Medición de señales moduladas con Analizador de Espectro.

Transcripción

Universidad Tecnológica Nacional – FRBA
UTN FRBA
Medidas Electrónicas II
Medición de señales moduladas con Analizador de Espectro.
1- Fundamentos teóricos
a. Esquema básico del A.E. heterodino
b. Controles importantes
Center Freq. / SPAN:
Estos controles permiten ajustar la ventana de frecuencias que se
pretende analizar. Se define como SPAN a todo el rango de
frecuencias que se barre y visualiza en la pantalla.
Puede ajustarse dicha ventana fijando los parámetros Center
Freq/SPAN, que fija una frecuencia central y el ancho de la ventana o
indicando la frecuencia inicial y final (START Freq / STOP Freq.)
Escala Vertical:
Este control permite ajustar a cuántos dB equivale una división vertical
de la pantalla (siempre que la escala vertical esté configurada en dB).
Reference Level:
El control de REFERENCE LEVEL establece cual será el nivel que se
le asignará a la línea superior de la pantalla que será la referencia para
las mediciones. Esto es, si se selecciona REF LEVEL= 0dBm, la línea
superior de la pantalla corresponde a 0dBm. Si se está midiendo una
señal cuya potencia es -10dBm, la misma llegará hasta la línea
inmediata inferior a la de REF LEVEL.
Reference Level Offset:
Este control permite mover la posición del REF LEVEL a cualquier
otro lado de la pantalla. Al cambiar este valor, el REF LEVEL ya no se
encontrará en la línea superior de la pantalla.
Revisión 2
Medición de señales moduladas
Buenos Aires 24 Agosto 2009
UTN FRBA
Attenuation:
Este control establece que valor de atenuación aplicará la etapa de
entrada.
Debe recordarse que a mayor atenuación, mayor es el nivel de ruido
que aparece en pantalla.
Sin embargo debe tenerse cuidado de no sobrepasar el nivel de entrada
fijando una atenuación baja con señales de gran amplitud.
Este control tiene un modo AUTO en el cual ajusta la atenuación al
valor que el quipo crea más conveniente según el nivel de entrada.
Una vez visualizadas las características de la señal a medir, podrá
ponerse el control en manual para mejorar la calidad de la medición.
Debe recordarse que variar la atenuación no debe resultar en un cambio
del nivel de señal mostrado en pantalla ya que al variar la misma, el
equipo ajusta la ganancia del amplificador de FI para compensar tal
efecto.
Sweep Time:
Este control establece cuanto tiempo le tomara al equipo realizar todo
el barrido del rango de frecuencias configurado mediante el control
SPAN.
Generalmente, este parámetro opera en el modo automático, y su valor
depende de las configuraciones de SPAN y RBW.
RBW (Resolution Band Width):
Este control permite fijar el ancho de banda del filtro de frecuencia
intermedia. Valores pequeños de este parámetro nos permiten
discriminar frecuencias muy cercanas entre sí. Sin embargo, debe
recordarse que a menor RBW se requiere mayor tiempo de barrido para
que la indicación no presente error por el tiempo de establecimiento del
filtro.
Este control generalmente se encuentra en modo AUTO, pero puede
cambiarse al modo manual para resolver frecuencias cercanas.
Video BW:
Este control cambia la frecuencia de corte del filtro de video que se
encuentra a la salida del detector. Esto nos permite obtener una
representación más nítida en pantalla.
Generalmente se encuentra en modo AUTO pero puede cambiarse a
modo manual de ser necesario.
Revisión 2
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c. Señales moduladas en amplitud
La siguiente figura muestra una señal modulada en amplitud en el dominio
temporal (a) y el espectro correspondiente (b).
La expresión correspondiente a la señal modulada (a) es la siguiente:
Vam (t ) = Ec.sen ( wc.t ) + Em ⋅ [ sen (( wc + wm ) ⋅ t ) + sen (( wc − wm ) ⋅ t )]
2
De donde puede deducirse el espectro de la figura (b)
Se define el índice de modulación m como la relación entre la amplitud
pico de la modulante sobre la amplitud pico de la portadora:
m = Em
Ec
max − Ec
m= E
Ec
como
E max = Ec + ELSB + EUSB
y como ademas
ELSB = EUSB = ESB
m = 2 ⋅ ESB
Ec
Revisión 2
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m[ dB ] = 20 ⋅ log( 2 ⋅ ESB )
Ec
m[ dB ] = 20 ⋅ [log( 2 ) + log ESB − log Ec ]
m[ dB ] = ESB [ dB ] − Ec [ dB ] + 6 dB
m = log
− 1 ESB [ dB ] − Ec [ dB ] + 6 dB
(
)
20
De esta forma se puede obtener de forma sencilla el índice de modulación
a partir de la indicación en pantalla.
El término ESB [ dB ] − Ec [ dB ] se obtiene restando las indicaciones de nivel de
una banda lateral y de la portadora respectivamente.
Para facilitar esto es conveniente utilizar los ‘markers’ en el modo ‘Peak
Search’.
d. Medición de THD
Se define como distorsión armónica a la relación entre las amplitudes de
las armónicas de una señal y su frecuencia fundamental.
Si en esta relación se tienen en cuenta la totalidad de las armónicas, se
habla entonces de distorsión armónica total o THD.
Esto es:
( A2)2 + ( A3)2 + .... + ( An)2
THD (%) = 100 ⋅
A1
En esta expresión, los valores de An son amplitudes en Volt de las
respectivas componentes.
Sin embargo, al hacer la medición de THD con un AE, generalmente se
trabaja con valores en dB, por lo que hay que realizar la conversión
correspondiente.
Para simplificar esto, como lo que realmente importa al calcular la THD es
la relación entre las amplitudes de las componentes, se tomará el nivel de
la fundamental como referencia, asignándosele el valor de 0dB.
Así, si la segunda armónica esta 20dB por debajo se pasarán estos -20dB a
veces y se reemplazará el resultado en A2. Lo mismo se hará con el resto
de las componentes.
De esta forma se obtiene el valor de THD rápidamente.
Considérese el siguiente ejemplo:
Revisión 2
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A1 = 0dB
A2 = log −1 ( − 40 ) = 0.01
20
−1 − 42
A3 = log (
) = 0.0079
20
(0.01)2 + (0.0079)2
THD = 100 ⋅
1
THD = 1.28%
En caso de querer medir la distorsión de envolvente de una señal
modulada, el procedimiento es similar, solo que deberán identificarse las
armónicas de la banda lateral para hacer la medición.
e. Expresiones útiles
1dBm = 10 ⋅ log( Pi )
1mW
1dBµ = 20 ⋅ log( V )
1µV
THD (%) = 100 ⋅
Revisión 2
( A2)2 + ( A3) 2 + .... + ( An)2
A1
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2- Procedimiento
a. El setup para la medición se muestra en la figura.
El generador de señales moduladas permite obtener una señal senoidal
modulada en amplitud o en frecuencia.
El generador permite ajustar la frecuencia de portadora y la amplitud de la
misma en un rango muy amplio, el cual se indica en las especificaciones
del equipo.
El índice de modulación para AM puede variar de 0 al 60%.
Existen dos opciones para modular la portadora: utilizar una señal externa
en la entrada MOD INPUT, o utilizar una señal senoidal generada
internamente. En este último caso puede seleccionarse una frec. De 1Khz o
400Hz.
El modelo del setup es el siguiente:
Revisión 2
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b. Encender el generador de señales moduladas y configurarlo para
generar una señal de 1000KHz, con un nivel de 90dBµ EMF,
modulada en AM con un tono de 1KHz y m=0.5.
c. Encender el A.E. Verificar que el nivel de salida del generador no
exceda las especificaciones del AE. Verificar que la atenuación este al
máximo o en modo AUTO.
d. Conectar la salida del generador a la entrada del AE con un cable de
50ohm.
e. Ajustar los controles mencionados en la sección 1-b de forma de
obtener la visualización de la señal. Seleccionar los valores más
convenientes de todos los controles.
f. Colocar un marker en el valor pico de la portadora, y uno en el valor
pico de alguna banda lateral.
g. Tomar los valores de amplitud de los mismos y realizar el cálculo
necesario para obtener el valor de m.
h. Verificar que el m calculado coincida con el valor seteado en el
generador de señales.
i. Verificar que los valores de amplitud tomados con ambos markers se
correspondan con el nivel de salida del generador de señales.
j. Identificar si existe distorsión de envolvente y en ese caso, medir y
calcular el valor de la misma.
k. Cambiar el índice de modulación al 1% y realizar las mediciones
nuevamente para obtener el valor de m y la distorsión de envolvente.
Tabla de resultados
m
GEN
mcalc
VgenEMF
THD env
50%
1%
m
=índice de modulación seteado en el generador.
mcalc = índice de modulación calculado en base a la medición
VgenEMF= Valor calculado de la tensión EMF del generador en base a la medición.
THD env = Valor calculado de la distorsión armónica total de envolvente.
GEN
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