Instructivo de Laboratorio 2 Introducción al analizador de espectros y al generador de RF

Transcripción

1 Instituto Tecnológico de Costa Rica Escuela de Ingeniería Electrónica Laboratorio de Teoría Electromagnética II Prof. Ing. Luis Carlos Rosales Instructivo de Laboratorio 2 Introducción al analizador de espectros y al generador de RF Objetivo General: Desarrollar la habilidad para utilizar adecuadamente el analizador de espectros y el generador de radiofrecuencia en sus funciones básicas. Objetivos Específicos: 1. Realizar mediciones de potencia de salida RF (Radio Frecuencia) en dbm. 2. Medir las pérdidas de propagación de una señal de RF. 3. Medir el ancho de banda ocupado por un canal de FM en función de su desviación. 4. Analizar el espectro de una señal FM con una desviación variable y una frecuencia moduladora fija. 5. Medir el ancho de banda ocupado por un canal de AM en función del índice de modulación. 6. Describir el efecto de los cables coaxiales de conexión conforme se aumenta la frecuencia. Cuestionario Previo: 1. Qué se entiende por un acople de impedancia correcto? 2. Qué ocurre si un amplificador especificado para 50 Ohms de salida se carga con 25 Ohms? Justifique. 3. Qué ocurre si un amplificador especificado para 50 Ohms de salida se carga con 100 Ohms? Justifique. 4. Qué ocurre si se conecta directamente el generador de RF de 50 Ohms a un osciloscopio? Justifique. 5. Investigue el principio de funcionamiento de la modulación AM (DSB-LC) a. Dibuje el espectro de una señal AM con la portadora en 1MHz y una moduladora senoidal de 1kHz y un índice de modulación de 90% b. Dibuje la misma señal del punto anterior en el dominio del tiempo 6. Explique el principio de radiación de ondas electromagnéticas (OEM) 7. Investigue: Qué relación existe entre la frecuencia, longitud de onda y la antena necesaria para radiar una OEM? 8. Investigue: Qué relación existe entre la frecuencia, la potencia y el alcance de una OEM?

2 Equipo: NOTAS IMPORTANTES: Recuerde que el equipo a utilizar requiere mucho cuidado. Si detecta algún problema de operación repórtelo inmediatamente al asistente de laboratorio. Recuerde que los equipos de comunicaciones normalmente requieren un tiempo previo de calentamiento (5 minutos) Generador de RF (Agilent 8648B) Analizador de espectros (Hewlett Packard 8591E) Monitor de comunicaciones (IFR 2945) Generador de señales (Peak Tech 1013) Cable coaxial RG58 Receptor radio comercial (Debe ser aportado por el estudiante) Antena Logarítmica Rohde & Scharwz. Circuito de Medición: Generador Funciones Peak Tech 1013 Generador RF Agilent 8648B Antena Log. Analizador Espectros HP 8591E Monitor Comunicaciones IFR 2945

3 Procedimiento Primera Parte: Efecto del ancho de banda de resolución 1. Asegúrese de contar con todo el equipo necesario y darle un adecuado tiempo de calentamiento. 2. En el analizador de espectros HP8591E, sin conexión en el puerto de antena, establezca: a. Frecuencia central de 100 MHz (Utilizar la tecla FREQUENCY y el teclado numérico) b. SPAN de 1MHz (Utilizar la tecla SPAN y el teclado numérico) c. Nivel de referencia en -50dBm (Utilizar la tecla AMPLITUDE y el teclado numérico) 3. Ajuste los valores del ancho de banda de resolución de acuerdo a la siguiente tabla. En cada caso, estime el piso de ruido. Nota: Para estimar el piso de ruido con mayor precisión, utilice la función MARKER con la tecla MKR. Para establecer el ancho de banda de resolución utilice la tecla BW en la sección de CONTROL del panel del HP8591E y el teclado numérico. Ancho de Banda de Resolución Resolution Bandwidth 300 Hz 1 khz 10 khz 30 khz 100 khz 300 khz 1 MHz Piso de Ruido Noise Floor 4. Utilizando el cable coaxial RG58, conecte la entrada del analizador de espectros HP8591E con la salida RF Output del generador de señales Agilent 8648B. 5. Ajuste el generador Agilent de acuerdo a lo siguiente: a. Frecuencia de salida: 100 MHz (Utilizar la tecla FREQUENCY y el teclado numérico) b. Potencia de salida: -50dBm (Utilizar la tecla AMPLITUDE y el teclado numérico) c. Sin modulación. (Utilizar el botón MOD ON/OFF hasta que la pantalla muestre un OFF en la sección de MODULATION ) d. Asegúrese además que la salida RF esta encendida. Utilice el botón RF ON/OFF hasta que desaparezca el mensaje de RF OFF en la sección AMPLITUDE de la pantalla. e. Asegúrese que la referencia de frecuencia se encuentra apagada. Para esto, use el botón REF ON/OFF hasta que la lectura de la frecuencia en la pantalla sea de la forma XXX.XXXXMHz, y no exista un símbolo triangular como: XXX.XXXXΔMHz 6. Dibuje a mano alzada los espectros medidos para cada una de los anchos de banda de resolución indicados en la tabla del punto 3. En cada caso, ajuste el nivel de referencia del analizador de espectros para maximizar el uso de la pantalla. 7. Cambie la potencia del generador Agilent a 0dBm. 8. Repita el paso 6 usando la nueva potencia en el generador. Segunda Parte: Modulación FM 9. Conserve la misma configuración del analizador de espectros que se especificó en el punto 2, pero esta vez, utilice un ancho de banda de resolución de 1kHz. 10. Ajuste la potencia de salida del generador de RF a -10dBm.

4 11. Active la modulación FM en el generador Agilent, utilice una moduladora de 1kHz y una desviación de 70 khz: a. Presione la tecla MOD ON/OFF para encender la modulación. b. Presione la tecla FM para seleccionar el tipo de modulación y de inmediato use el teclado numérico para definir la frecuencia de desviación. c. Presione la tecla INT 1kHz para seleccionar la frecuencia de la moduladora 12. Dibuje a mano alzada el espectro observado. 13. Investigue el comportamiento del espectro de la señal cuando se hacen los cambios mostrados en la siguiente tabla: Desviación FM (khz) Frecuencia de la señal moduladora (Hz) Ancho de banda ocupado (khz) Notas: En el generador de RF: Para seleccionar la frecuencia de 400Hz en la señal moduladora utilizar el botón INT 400Hz. De igual manera, utilizar INT 1kHz para la frecuencia de 1000 Hz En el Analizador de Espectros: Para medir el ancho de banda ocupado, se recomienda utilizar la función MKR. Luego, utilizar el softkey llamado MARKER Δ y la perilla rotatoria para medir diferencia entre 2 marcadores. 14. Desconecte el analizador de espectros y conecte el monitor de comunicaciones IFR2945A con el generador de RF usando la entrada de Antenna. a. Presione la tecla SELECT del monitor de comunicaciones hasta que la luz naranja debajo del conector de antenna esta encendida 15. Mantenga el generador Agilent con una frecuencia de 100MHz, modulación de FM con una señal moduladora de 1kHz y desviación de 10kHz. 16. Configure el monitor de comunicaciones para realizar prueba de transmisores en FM: a. Presione la tecla Tx TEST b. Usar el softkey TX Freq para establecer una frecuencia de prueba de 100MHz. Luego presionar Return para volver al menú principal. c. Usar el softkey Mod Meter, luego utilizar el softkey AM/FM/SSB hasta que la pantalla del monitor de comunicaciones indique que se está midiendo nivel de FM. Presione Return para volver al menú principal d. Usar el softkey Mod Meter, luego usar el softkey Dist/S-N y luego el softkey Sinad para establecer este modo de medición de distorsión. Presionar Return hasta volver al menú principal. e. Usar el softkey Mod Meter, luego el IF Filter y seleccionar el filtro de 300kHz. Presionar Return hasta volver al menú principal. 17. En el generador de RF Agilent, ajustar los valores de distorsión y potencia de acuerdo a la siguiente tabla. En cada uno de los casos, medir con el monitor IFR lo siguiente: a. Potencia recibida b. Nivel de FM c. SINAD

5 Desviación (khz) Potencia (dbm) Potencia Recibida Nivel FM SINAD Conecte el generador de RF Agilent a la antena logarítmica. 19. Ajuste el generador de RF con los siguientes valores: a. Frecuencia de transmisión: 102.3MHz b. Modulación: FM c. Señal moduladora: 1kHz d. Desviación: 70 khz e. Potencia: -10 dbm 20. Ajuste el receptor de radio a 102.3MHz y colóquelo en dirección hacia donde apunta la antena logarítmica. Se debe escuchar un tono (como un silbido constante). 21. Caminar con el receptor de radio, haga una estimación de la distancia que cubre la transmisión. (Estimar hasta donde se pierde el tono y se recupera la transmisión regular de radio) 22. Conecte un cable BNC al analizador de espectros HP8591E. Deje el otro extremo del cable abierto, sin conexión. 23. Ajuste la frecuencia central del analizador de espectros a 102.3MHz. 24. Apague la modulación en el generador RF Agilent y mida la potencia con que el analizador de espectros HP capta la señal en el aire. Dibuje el espectro recibido (Recuerde optimizar el espacio de la pantalla cambiando el nivel de referencia) Tercera Parte: Modulación FM con fuente externa 25. Utilice un cable coaxial para conectar la salida Func Out del generador de funciones PeakTech a la entrada MOD INPUT/OUTPUT del generador de RF Agilent. 26. En el generador de RF Agilent, ajuste las siguientes opciones: a. Frecuencia de transmisión a 98.1MHz b. Fuente de modulación: Externa (Presionar la tecla EXT DC) 27. Ajustar el generador de funciones PeakTech de acuerdo con lo siguiente: a. Modo: Continuo i. Presionar la tecla Mode/Func hasta que el triángulo que aparece al centro de la pantalla en la línea de abajo apunte hacia la izquierda ii. Usar las teclas < y > para cambiar la opción hasta que la palabra CONT aparezca en la pantalla b. Función: Seno i. Presionar la tecla Mode/Func hasta que el triángulo que aparece al centro de la pantalla en la línea de abajo apunte hacia la derecha

6 ii. Usar las teclas > y < para cambiar la opción hasta que la palabra SINE aparezca en la pantalla c. Frecuencia: 1kHz: i. Usar la tecla: Freq/Per hasta que la pantalla muestre FREQ en la primera línea ii. Ajustar la frecuencia moviendo la perilla de Frequency iii. Si la perilla no alcanza a dar el ajuste, utilizar el botón Range/Attn y las teclas de < y > para cambiar el rango de frecuencias. d. Mantenga la amplitud tan baja como sea posible: i. Gire la perilla de Amplitude en sentido anti-horario hasta su valor mínimo. 28. Conectar la salida RF OUTPUT del generador Agilent con la entrada ANTENNA del monitor de comunicaciones IFR. El monitor de comunicaciones debe estar en modo de prueba de transmisores. De ser necesario, verificar las instrucciones en el paso 16 de este procedimiento. 29. Ajuste la frecuencia de pruebas en el monitor de comunicaciones a 98.1MHz. 30. En el generador de funciones PeakTech, aumente gradualmente la amplitud de la señal hasta que la desviación (FM Level) medida en el monitor de comunicaciones (IFR) es de 40kHz 31. Realice algunos cambios en la frecuencia de la señal moduladora entregada por el generador de funciones PeakTech. Observe y analice: a. Cómo se comporta la desviación en función de la frecuencia de la moduladora? Justifique. b. Cuál es el ancho de banda de del modulador? Justifique 32. Conecte la salida RF OUTPUT del generador Agilent al analizador de espectros HP8591E. 33. Con el analizador de espectros, realice una estimación del ancho de banda del canal de la señal modulada. 34. Investigue: Cómo influye la variación de la frecuencia de la señal moduladora entregada por el generador de funciones PeakTech en el ancho de banda del canal medido con el analizador de espectros HP? Cuarta Parte: Modulación AM 35. Conecte la salida RF OUTPUT del generador Agilent al analizador de espectros HP. Asegúrese de haber desconectado el generador de funciones Peak Tech. 36. En el generador Agilent de RF, ajustar lo siguiente: a. Frecuencia: 1 MHz. b. Potencia: -10dBm c. Tipo de modulación: AM (Presionar el botón AM, luego usar el teclado numérico para ajustar los valores del índice de modulación) d. Frecuencia de señal moduladora: 1kHz (Presionar el botón INT 1kHz)

7 37. Ajuste el índice de modulación AM de acuerdo a los valores de la siguiente tabla. En cada caso, dibujar el espectro obtenido. Índice de Modulación Frecuencia Moduladora 20% 1 khz 30% 1 khz 40% 1 khz 50% 1 khz 60% 1 khz 70% 1 khz Nota: Recuerde ajustar el analizador de espectros a una frecuencia central de 1MHz, SPAN de 10kHz y un ancho de banda de resolución de 300Hz. Maximice el uso de la pantalla ajustando el nivel de potencia de referencia. 38. Conecte nuevamente la salida Func Out del generador de funciones Peak Tech a la entrada MOD INPUT/OUTPUT del generador de RF Agilent. 39. Configure el generador Agilent para utilizar modulación AM a un 70% con moduladora externa: a. Presione la tecla AM y use el teclado numérico para ajustarla a un 70% b. Presione la tecla EXT DC para seleccionar la moduladora externa, que en este caso es entregada por el generador de funciones Peak Tech. c. Mantenga la amplitud de la señal entregada por el Peak Tech en su mínimo. 40. Conecte la salida RF OUTPUT del generador RF Agilent con la entrada ANTENNA del monitor de comunicaciones IFR. 41. Configure el monitor de comunicaciones para realizar prueba de transmisores en modo AM. (Repetir los pasos indicados en el punto 16, pero en el paso 16.a seleccionar una frecuencia de 1MHz y en el paso 16.c seleccionar AM en lugar de FM) 42. Realice variaciones en el valor de la frecuencia de la señal moduladora (ajuste la frecuencia de la señal entregada por el generador de funciones PeakTech). Utilice valores cercanos a: 1kHz, 2kHZ, 3kHz y 4kHz. 43. Analice y determine: Cómo interfiere la variación de la frecuencia en el índice de modulación medido con el monitor de comunicaciones IFR? 44. Desconectar el monitor de comunicaciones IFR y conectar en su lugar el analizador de espectros HP8591E. 45. Repita las variaciones de frecuencia indicadas en el paso 42. Ajuste el analizador de espectros para visualizar correctamente cada caso. 46. En cada uno de los casos anteriores, determine: a. Cómo se puede medir el ancho de banda del canal de AM? b. Cómo varía el ancho de banda en cada caso, según la frecuencia de la señal moduladora? Análisis de resultados y evaluación Investigue los fundamentos teóricos que permiten estimar el ancho de banda ocupado en un canal de FM y verifique los resultados obtenidos en el laboratorio. Investigue los fundamentos teóricos que permiten estimar el ancho de banda ocupado en un canal de AM y verifique los resultados obtenidos en el laboratorio. De qué depende el ancho de banda de audio de un modulador FM? De qué depende el ancho de banda de audio de un modulador AM? Justifique las mediciones de piso de ruido realizadas en el laboratorio.