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Mediciones con un analizador de espectro

Figura 1: Representación tridimensional de las direcciones de visión para el dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia,
a la izquierda: la representación bidimensional por medio de un osciloscopio;
derecha: la representación como un espectro de frecuencias.

Figura 1: Representación tridimensional de las direcciones de visión para el dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia,
a la izquierda: la representación bidimensional por medio de un osciloscopio;
derecha: la representación como un espectro de frecuencias.

Mediciones con un analizador de espectro

Un analizador de espectro es un instrumento de medición construido de forma muy similar a un osciloscopio. Ambos instrumentos de medición se utilizan para mostrar y medir formas de señales complejas especiales. Ambos instrumentos muestran la amplitud de la señal medida en la ordenada. Existen diferencias en la visualización de la abscisa. En un osciloscopio es el eje del tiempo, en un analizador de espectro es el eje de la frecuencia. Por lo tanto, el osciloscopio mide en el dominio del tiempo (en inglés: time-domain), el analizador de espectro en el dominio de la frecuencia (en inglés: frequency-domain).

Si hay que mostrar un voltaje de onda sinusoidal ideal, el osciloscopio muestra esta onda sinusoidal en todo el ancho de la pantalla. En el caso de un analizador de espectro, se muestra una estrecha línea vertical para esta oscilación sinusoidal. Incluso los más pequeños cambios en la forma de onda sinusoidal ideal, por ejemplo debido a la modulación de baja frecuencia, no serían visibles en un osciloscopio. En el analizador de espectro, sin embargo, se mostrarían entonces varias líneas verticales con una longitud dependiente de la amplitud del componente de la señal respectiva.

La figura 1 muestra una mezcla de tres frecuencias sinusoidales. Aproximadamente esta mezcla de señales se produciría si un radar FMCW detectara tres objetivos a diferentes distancias. En un osciloscopio, estas tres frecuencias posiblemente serían visibles si no tuvieran diferencias de frecuencia demasiado grandes. Pero medir la frecuencia, es decir, medir la distancia, no sería posible con un osciloscopio. Sólo en el analizador de espectro se pueden medir las tres frecuencias. Con un radar de FMCW, el analizador de espectro puede ser usado directamente como un instrumento de medición de distancia.

Figura 2: Visualización de la señal transmitida de un radar de pulsos en un analizador de espectro

Figura 2: Visualización de la señal transmitida de un radar de pulsos en un analizador de espectro

Medición de un espectro

Con un radar de pulso, las secuencias de tiempo se muestran mejor en un osciloscopio. Aquí, por ejemplo, un analizador de espectro tiene la tarea de evaluar la calidad de la señal de sondeo generada por el transmisor. La figura 2 muestra el espectro de un transmisor de magnetrón. En un transmisor de magnetrón, por ejemplo, la potencia de transmisión puede ser controlada aumentando la corriente de magnetrón. Sin embargo, más energía generada no significa mejores rangos al mismo tiempo. Una medición de energía es siempre de banda ancha. Esto significa que también se miden aquellas partes de la potencia que se encuentran fuera del ancho de banda de los otros módulos de radar (por ejemplo, la antena, el diplexor). El analizador de espectro se puede utilizar ahora para estimar si la potencia adicional debida a un aumento de la corriente de magnetrón está en absoluto en el rango de las frecuencias deseadas. De lo contrario, no tiene sentido aumentar más la corriente, porque el único efecto sería un acortamiento de la vida del magnetrón.

El analizador de espectro también puede utilizarse para detectar correlaciones temporales de la frecuencia de repetición de pulsos, porque el patrón de las líneas de frecuencia y sus huecos también es significativo. Sin embargo: un osciloscopio puede hacer esto mucho más claramente.

Figura 3: Analizador de espectro
(Cortesía de Rohde & Schwarz)

Figura 3: Analizador de espectro R&S®FPC 1500
(Cortesía de Rohde & Schwarz)

Soluciones técnicas

Los instrumentos de medición analógicos utilizan un filtro de banda sintonizable eléctricamente para separar las frecuencias en el tiempo y mostrar sus amplitudes como un osciloscopio. En la práctica, se trata incluso de una frecuencia fija en el filtro de banda y la señal a medir se mezcla con una frecuencia de mezcla que cambia linealmente en el tiempo (la llamada frecuencia de barrido), como en un receptor superheterodino. Los analizadores de espectro digital de alta calidad también utilizan este principio por razones de precisión y resolución. Por ejemplo, el dispositivo que se muestra en la Figura 3 puede mostrar frecuencias de hasta un máximo de 3 GHz con una resolución de sólo un hertz.

Con analizadores de espectro digitales más baratos, el hardware a veces difiere sólo ligeramente del de un osciloscopio. La diferencia está esencialmente sólo en el software: las señales del dominio del tiempo se convierten al dominio de la frecuencia usando la transformación de Fourier. Esto significa que los osciloscopios modernos también pueden funcionar como analizadores de espectro utilizando otro software o adicional. Sin embargo, sus resultados (resolución) son entonces algo menos precisos porque los anchos de banda necesarios para este fin no suelen lograrse con simples osciloscopios. Además, la Transformación rápida de Fourier también requiere tiempo y se vuelve menos precisa para las señales que cambian rápidamente con el tiempo.


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