2-13), UHF (canal
14-40), baja directividad, ganancia de 3.5 dB.
);> Altavoces.
);> Antena circular AIWA-AM.
-
ANALIZADOR DE ESPECTRO
DESARROLLO.
PRECAUCION MUY IMPORTANTE: Antes de conectar una serial al analizador de
espectro, hay que asegurarse que la potencia total de la serial introducida es menor de +50
dBm. Si existe cualquier duda, comprobar dicho nivel con un watimetro 0 un voltimetro de
RF de banda ancha.
CENTRADO DE FRECUENCIA.
1. Pulsar la tecla SHIFT en la secci6n SYSTEM. Se activan las funciones marcadas con
color azul.
2. Pulsar la tecla CONFIG (PRESET), Regresa a el analizador a su valores de
calibraci6n en fabrica.
3. Pulsar SHIFT y 7 (CAL).
4. En el submenu que aparece del lado derecho pulsar a la que corresponda a cal Sig
Level ON/OFF dejandolo en ON y activar una serial interna de calibraci6n del
analizador que esta situada a 30 Mhz.
5. Despues pulsamos la tecta FREQ y en la pantalla nos aparece la frecuencia que esta
predeterminada en el analizador, introducimos por medio de las tsclas nurnericas la
nueva frecuencia que queremos explorar y pulsamos 30 Mhz y podremos ver la
frecuencia interna de calibraci6n del analizador.
6. Pulsar la tecla SPAN y el range de span actual se despliega en la pantalla en la
parte derecha de la pantalla se muestra el submenu relacionada con esta funci6n,
pulsar 20 Mhz para poder apreciar claramente el espectro de esta serial.
7. Pulsar la tecla LEVEL y el nivel de referencia actual se muestra en la pantalla, as!
como el submenu relacionada con esta funcion, tecleamos [1], [0], Mhz (- dBm) y un
nivel de -10 dBm se fijara.
41
-
42
ANALIZADOR DE ESPECTRO
ENCONTRANDO LOS PICOS DE RF DE MAYOR POTENCIA.
7. Pulsar la secuencia de teclas MARKER ---7 PK SRCH esto nos mostrara una marca
en el nivel mas alto del espectro de RF.
REF -10.0 dBIYlFeb 3 13: 43 :56 =A:;=;b=o=r=::t=
ATT 10dB A_wrt B_blnk ===========
CENTER 30.00 MHz SPAN 20.00 MHz AbortRBW300 kHz VBW 100 kHz SWP 50 IYlS
Figura 27. Marcador en el pico de RF.
-
ANALIZADOR DE ESPECTRO
8. AI pulsar la tecla MKR y movemos la perilla rotatoria hacia la izquierda 0 derecha del
espectro de RF podremos conocer las frecuencias que componen esta senal, pues
recordemos que: la frecuencia central es la frecuencia media de las frecuencias
extremas del ancho de banda nominal.
REF -10.0 dBrnFeb 9 15:50:59=::::;B~W:;===
ATT 10dB A_wrt B_blnk =:::::::::===10dB' Norrn Norrn
VB~Merker
92~ kH:z
1( k~ I-~;6.2~ dBIY
Z~
I .\I \I \J 1\
j \",. 'I'
RBWAUTO 1!1!ib.
VBWAUTO IMNL
CENTER 1.000 MHz SPAN 9.70 MHz Auto All*RBW 300 kHz *VBW 10kHz SWP 50 rns
Figura 28. Marcador situado a una frecuencia de 992 Mhz.
43
-
44ANALIZADOR DE ESPECTRO
9. En la secclon de marcadores pulsar la secuencia de teclas: MKR -7 Delta Marker.
Una marca en forma de delta es desplegada en el pico de la serial.
10. Con la perilla rotatoria movemos hacia abajo la marca y en la pantalla nos indicara la
diferencia de frecuencia entre el plco de la serial y la marca.
REF -10.0 d81l1Feb 3 13 : 47 : 28 ==:=:=====:==Abort
ATT 10d8 A_wrt 8_b 1nk =~=====
AbortCENTER 30.00 MHz SPAN 20.00 MHzR8W300 kHz V8W 100 kHz SWP50 ms
Figura 29. Diferencia de frecuencia entre el pico de la sefiat y la marca debajo de ella .
..
-
45
ANALIZADOR DE ESPECTRO
ESCUCHA DE TRANSMISIONES AM Y FM.
Para recibir seriales de radiodifusi6n AM y FM, se puede conectar un cable
directamente en el terminal central del conector de serial de entrada del analizador, dejando
el otro extremo del cable suelto, en una ventana 0 en algun lugar donde se puedan recoger
nftidamente estas sefiales de radiodifusi6n 0 bien conectar una antena como la indicada
parratos mas arriba. La longitud del cable 0 tipo de antena dependera, entre otras variables,
de la potencia, situaci6n y frecuencia del transmisor.
En esta parte de la practica se va a utilizar el analizador de espectros como receptorde radio. Podremos determinar la fuente de la sefial escuchando las senates captadas por el
instrumento.
Como aplicaci6n de medidas de frecuencia y potencia en el analizador de espectro se
localizaran distintas emisoras comerciales de FM que aparecen en el espectro de
radiofrecuencia entre los 88 Mhz hasta los 108 Mhz para la banda de FM.
CENTRADO DE FRECUENCIA.
1. Pulsar la tecla SHIFT en la secci6n SYSTEM. Se act ivan las funciones marcadas con
color azul.
2. Pulsar la tecla CONFIG (PRESET), Regresa a el analizador a su valores de
calibraci6n en fabrica.
3. Para detallar una frecuencia precisa pulsamos [FREQ][9][4] [.][9][Mhz]. Y
establecemos una de frecuencia central con este valor.
4. Pulsamos la tecla SPAN. Y 5 Mhz. Un total de 2.5 Mhz a cada lado de la frecuencia
central sera explorado. Esto con el objeto de apreciar mejor la frecuencia
sintonizada.
5. Pulsar la tecla LEVEL y el nivel de referencia actual se muestra en la pantalla, asfcomo el submenu relacionada con esta funci6n, tecleamos [1], [0], Mhz (- dBm) y un
nivel de -10 dBm se fijara
6. Ahora podemos ver el pico de la serial centrada en 94.9 Mhz, con un nivel de -56.72
dBm, tambien a los lados podemos apreciar picos de otras senates de radio que
entran en el rango de exploraci6n.
7. AI pulsar la tecla MKR una marca se situa en el pico de RF de la frecuencia central
indicando la frecuencia central y su nivel de potencia en dBm.8. Para demodular el audio que acomparia la frecuencia central pulsar la secuencia de
teclas: MKR ~ SOUND ~ AMlFM. seleccionamos FM.
-
ANALIZADOR DE ESPECTRO
REF -10.0 dBmFeb 24 16:28:51 Marker(l)
ATT 10dB A_wrt B_blnk10dB} Posi NormMAJ KE Merker9~.90( MH:29~ .900 ~)iz - f6.7:- dBIY
.
/\ V-\ j \ r r
~ 10& LII, ~. ,I.' -~"'"_...L .. l~ ~ ~l'I' ,_ ....,." I,.,., ,. I'""IIO"V
NormalMarkerDeltaMarkerPeak ~Menu
Sig TrackON 1.Qff.
Sound ~
MarkerOff
CENTER 94.900 MHz SPAN 5.00 MHz 1/2,more~*RBW 100 kHz *VBW 10kHz SWP 50 ms
Figura 30. Espectro de radio difusi6n comerclal.
Ejercicios propuestos.
1. Modificar el SPAN del analizador de espectro de tal manera que todas las
estaciones de radio difusi6n en la banda de FM puedan ser vistas en la pantalla
del analizador de espectro.
2. Construir una tabla y anote: La frecuencia en Mhz, nombre de la estaci6n deradio y potencia recibida en dBm.
3. Demodular el audio de cada una de las estaciones recibidas ..4. Hacer los ejercicios anteriores para la banda de radio AM, (utilizar la antena
adecuada).
-
Practica 3. Calculo del ancho de banda.
OBJETIVO: Poder visualizar en la pantalla del analizador de espectro el ancho de
banda ocupado por una seiial de radio frecuencia.
47ANALIZADOR DE ESPECTRO
DESCRIPCION DE LA PRAcTICA.
En la siguiente practica se mide el ancho de banda de la serial de radio frecuencia en
94.9 Mhz que corresponde a la estaci6n comercial "despertando tus sentidos" transmitida.desde Villahermosa Tabasco, para esto primero se describe como se debe centrar la
frecuencia de lnteres en el analizador de espectro, posteriormente se presenta la funci6n
para medir el ancho de banda y mostrar los valores encontrados.
Finalmente se proponen una serie de ejercicios que tienen como objetivo familiarizarse
con este instrumento.
INTRODUCCION TEORICA:
EI ancho de banda de un sistema de comunicaci6n es la banda de paso minima (rango
de frecuencias) requerida para propagar la informaci6n de la fuente a travss del sistema. EI
ancho de banda debe ser 10 suficientemente grande (ancho) para pasar todas las
frecuencias significativas de la informaci6n. Se requieren mas de 200 Khz de ancho de
banda para la transmisi6n de FM comercial de musica de alta fidelidad.
Para medir el ancho de banda debemos situarnos en el pico de la serial y
encontrando los puntos de frecuencia en el espectro que estan a un cierto nurnero de dBs
por debajo del pico. De esta manera el ancho de banda una serial de radio es la diferencia
entre la frecuencia de estos dos puntos. Se obtiene una resoluci6n 6ptima si se expande la
serial em la mayor porci6n posible de la pantalla.EI analizador de espectro Tektronix R3131 calcula el ancho de banda (BW) de las
senales deteetando el valor de pico de la serial y encontrando los puntos de frecuencia en el
espectro que estan un cierto nurnero de dBs por debajo del pico de la senal. EI ancho de
banda ocupado puede ser calculado y mostrado en la pantalla usando la funci6n OBW
(occupied Bandwidth).
-
ANALIZADOR DE ESPECTRO
48
Instrumentos, accesorios yequipo.
~ Analizador de espectros R3131.
~ Antena r6mbica de tres elementos canal 2-6, FM, VHF (canal 2-13), UHF (canal
14-40), baja directividad, ganancia de 3.5 dB.
~ Altavoces.
~ Antena circular AIWA-AM.
DESARROLLO DE LA PRAcTICA.
PRECAUCION MUY IMPORTANTE: En caso de conectar directamente una serial al
analizador de espectro, hay que asegurarse que la potencia total de la serial introducida sea
menor de +50 dBm. Si existe cualquier duda, comprobar dicho nivel con un watfmetro 0 un
voltfmetro de RF de banda ancha.
CENTRADO DE FRECUENCIA.
1. Pulsar SHIFT y CONFIG (PRESET). Regresa a el analizador a sus valores de
calibraci6n de fabrica.
2. Pulsar la tecla LEVEL y el nivel de referencia actual se muestra en la pantalla,
as! como el submenu relacionada con esta funci6n, tecleamos [1], [0], Mhz
(- dBm) y un nivel de -10 dBm se fijara
3. Pulsar la tecla FREQ, y teclear 94.9 Mhz. Una frecuencia central es fijada en
este valor.REF -10.0 dBIYl
Feb 24 16:28:51 Marker(l)ATT 10dB A_wrt B_blnk
10dB' Posi NorlYlMAF KE~
Merker9~ .90~ MH~
9.t .9C o MHz _ f6.7.1. dl:ll'l'
i\ A J \ r r
IlL '.1 "t ..... ...L .". ~ ~."...,.. ,_~.- '...,. ...... ,._-v- ~ .....
NorlYlalMarkerDeltaMarkerPeak ..Menu
Sig TrackON 10FF
Sound ..
MarkerOff
CENTER 94.900 MHz SPAN 5.00 MHz 1/2,lYlore"*RBW 100 kHz WBW 10kHz SWP 50 IYlS
Figura 31. Calculando el ancho de banda.
-
49ANALIZADOR DE ESPECTRO
MEDICION DEL ANCHO DE BANDA.
4. Pulsar SPAN. Debemos establecer un valor de SPAN 10 suficientemente
adecuado tal que ocupe toda la pantalla del analizador.
5. Pulsar TRACE ~ Detector ~ Posi. el trazo es fijado en el detector de modo
positivo.
6. Pulsar POWER MEASURE ~ OBW Y OBW ON/OFF 10 fijamos en ON el
medidor de ancho de banda (OBW) es activado y los resultados son
desplegados. Cuando se her realizado la medici6n del ancho de banda una
ventana muestra la frecuencia central y su ancho de banda y dos marcas se
mostraran a ambos lados del ancho de banda ocupado.
7. Si los marcadores no se sinian a la mitad de los costados de la serial pulsar
OBW %, teclear 80 % para este caso, con la intenci6n situar los marcadores a la
mitad del ancho del espectro de frecuencia que se pretende medir. .
REF -10.0 dBMFeb 18 15 : 03 : 51 =:::::::O~B~W:;===
*ATT 10dB A_wrt B_blnk =::::::::::::===OBW
ON 10FF
10dBI Posi NorM
(JB~ % ~ Markier-!::::4d-kt.iz__a_o- ..Q l~ 5. E;3 d8
M""f \ -~
V~ / ":..)
...QQ;~e~__Bgn_dJt!i_cttnwidth : 540 kHzcenter: 94.970 MHz
OBW %
CENTER 94.900 MHz SPAN 5.00 MHz*RBW 300 kHz *VBW 100 Hz SWP 340 MS
Figura 32. Ancho de banda ocupado y frecuencia central.
-
50
ANALIZADOR DE ESPECTRO
Figura 33. Analizador de espectro.
Ejercicios propuestos.
1. Sintonizar una estaci6n de radio difusi6n en la banda de FM, defina y calcule
los siguientes conceptos:
2. Desviaci6n de frecuencia.
3. Oscilaci6n de la portadora.
4. Porcentaje de modulaci6n.
5. Ancho de banda.
6. Indice de modulaci6n.
7. Frecuencia moduladora.
8. Los resultados obtenidos cumplen el reglamento establecidos por la
COFETEL?
..
-
51
ANALIZADOR DE ESPECTRO
Practica 4. Distorsi6n arm6nica.OBJETIVO: Visualizacion de componentes armonlcas de una onda senoidal
producido por la no linealidad de componentes etectrcnicos y calculo de la dlstorsten
armcntca total (DHT).
DESCRIPCION DE LA PRAcTICA.
En esta practica se observara a traves del analizador de espectro una serial senoidal
de 6 Mhz proveniente de un generador de senates al cual se Ie podran observar sus
componentes en frecuencia tales como la distorsi6n arm6nica, se calculara la distorslon
arrnonica total producida por esta serial, se utilizar dos metodos para encontrar las
componentes armonicas de esta serial. AI final se proponen ejercicios que tienen como
objetivo reforzar 10 aprendido y familiarizarse con este instrumento.
INTRODUCCION TEORICA:
Una medida crftica tanto en transmisores como en receptores es la distorsi6n. La
distorsi6n se produce como consecuencia de que los circuitos electrorucos no son lineales.
Las arm6nicas aparecen como sefiales adicionales en la pantalla del a analizador de
espectro a rnultlplos de la frecuencia portadora. Frecuentemente se requiere que el
contenido de arm6nica de una serial se conserve bajo, del orden de 60 dBs 0 mas bajo de la
portadora. Por ejemplo, esto puede requerirse en un transmisor operando a una frecuencia
asignada que no interfiera con otros servicios de radio al doble de la frecuencia que se
puede localizar cerca del transmisor. Uno de los rnetodos mas habituales para comprobar la
distorsi6n se basa en aplicar al sistema seriales conocidas y monitorizar la salida
observando las diferencias existentes entre la entrada y salida.
Una medida de la distorsi6n representada por una arm6nica particular es la relaci6n de
la amplitud del arm6nico y la frecuencia fundamental, expresada como un porcentaje. La
distorsion arm6nica se representa por:
(18)D = B44 B
1
D = Bnn B
1
Donde Dn(n= 2, 3, 4, ... ) representa ta distorsi6n de la nsima ermonice; Bn es la
amplitud de la nsima arm6nica, y B1es la amplitud de la fundamental.
La distorsi6n arm6nica total, 0 factor de dlstorsion, se define como
(19)
-
52
ANALIZADOR DE ESPECTRO
Instrumentos, accesorios y equipos.
};> Analizador de espectros Tektronix R3131.
};> Puntas de pruebas simples.
};> Caimanes.
};> Generador de sefiales: BK precision 10 Mhz sweep function generado 4017.
Generador de sefiales Analizador de espectros
Figura 34. Configuracl6n del equlpo de prueba.
DESARROLLO:
1. Pulsar la tecla SHIFT en la secci6n SYSTEM. Se activan las funciones marcadas con
color azul.
2. Pulsar SHIFT y CONFIG (PRESET). Regresa a el analizador a sus valores de
calibraci6n de fabrica.
3. Pulsar SHIFT y 7 (CAL).
4. Pulsar en las teclas de menu la opci6n Cal Sig Level ON/OFF, 10 fijamos en OFF.Para desactivar una frecuencia de calibraci6n del analizador situada a 30 Mhz.
5. Pulsar la tecla LEVEL y el nivel de referencia actual se muestra en la pantalla, as!
como el submenu relacionada con esta funci6n, tecleamos [1], [0], Mhz (- dBm) y un
nivel de -10 dBm se fijara.
5. Fijar el generador de senales en una frecuencia de 6. MHZ. Con una onda tipo
senoidal.
6. En el area de control del analizador de espectros pulsamos la secuencia de teclas:
BW -7 RBW/MNL -7 300Khz para una mejor resoluci6n de ancho de banda. Y
pulsamos: VBW/MNL -7 100 Khz. Para el ancho de video.
7. Pulsar la tecla FREQ [6.0] [Mhz] se establece una de frecuencia central con este
valor.
8. Pulsar la tecla SPAN [30] [Mhz] Un total de 15 Mhz a cada lado de la frecuencia
central sera explorado. Esto con el objeto de apreciar mejor la frecuencia y sus
arm6nicos a cada lado de frecuencia central.
9. En la secci6n MARKER pulsar la tecla: PK SRCH. Para buscar el pico de serial que
se encuentra en 6.06 Mhz.
-
10. Con la perilla rotatoria mover la frecuencia central a la izquierda de la pantalla para
poder ver los arm6nicos a la derecha de la serial.
ANALIZADOR DE ESPECTRO
53
Next PeakREF -10.0 dBm
Mar 12 12 :48:11 ==P=ea=:k=(;::;1:;::)=*ATT 10dB A_wrt B_blnk
CENTER 18.00 MHz SPAN 30.00 MHz 1/2,more~*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 msFigura 35, Espectro de la frecuencia central a la Izqulerda de la pantalla.
) 11. Pulsar la secuencia de teclas: MKR ---7 Peak Menu ---7 Next Peak Right y veremos lasfrecuencias del 2!!-3!!-4!!,Arm6nico.
1OdS} Posi NormMarker
MHJ6.g~~5.2 cr~
..-
.Ir. \ L 1"1 '\ .-1~~
I(w ~ ~\.Y ....... ~~ t ., il"'I~. J.,'11'_"" ~ 'H" ~..,.
Next PeakLeft
Next PeakRight
PeakMax-Min
Min Peak
Cont PeakON /OFF
REF -10.0 dBmMar 12 12:50:40 Peak(1)
*ATT 10dB A_wrt B_blnk
CENTER 18.00 MHz SPAN 30.00 MHz 1/2,more~*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 ms
Figura 36. Espectro del segundo arm6nico ados veces la frecuencia fundamental.
10dB} Posi NormM(rker
2.0E MHz-,=7.6': dBrn
.r. \, A 1\14 "~~ u.. I.... ..... , ..... '1......101 .l'&') f\UN,.,. "........ ""I" 1111 ...... ''''If'W'' n.'"
Next Peak
Next PeakLeft
Next Peak +-__Right
PeakMax-Min
Min Peak
Cant PeakON /QEE
-
54
ANALIZADOR DE ESPECTRO
REF -10.0 dSmMar 12 12 :51 :00 Peak( 1)
*ATT 10dS A_wrt S_blnk10dS' Posi Norm
M(rker8. 1~ MHz
-! f3. 'j~ CI~1'l1
J.J \ A tv ...~~ \- l.l..l. IJ \J..I ~ ~ ,~ .~1"1'"1" -. f"'""""'I"
Next Peak
Next PeakLeft ~
Next PeakRight
PeakMax-Min
Min PeClk
Cont PeakON 10FF
CENTER 18.00 MHz SPAN 30.00 MHz 1/2,more~*RSW 300 kHz *VSW 100 kHz SWP 50 msFigura 37. Espectro del tercer arm6nico a tres veces la frecuencia fundamental.
REF -10.0 dSmMar 12 12 :51 :21 ===Pe=a::::;:k=i(;::;:l:;=)=
*ATT 10dS A_wrt S_blnk10dS' Posi Norm
Merker4. 1~ MHz
-E,' , ~ dB",
\\
.~I 1 It 1if' ""~~ ~ .L., IL ~ ~ 'l....llJ.1 ...-M ~"{"'I '1' "f
Next Peak
Next PeakLeft
Next PeakRight
PeakMax-Min
Min PeClk
Cont PeakON 10FF
CENTER 18.00 MHz SPAN 30.00 MHz 1/2,more~*RSW 300 kHz WSW 100 kHz SWP 50 ms
Figura 38. Espectro del cuarto armonico a cuatro veces la frecuencia fundamental.
-
55
ANALIZADOR DE ESPECTRO
Otra manera de encontrar rapldarnente las componentes arm6nicas de una senal es
usando las teclas de paso 0 avance/retroceso. EI siguiente ejemplo muestra como medir la
distorsi6n arm6nica.
1. Pulsar SHIFT y CONFIG (PRESET). Regresa a el analizador a sus valores de
calibraci6n de fabrica
2. Pulsar SHIFT y 7 (CAL).
3. Pulsar en las teclas de rlJenu la opci6n Cal Sig Level ON/OFF, 10 fijamos enOFF. Para desactivar una frecuencia de de calibraci6n que podria interferir en
nuestra practica.
4. Fijar el generador de senales en una frecuencia de 6. MHZ con una onda tipo
senoidal.
5. En el area de control del analizador de espectros pulsar la secuencia de teclas:
BW4 RBW/MNL 4300Khz para una mejor resoluci6n de ancho de banda. Y
pulsamos: VBW/MNL4100 Khz. Para el ancho de video.
6. Pulsar la tecla FREQ [6.0] [Mhz] y establecemos una de frecuencia central con
este valor.
7. Pulsar la tecla SPAN [8] [Mhz] Un total de 4 Mhz a cada lado de la frecuencia
central sera explorado. Esto con el objeto de apreciar mejor la frecuencia central.
REF -10.0 dBmMar 12 13:11 :32 Marker(1)
*ATT 10dB A_wrt B_blnk10dB/ Posi Norm
I '-/ \/ \II 1\
J \h 1\ L \ .II. I'\ .. II "'''''- ......\1 .....t_ ....1...
NormalMarkerDeltaMarkerPeak ~Menu
Sig TrackON /OFF
Sound ~
MarkerOff
CENTER 6.000 MHz SPAN 8.00 MHz 1/2,more~*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 ms
Figura 39. Espectro de la frecuencia fundamental centrada en 6 Mhz.
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56
ANALIZADOR DE ESPECTRO
8. pulsar la tecla PK SRCH, la marca es desplegada sobre el pico de la serial. Su
nivel es mostrado igual y es grabado por el analizador como el nivel de la
frecuencia fundamental.
REF -10.0 dBmMar 12 13 :11:52 Marker (1)
*ATT 10dB A_wrt B_blnk10dB/ Posi Norm
I~Merker
E .OOC MH2
/ \_5. 2~ dB!\':
I \II r\
J \'\ Ai \ LL /
'\.." .JiLl. ..J ~ _', l.......a Ji'"I" ~' 'fI" ~
NormalMarkerDeltaMarkerPeak ..Menu
Sig TrackON 10FF
Sound ..
MarkerOff
CENTER 6.000 MH2 SPAN 8.00 MHz 1/2,more"*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 ms
Figura 40. Marcador situado sobe el pico de la senat,
9. Pulsar MKR --7 %_More y MKR --7 CF Step. Con esto fijamos el valor de la marca
como el ancho de paso para ser centrado en la frecuencia.
10. Pulsar FREQ. Esto permitira centrar en la pantalla el segundo armonico.
11. AI pulsar la tecla de paso (A) se centrara en la pantalla el armonico subsecuente
a la frecuencia fundamental.
-
ANALIZADOR DE ESPECTRO
57
REF -10.0 dBrnMar 12 13 :13 :15 =F==r=e=Q==
*ATT 10dB A_wrt B_blnk =======
Figura 41. Espectro del Segundo arrn6nico centrado en la pantalla.
10dB' Posi NormCE~lE~
Merker1~.OOC MH~1~.000 MHz ~:/. ~':; dl::lm
~
I .\... A / \I '"I\i.I .~ doL I,t ~~ )I Lit....L.. ~ ...... ~......,.. .......,. .. --.., "1'-
CENTER 12.000 MHz SPAN 8.00 MHz*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 ms
Center
Start
Stop
CF StepAUTO /MNL
REF -10.0 dBmMar 12 13 :13 :59 =F;:=r==e=Q==
*ATT 10dB A_wrt B_b 1nk =======
Figura 42. Espectro del tercer arm6nico centrado en la pantalla.
10dB} Posi NormCE~lE~
Merker1E DOC MHz
1f .00o MHz -sa, 9' dBm
J\I \
~,J, ~'1.J11 ~ ~ ... IM../ ~ .n ~ .... .L....r' "1"" ,~r-" r'lllfl\" .-m.... ...,...T 'rr
CENTER 18.000 MHz SPAN 8.00 MHz*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 ms
Center
Start
Stop
CF StepAUTO /MNL
-
58ANALIZADOR DE ESPECTRO
REF -10.0 dBIllMar 12 13 :14 :27 =F:==r=e=Q==
*ATT 10dB A_wrt B_blnk=i:::i::::::===10dB' Posi NorlllCE~lER Markel]24.000 MHz2,l .00o t.iHz 'E 1 .6 dBI'I'
/\~ ...J6.. a....J \... ..... j,.A ..Ill. U .......
"11..., ...., ..~~ T ITJI'I" r""'. .". .,..'
Center
Start
Stop
CF StepAUTO /MNL
CENTER 24.000 MHz SPAN 8.00 MHz*RBW 300 kHz WBW 100 kHz SWP 50 ms
Figura 43. Espectro del cuarto arm6nico centrado en la pantalla.
Calculando la distorsi6n arm6nica total de esta frecuencia en particular. Empleamos laformula 18 para el segundo, tercer y cuarto arm6nico.
Para el segundo arm6nico tenemos el siguiente porcentaje:
D2 = 47.39dBm = 3.1015.25dBm
Para el tercer arm6nico tenemos el siguiente porcentaje:
D3 = 53.97dBm = 3.515.25dBm
Para el cuarto arm6nico tenemos el siguiente porcentaje:
D4 = 61.61dBm = 415.25dBm
De cuerdo a la ecuaci6n 19 calculamos la distorsi6n arm6nica total.
DHT(%) = ~(3.lOY + (3.5Y + (4Y
DHT(%)= 6.15
-
59
ANAUZADOR DE ESPECTRO
Figura 44. Generador de senales conectado al analizador de espectros.
Ejercicios propuestos.
1. Inyectar al analizador de espectro una onda tipo triangular, loson iguales los
arm6nico de una onda triangular a los arm6nicos de una onda senoidal? locual
es la diferencia?
2. Inyectar al analizador de espectro una onda tipo diente de sierra, loson iguales
los arm6nicos respecto a una onda senoidal y los arm6nicos de una onda
cuadrada, cual es la diferencia?
3. Pulsar SHIFT y CONFIG (PRESET). Regresa a el analizador a sus valores de
calibraci6n de fabrica.
4. Pulsar SHIFT y 7 (CAL). Para acceder al menu de calibraci6n.
5. Pulsar en las teclas de menu la opci6n Cal Sig Level ON/OFF, 10 fijamos enaNN. Para activar una frecuencia de de calibraci6n de 30 Mhz, con un tercer
arm6nico a los 90 Mhz.
6. Sintonizar la estaci6n de radio 90.1 Mhz y demodular el audio loes posible
distinguir el espectro de frecuencia de esta estaci6n?
7. loCuales son los efectos del tercer arm6nico de la frecuencia de calibraci6n
sobre la estaci6n sintonizada?
8. Si la frecuencia de calibraci6n esta situada a los 30 Mhz, por que afecta la
serial de la estaci6n de radio difusi6n situada a los 90.1 Mhz?
9. Desactivar la serial de calibraci6n loes posible ahora escuchar claramente la
estaci6n de radio?
. ,
; y."~. ~~.~,
. '. :t',;0',:"1
-
60
ANALIZADOR DE ESPECTRO
Practica 5. Sintonizacion de una serial en AM.
OBJETIVO: Calcular el porcentaje de modulaclcn de una sefial de amplitud
modulada.
DESCRIPCION DE LA PRACTICA.
En esta practica se sintonizara la estacion de radio comercial "la mas choca de todas"
transmitida en Amplitud modulada con una frecuencia central de 1230 Khz, primeramente se
describe el procedimiento para centrar la frecuencia de interes en la pantalla del analizador,
posteriormente utilizando la funcion para medir el porcentaje de rnodulacion el analizador
encontrara este valor mostrando los resultados en la pantalla. Finalmente se proponen una
serie de ejercicios que tienen como objetivo familiarizarse con el instrumento.
INTRODUCCION TEORICA.
Con una serial senoidal modulando en AM, puede utilizarse el analizador de espectro
para medir el Indice de modulacion en el dominio de la frecuencia.
Si el analizador es capaz de resolver la portadora y las bandas laterales
slrnultaneamente podremos medir los niveles de las bandas laterales con relacion ala
portadora. Modulando al 50% las bandas laterales estanan a 12 dB por debajo de la
portadora, al 100 % estarfan 6 dB por debajo de la portadora.
En esta practica se sintonizara una estacion de radio perteneciente a la banda de AM,
la 1230 Khz.
Instrumentos, accesorios yequipos.
~~ Analizador de espectro Tektronix. R3131A
~ Antena r6mbica de tres elementos canal 2-6, FM, VHF (canal 2-13), UHF (canal
14-40), baja directividad, ganancia de 3.5 dB.
~ Altavoces.
);> Antena circular AIWAAM.
-
61
ANALIZADOR DE ESPECTRO
DESARROLLO DE LA PRAcTICA.
CENTRADO DE FRECUENCIA.
1. Pulsar SHIFT y CONFIG (PRESET). Regresa a el analizador a sus valores de
calibraci6n de tabrica
2. pulsar SPAN. un valor de SPAN en 1.86 Mhz es fijado pues el ancho de banda
una serial de AM es de alrededor de 20 Khz.
3. Pulsar en el area de control las siguientes teclas: BW"-7 RBW/MNL
"-7 30KHZ Y VBW"-71 00 HZ. Esto con el objeto de poder ver mejor nuestra
serial.
4. Pulsar FREQ, 1230 Khz. Una frecuencia central es fijada en este valor. Que
corresponde ala banda comercial de AM.
REF 97.0 dB.....VFeb 18 15 :27 :52 =::=Sp=a=n==
*ATT 10dB A_wrt B_blnk =====10dBJ Posi Norm
SP~NM.rker
22~ MH:z
1 86 MHz 0' .53 Idl::!.....'>i
\(l /I
~J \ *J'1'V IV I,UrWI L .r ..
Full Span
Zero Span
Peak Zoom
CENTER 1.230 MHz SPAN 1.86 MHz Last Span*RBW30 kHz *VBW 100 Hz SWP 1. 3 s
Figura 45. Espectro de frecuencia de una selial de amplitud modulada.
-
62
5. Debido a que la frecuencia moduladora es muy baja tenemos que recalibrar
nuestra resoluci6n de ancho de banda y de video.
6. Pulsamos en el area de control las siguientes teclas: BW ---7RBW/MNL
1 KHZ YVBW ---71KHZ. Esto con el objeto de poder ver mejor nuestra serial,
7. Pulsamos la tecla MEAS ---7% AM MEAS ON/OFF. Lo fijamos en ON y el
analizador calculara el porcentaje de modulaci6n midiendo la diferencia de
frecuencia entre la portadora y una de sus bandas laterales, el resultado se
presentara en un recuadro debajo de pantalia.
ANALIZADOR DE ESPECTRO
ENCONTRANDO EL PORCENTAJE DE MODULACION.
REF -10.0 dBMFeb 18 16:21 :53 Trc Det A
ATT 10dB A_wrt B_blnk10dBI Posi NorlYl NorlYlal~~~J iI:I Mar:~erI ') ...5!-kHz
I~! kH711. 6 dsl Posi
~ NegaI \ l-f \ IN, SaMPle
V '~JJdtU.l1~ ~ ~~"~ 'll I..i.wl. IU..II...~
51.05% ICENTER 1.23000 MHz
*RBW 1 kHz *VBW 1 kHzSPAN 25.0 kHzSWP 500 IYIS
Figura 46. Porcentaje de modulaci6n de una sefial de AM.
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63
ANALlZADOR DE ESPECTRO
Figura 47. Configuraci6n del equipo de prueba.
Ejercicios propuestos.
1. Construir un circuito modulador de amplitud doble banda lateral y determine 10siguiente:
2. Amplitud de la frecuencia lateral superior e inferior.
3. Amplitud de la portadora no modulada.
4. Coeficiente de modulaci6n.
5. Porcentaje de modulaci6n.
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64
ANALIZADOR DE ESPECTRO
Practica 6. Midiendo la relaclon Audio-video de un canal de television.
OBJETIVO: Poder visualizar en la pantalla del analizador de espectro los niveles
de audio y video de una portadora de television.
DESCRIPCION DE LA PRAcTICA.
En esta practlca se observaran los espectros de frecuencia de video y audio que
acomparian a las transmisiones ~n la television, para esto se buscara una transrnislon de
television y para esta practica se emplearan los espectros de frecuencia del canal TVT
transmitido desde Villahermosa Tabasco, ubicada en el espectro radioelectrico entre los 174
y 180 Mhz, se realizaran las mediciones de niveles de potencia en dBm obteniendo los
resultados correspondientes.
INTRODUCCION TEORICA.
Los experimentos iniciales sobre la reproduccion a distancia de irnaqenes en
movimiento, se realizaron en circuito cerrado mediante cables que lIevaban la serial de un
punto a otro. Naturalmente, un sistema de este tipo para la epoca resultaba muy poco
funcional. Ante este hecho, las compafilas pioneras de la television decidieron aprovechar el
espectro electrornaqnettco para el envio y recepcion de la serial de audio y video.
La relaclon VA (video-audio) es la relacion entre los niveles de la serial de video que
es enviada en mcdulacion en Amplitud y la serial de audio que es enviada empleando la
Modulacion en Frecuencia usados en las portadoras de televisi6n.
Cuando el nivel de la serial de audio es demasiado bajo en relacion al nivel de la serial
de video, sonidos bajos son producidos. En oposicion a esta sltuacion, la serial de video
tiene interferencias causada por cruzamiento de la serial de audio. Por tanto al detectar en la
serial una desproporcion en sus niveles se pueden ajustar hasta obtener una adecuada
relacion que no interfiera en el envio de la serial.
Para esta practlca sintonizaremos la serial del canal 7 (TVT) que se encuentra situada
entre las frecuencias 171 Mhz y 179 Mhz.
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ANALIZADOR DE ESPECTRO
Instrumentos, accesorios y equipos.
):> Analizador de espectro Tektronix. R3131A
):> Antena r6mbica de tres elementos canal 2-6, FM, VHF (canal 2-13), UHF
(canal 14-40), baja directividad, ganancia de 3.5 dB.
):> Altavoces.
DESARROLLO.
1. Pulsar SHIFT y CONFIG (PRESET). Regresa a el analizador a sus valores de
calibraci6n de tabrica
2. Pulsar Level y Input 500175 n seleccionamos 75 n. Que la as la impedancia dela antena.
3. Pulsar SPAN. Y fijar un valor de 19.18 Mhz para que las sefiales de audio y video
entren en el rango de exploraci6n.
4. pulsamos FREQ 180 Mhz y estableceremos una frecuencia central de este valor.
Ahora podsmos ver la serial de audio y video que estan en el range de
exploraci6n.
REF 0.0 dBmMar 12 14:57:00 Tre Det A
ATT 10dB A_wrt B_blnk10dB' Posi Norm NormalMarkerSPI N '5.204MH~
Il~.1E MHz~b."7'3 a~ml Posi
Nega
~Sample
f1
\ ... 1\ /\ \
J ~ _... \. ~ .... ....r-"" ....,..CENTER 180.80 MHz SPAN 19.18 MHz
*RBW 300 kHz WBW 100 kHz SWP 50 msFigura 48. Portadoras de video de un canal de television.
65
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66
Peak ..Menu
ANALIZADOR DE ESPECTRO
5. Pulsar MKR y un marcador se sltua en el pico de la serial de video esto con el fin
de mostrar exactamente en que valor de frecuencia se encuentra, el marcador nos
muestra el valor de esta frecuencia y es de 175.24 Mhz.
6. Con la perilla rotatoria movemos el marcador hacia la derecha de la sefial parasaber la frecuencia del pico de la serial.
REF 0.0 dBMMar 12 14 :57:19 Marker( 1)
ATT 10dB A_wrt B_blnk10dB} Posi NorMMAF KER Merker1 9.8e MHz11.9.fl 0 MHz _ r~'':':': dl:::lM
It I'l
\ ... I ~~ )\ r~ \J. "Ia.. 11, ..t I.... ""- \.. J.. ,.&~ ro' ',.. ..... .
NorMalMarkerDeltaMarker
Sig TrackON /OFF
Sound ..
MarkerOff
CENTER 180.80 MHz SPAN 19.18 MHz 1/2,More"*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 MS
Figura 49. Portadoras de audio de un canal de television.
7. Con la informacion que nos dio el marcador podremos reestablecer nuestra
frecuencia central y pulsamos FREQ 175.25 Mhz
8. Reducimos el SPAN a 15 Mhz para poder ver la frecuencia de video y audio.
9. Pulsamos Level, Units y seleccionamos la opclon dBpV.
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ANALIZADOR DE ESPECTRO
REF 104.8 dB".V
67
Mar 12 15 :17 :52 =S::=p=a=n==ATT 10dB A_wrt B_b 1nk =====
10dB J (750) Posi NorlYlMerker1 5.2~ MH26l .4:':: Id~y.'y
11'1./ [\f \ A I ~
11..... II~ l.t. .u....;a..i. ......1 ~ ~ ~"~ .L.t.t.'fI" "..,,,..,.., '""~ ['TTl ,...
Full Span
Zero Span
Peak ZOOIyl
CENTER 175.25 MHz SPAN 14.66 MHz Last Span*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 IYlS
Figura 50. Portadora de audio y video.
10. Pulsamos trace, 1/2 _ more y Max Hold. Esta funci6n congela la imagen
alrededor de un minuto para evitar las fluctuaciones de niveles.
11. Pulsamos MKR la primera marca se situara en el pico de la portadora de video V
(dBp V) debemas de anotar el valor de la amplitud.
1~5.25 MHz
REF 109.9 dB".V1OdBI (750)
MARKE~
Mar 12 15:21:22 Marker( 1)ATT 10dB A_lYlax B_blnk
Posi NorlYl NorlYlalMcrke~ Marker1 5.2 MH2 ----6' .82 idB".\i Delta
MarkerPeak ..Menu
r-~~~---+---+--~--4---+---+---r-_,Sig Trackf\ ON /OFFf \ /\ Sound ..
MarkerOff
CENTER 175.25 MHz SPAN 15.00 MHz 1/2,lYlore"*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 IYlS
Figura 51. Nivel de la portadora de video.
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68ANALIZADOR DE ESPECTRO
12. Pulsamos MKR y tecleamos el valor de la portadora de audio que habfamosanotado antes: 179.80 Mhz la marca nos mostrara el nivel de la portadora de
audio.
REF 109.9 dB....VMar 12 15:24:39 Marker(1)
ATT 10dB A_~ax B_blnk10dB/ (75Q) Posi NormMAF KE~
Marker119.7~ MH21. 9. ~8 MHz 5E .66 IdS,...'v
.
I~.J \_A t~f .. ~ W \_
NormalMarkerDeltaMarkerPeak ..Menu
Sig TrackON IQffSound ..
CENTER 175.25 MHz SPAN 15.00 MHz 1/2,more"*RBW 300 kHz *VBW 100 kHz SWP 50 rns
Figura 52. Nlvel de la portadora de audio.
13. Con la informaci6n obtenida calculamos la relaci6n video-audio usando la
siguiente formula:
14. Relaci6n VA (dB) = nivel de la serial de video dBJ1V - nivel de la serial de audio
dBJ1V
Relaci6n VA (dB) = 69.82 dBJ1V - 56.66 dBJ1V= 13.16 dB
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69ANALIZADOR DE ESPECTRO
Practica 7. Sintonizacion de una selial de celular.
OBJETIVO:
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