Laboratorio 1 El analizador de espectros y el espectro radioeléctrico

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1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA LABORATORIO DE TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA II PROF.: ING. William Marín M. Laboratorio 1 El analizador de espectros y el espectro radioeléctrico 1. OBJETIVO GENERAL Al finalizar esta práctica el estudiante estará en capacidad de describir el espectro electromagnético en el rango de 50 MHz a 1 GHz y medir sus características mediante el uso correcto de un analizador de espectros y una antena logarítmica. 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 2.1.Describir las bandas y usos de los diferentes rangos de frecuencia. 2.2.Reconocer los espectros de señales de radio en frecuencia modulada. 2.3.Identificar el espectro de una señal de televisión. 2.4.Observar y describir el espectro en el rango de 50 MHz a 1 GHz. 2.5.Medir con el analizador de espectros: frecuencias, anchos de banda, bandas de guardia y amplitudes en decibeles 3. CUESTIONARIO PREVIO Qué se entiende por espectro electromagnético, espectro en Banda Base y qué es el espectro de transmisión de un canal de información? Qué significa espectro radioeléctrico y qué frecuencias abarca? Qué es el ancho de banda de: un sistema en general, un analizador de espectros y, en el último caso, en qué se diferencia del SPAN? Se modula una señal cuya banda base se muestra en la figura 1 usando doble banda lateral con portadora suprimida (DSB-SC), con una portadora de 200kHz. Determine las frecuencias máximas y mínimas de los espectros bandabase y banda de transmisión. Figura 1. Señal de banda base a modular en el punto

2 3.1.5.Dibuje el espectro desplegado en la pantalla del AE si para la modulación anterior la frecuencia central es de 260kHz y el SPAN = 55kHz. Gradúe el eje de frecuencia La longitud de onda de una portadora es λ=0,152m. A que rango de frecuencia corresponde, de que tipo de señal se trata y que tipo de modulación se emplea para dicha banda Calcule en ancho de banda base para TV si el sistema usa 825 líneas horizontales y la pantalla mantiene la relación de aspecto (largo:alto) de 4:3 (sistema europeo) Esboce la densidad espectral de canal 9, gradúe el eje de frecuencia, señale las diferentes portadoras (video, audio y color). Investigue e indique dónde se ubica la información La potencia en decibeles se calcula respecto a un valor de referencia. Calcule 15mW en db y dbµv si R=500Ω A cuantos watts corresponde +20dBm? Con qué voltaje rms se asocia si esa potencia se consume en 75Ω? 4. EQUIPO Analizador de espectros Hewlett Packard modelo HP 8591E Antena logarítmica Rohde & Schwarz modelo HL 023 (80 MHz A 1.3 GHz) de 50Ω. Cable coaxial RG-58 de 50 Ω 1 conector BNC hembra-hembra 5. CIRCUITO DE MEDICIÓN Figura 1. Conexión del circuito entre el analizador de espectros y la antena logarítmica por medio de un cable coaxial RG-58. 2

3 6. PROCEDIMIENTO 6.1.Medición Con ayuda de las copias anexadas (imágenes escaneadas de Realización de una medición, páginas 2-13 a 2-15) ejecute la rutina de medición para aprender a usar los controles principales del analizador, lea con cuidado todas las instrucciones y precauciones Vea la etiqueta amarilla en el borne de entrada, cuál es el voltaje CD máximo permitido, cuál la máxima tensión rms? 6.2.Medición Conecte un extremo del cable coaxial de la antena a la entrada (INPUT 50Ω) del analizador de espectros (AE) como se indica en el circuito de medición Oriente la antena hacia el volcán Irazú tal que la flecha quede hacia esa dirección Ajuste la frecuencia central fc del analizador a 195 MHz. Para esto aprete el selector 5 (FREQUENCY) e introduzca el valor en DATA, finalmente pulse el botón de las unidades (MHz) correspondientes Ajuste el rango de frecuencia que cubrirá la pantalla, a 50 MHz, SPAN = 50MHz. Pulse para ello el selector 5 (SPAN), introduzca la cifra 50 en data y pulse las unidades (MHz) Para modificar la amplitud de la señal recibida pulse 5 (AMPLITUDE) y con la perilla lleve la la componente espectral de mayor intensidad a la línea (límite) superior de la pantalla, línea de referencia. Qué valor indica el REF LEVEL en la pantalla? Dibuje el espectro obtenido. Para medir con precisión las amplitudes en decibeles db y la respectiva frecuencia de los picos más notables, use la función MARKER, botón MKR, y desplace el rombo ( ) indicador con la perilla. Indique en todos los gráficos la frecuencia inferior y la superior abarcadas en la pantalla (extremos de la pantalla). a. b. c. d. f. g. h. i. Mida las amplitudes de las armónicas mayores. Numérelas respectivamente en el gráfico. Cómo se denomina esa banda? Qué fuentes de información se ubican en la pantalla? Cuál es la separación aproximada (Banda de Guardia en MHz) entre los canales de información mostrados? Indíquelo en la figura hecha. Anote el día y la hora en que se realiza la medición. Cuál fuente transmite con mayor potencia? Cambie la fc a 160 MHz y SPAN = 50 MHz. Observe el espectro al menos durante 1 minuto. Corresponden los espectros mostrados a canales de televisión? Justifique, Observe la presencia de señales intermitentes. Qué rango espectral está observándose ahora en la pantalla? 3

4 j. Mida el nivel del piso de ruido (potencia de ruido), en los rangos donde NO haya señal de información alguna. Dado que el trazo varía con el tiempo, dé un valor promedio. 6.3.Medición Reajuste SPAN = 10 MHz como lo hizo en el punto Ponga una frecuencia central fc = 177 MHz como se especificó en Dibuje el espectro obtenido. Ayúdese de la marca ( ) para especificar amplitud y frecuencia de las portadoras de video, audio y color. Qué canal se está observando? Indique en forma explícita cada portadora. Respecto a la portadora de video, cuántos db por debajo están las portadoras de color y audio? Compare las frecuencias teóricas y prácticas de las portadoras. Calcule los porcentajes de error. Cuál es la portadora más inestable? Para eliminar la marca, pulse MKR y en el menú ponga MARKER 1 en OFF. 6.4.Medición Ubique la portadora de video en el centro de la pantalla pulsando el botón FREQUENCY y girando lentamente la perilla Pulse el selector SPAN y en el menú correspondiente seleccione la opción ZERO SPAN. Se observa la señal demodulada en el dominio del tiempo, es decir, el analizador actúa ahora como un osciloscopio Para dibujar la señal observada, pulse la tecla de control TRIG y pase del barrido continuo (SWEEP CONT) en el menú de la derecha, a un barrido único (SWEEP SGL) que le dejará la señal estática. Busque una forma de onda que le permita medir el periodo. El barrido (SWP) indicado en la parte inferior derecha de la pantalla corresponde al barrido de las 10 divisiones en sentido horizontal. Anote el valor de SWP. Dibuje la señal, mida e indique su periodo en la figura y calcule su frecuencia. Al finalizar esta parte, vuelva al barrido continuo (SWEEP CONT) Para regresar al SPAN anterior, presione el botón SPAN y seguidamente en el menú LAST SPAN (SPAN = 10 MHz). 6.5.Medición Ajuste la frecuencia central fc = 98 MHz y un SPAN = 20 MHz El ancho de banda del filtro de resolución (Resolution Bandwidth) debe graduarse según la densidad de líneas espectrales que aparecen en la pantalla para un SPAN determinado. Este ajuste se logra con el botón BW. Para graduar el filtro a 30 KHz, pulse BW, introduzca la cifra en DATA y presione el botón de unidades Determine de la pantalla del AE el número de fuentes de información entre 88 MHz y 108 MHz Indique el día y la hora en que se realizó esta medición. Mida amplitud y frecuencia de las tres señales de mayor potencia que Ud. observa. 4

5 A qué tipo de señales corresponden las líneas espectrales mostradas? Consulte las asignaciones de los diferentes rangos del espectro radioeléctrico Considera Ud. que esta banda esté sumamente saturada? Qué frecuencias podría Ud. ofrecer al solicitante de una nueva frecuencia portadora? Busque rangos libres. 6.6.Medición Ajuste fc = MHz y SPAN = 1 MHz. Presione el botón AMPLITUDE. En el menú de la derecha seleccione escala lineal (SCALE/LOG LIN) Lleve la amplitud de la señal mostrada de mayor amplitud al máximo (borde superior de la pantalla), use la perilla Utilizando el botón de disparo (TRIG) como se hizo en el punto 6.4.3, deje fija la señal, esbócela y determine las bandas de guardia entre las fuentes de información así como los anchos de banda de los canales observados en pantalla. Calcule la banda guardia promedio a partir de 3 mediciones Regrese a la escala logarítmica, AMPLITUDE, SCALE/ LOG LIN. 6.7.Medición Ajuste fc = 677 MHz y SPAN = 25 MHz Determine la naturaleza de las fuentes de información que se observan en la pantalla, cuántas fuentes se cuentan en ese rango. Mida la banda de guardia entre canales adyacentes Compare el valor de estas bandas de guardia con las medidas en el punto 6.2.6d Vuelva a medir el piso de ruido en los rangos en que no haya señal de información como lo hizo en el punto 6.2.6i. Dé los nombres de las fuentes observadas. 6.8.Medición extra Realice una prueba con un teléfono celular. Ubique primeramente el rango de frecuencia en el que se espera observar la densidad espectral al llamar. Si el teléfono es TDMA ajuste fc = 870 MHz, si es GSM ajuste fc = 1.7GHz Dirija la antena hacia el teléfono antes de hacer la llamada Váyase acercando a la antena dependiendo de la intensidad de la señal observada Esboce el espectro observado. 5

6 7. ANALISIS DE RESULTADOS Y EVALUACION Conteste las preguntas planteadas en cada medición, en la sección de Análisis de Resultados. Trabaje en el mismo orden del instructivo. Conteste a las siguientes preguntas: Investigue a qué corresponde la frecuencia medida en el punto en la técnica de televisión? Consulte el apartado D del libro Introducción a los Sistemas de Comunicaciones, de Ferrel Stremler En el rango de radiofrecuencia comercial AM (amplitud modulada) el ancho de banda está normalizado en 10 KHz. Cómo es este respecto al ancho de banda en FM (frecuencia modulada) comercial? Compare con los resultados de la medición Porqué capta un receptor de FM el audio del canal 6 de televisión? Calcule el total de emisoras que se podrían transmitir en la banda de FM comercial si cada una ocupa un ancho de banda de 200 KHz y la separación con cada emisora contigua es de 100 KHz. A qué porcentaje de aprovechamiento corresponde? Si este porcentaje es menor que el 100% no habría saturación. Compare con lo anotado por Ud en la medición Dé una lista de fuentes de información intermitentes, es decir, que no aparecen permanentemente en la pantalla A qué conclusión llega Ud. al comparar los resultados de las mediciones 2 y 7? Mantenga el mismo orden del instructivo en las secciones de Resultados Experimentales y Análisis de Resultados. 6

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