Abstract
Abstract : This lab is based on the use: This lab is based on the use
of the spectrum analyzer or the FFT, to of the spectrum analyzer or the FFT, to lo
look ok on on it it ththe e spspectectrurum m of of ththe e ininput put si
signalgnal, , liklike e the the squsquare are (wor(worst st sigsignal nal p
posossisiblble)e), , or or vavaririatatioions ns of of itit. . AlAlsoso ch
chececkiking ng ththe e didiffffereerent nt vavalulues es of of ththee signal armonics, like potency, Veff, etc, signal armonics, like potency, Veff, etc, comparing them against the theorical comparing them against the theorical values.
values.
1. Introducción 1. Introducción
S
Se e aannaalliizzaarra a uunna a oonndda a ccuuaaddrraaddaa,, primero como onda NRZ (unipolar no primero como onda NRZ (unipolar no
re
retotornrno o a a ceceroro) ) y y luluegego o cocomo mo onondada polar NRZ. Este tipo de onda conocida polar NRZ. Este tipo de onda conocida
co
como mo “l“la a pepeor or sesecucuenencicia a poposisiblble”e”,, p
perermimititirá rá ananalalizizar ar la la cocompmpososicicióiónn espectral haciendo uso del Analizador espectral haciendo uso del Analizador de Espectros. Se medirán las potencias de Espectros. Se medirán las potencias contenidas en cada uno de los enésimos contenidas en cada uno de los enésimos armónicos contenidos en la señal.
armónicos contenidos en la señal.
2. Objetivos 2. Objetivos
•
• AfAfiiananzazarrse se en en el el mamanenejo jo dedell
Analizador de Espectro. Analizador de Espectro.
•
• EEssttaar r een n ccoonnddiicciioonnees s ddee
descomponer una señal de onda descomponer una señal de onda ccuuaaddrradada a een n ssus us aarrmmóóniniccooss si
sinunusosoididalales es fufundndamamenentataleles,s, ut
utiililizazandndo o un un AnAnalaliizazadodor r dede Espectro.
Espectro.
•
• UUttiilliizzaar r eel l AAnnaalliizzaaddoor r ddee
Espectral para medir la potencia Espectral para medir la potencia co
contntenenidida a en en lla a ccomompoponenentntee fundamental y armónicas de una fundamental y armónicas de una señal.
señal.
•
• Analizar una señal y calcular laAnalizar una señal y calcular la
p
pototenencicia a tototatal l cocontntenenidida a en en lala señal en dbm, dada la potencia de señal en dbm, dada la potencia de sus principales armónicas.
sus principales armónicas.
3. Marco Teórico 3. Marco Teórico
L
Laas s sseeññaallees s een n lla a ccoommuunniiccaacciióónn eléctrica son magnitudes variables en el eléctrica son magnitudes variables en el ti
tiemempopo, , tataleles s cocomo mo el el vovoltltajaje e y y lala corriente. La descripción de una señal corriente. La descripción de una señal
usu
usualmalmentente e exiexiste ste en en el el domdominiinioo d
deel l ttiieemmppoo, , ddoonndde e lla a vvaarriiaabbllee ind
indepeependindientente es e es . Pero el tra. Pero el trabajbajo eno en llas as cocomumuninicacaciciononees, s, a a memenunudo do eess conveniente describir las señales en el conveniente describir las señales en el do
domimininio o de de la la frfrececuenuencicia, a, dodonde nde lala
Análisis de Señales Pseudoaleatorias
Análisis de Señales Pseudoaleatorias
Wendy Mosquera, Cód.1030533977, e-mail: [email protected] Wendy Mosquera, Cód.1030533977, e-mail: [email protected] Laura Montero, Cód.90110852796, e-mail: [email protected] Laura Montero, Cód.90110852796, e-mail: [email protected]
John Pedreros, Cód.
John Pedreros, Cód. 1022343628, e-mail: [email protected], e-mail: [email protected] Diego Rodríguez, Cód.1014197948, e-mail: [email protected] Diego Rodríguez, Cód.1014197948, e-mail: [email protected]
variable independiente es . Si la señal existe físicamente en el dominio del tiempo, podemos decir que consiste de aquellas componentes en su descripción del dominio de la frecuencia, llamado “espectro”.
Figura 1. Señal en dominio del tiempo y señal en dominio de la frecuencia
3.1 Potencia de Señal
La potencia de la señal esta dada por:
3.2 Amplitud de Señal
Las amplitudes de la señal dependen del espectro, puede ser de un solo lado y de doble lado.
3.2.1 Espectro de Amplitud de un solo lado
3.2.2 Espectro de Amplitud de doble lado 4. Implementos Utilizados Elemento Referencia Generador de Funciones SFG-830 Analizador Espectral GDS-2062 Conectores BNC-BNC
---Tabla 1. Implementos utilizados
5. Procedimiento y Toma de Datos
5.1 Procedimiento
1.Disponga de los equipos de la manera indicada en la figura 2.
Figura 2. Diagrama de Conexión
2. Conecte la salida del generador de Funciones con la entrada del Analizador Espectral, utilizando conectores BNC-NBC.
3.Efectuar los siguientes ajustes en el Generador de Funciones:
• Frecuencia de salida: 100
KHz.
• Función: Onda cuadrada
unipolar.
• Nivel de salida: 2 voltios
pico.
4. Disponga de los controles del Analizador de Espectro así:
• Span División: 1 MHz. • Frec. Central: 100 KHz. • Poder de Resolución: 1KHz.
5. Confrontar valores calculados con valores medidos, sobre una
impedancia de Z=50Ω
(impedancia de entrada del Analizador).
6. Encontrar la potencia en dbm y mw de las siete primeras armónicas visualizadas, llevar estos valores a una tabla.
7. Emplear la siguiente ecuación para encontrar las amplitudes en voltio efectivo de cada una de las
siete primeras armónicas
desplegadas por el Analizador.
8. Calcular las amplitudes teóricas (para espectro de amplitud de un solo lado) y (para espectro de amplitud de doble lado).
9. Exprese la potencia en mw y dbm.
10. Sume las potencias armónicas para encontrar la potencia total,
luego conviértalas a dbm.
11. Comparar los valores teóricos y prácticos de las potencias obtenidas.
12. Repetir el proceso para una señal polar NRZ. 5.2 Toma de Datos 5.2.1 Espectro de Amplitud de un solo lado Armónica Frecuencia (KHz) (dbv) 100 -1,93 200 -3,13 300 -19,9 400 -15,5
Tabla 2. Toma de Datos Espectro de Amplitud de un solo lado
5.2.2 Espectro de Amplitud de doble lado Armónica Frecuencia (KHz) (dbv) 100 3,26 200 -9,13 300 -14,3 400 -9,53
Tabla 3. Toma de Datos Espectro de Amplitud de doble lado
6. Análisis de Datos
6.1 Espectro de Amplitud de un solo lado
6.1.1 Datos Medidos 6.1.1.1
6.1.1.3 6.1.1.4 6.1.2 Datos Calculados 6.1.2.1 6.1.2.2 6.1.2.3 6.1.2.4
6.2 Espectro de Amplitud de doble lado
6.2.1.1 6.2.1.2 6.2.1.3 6.2.1.4 6.2.2 Datos Calculados 6.2.2.1 6.2.1.2 6.2.1.3
6.2.1.4
6.3 Tabla de Valores 6.3.1 Valores Calculados
Arm. P(mw) P(dbm) a(Vef) a(dbv) 16,2 12,09 0,9 -0,9
1,8 2,55 0,3 -10,45 0,648 -1,8 0,18 -14,89 0,32 -4,9 0,128 -17,81
Tabla 4. Valores calculados Espectro de Amplitud de un solo lado Arm. P(mw) P(dbm ) a(Vef ) a(dbv) 64,8 18,11 1,8 5,1 7,2 8,57 0,6 -4,43 2,59 4,13 0,36 -8,87 1,25 0,96 0,25 -12,04
Tabla 5. Valores calculados Espectro de Amplitud de doble lado 6.3.2 Valores Medidos Arm. P(mw) P(dbm ) a(Vef ) a(dbv) 12,8 11,07 0,8 -1,93 9,72 9,87 0,69 -3,13 0,204 -6,903 0,101 -19,9 0,563 -2,49 0,167 -15,5
Tabla 6. Valores medidos Espectro de Amplitud de un solo lado Arm . P(mw ) P(dbm ) a(Vef ) a(dbv) 42,05 16,23 1,45 3,26 2,31 3,63 0,34 -9,13 0,722 -1,41 0,19 -14,3 0,1089 -9,62 0,33 -9,53
Tabla 7. Valores medidos Espectro de Amplitud de doble lado
6.4 Potencia Total del sistema
6.4.1Espectro de Amplitud de un solo lado
6.4.1.1 Potencia Total Calculada
6.4.2 Espectro de Amplitud de doble lado
6.4.2.1 Potencia Total Calculada
6.4.2.2 Potencia Total Medida
7. Errores y discrepancias teórico practicas
7.1 Espectro de Amplitud de un solo lado Arm . a(Vef) Calculad o a(Vef) Medido % Error 0,9 0,8 11,11 0,3 0,69 56,52 0,18 0,101 43,88 0,128 0,167 30,46
Tabla 8. Porcentaje de Error Espectro de Amplitud de un solo lado
7.2 Espectro de Amplitud de doble lado Arm . a(Vef) Calculad o a(Vef) Medido % Error 1,8 1,45 19,44 0,6 0,34 43,33 0,36 0,19 47,22 0,25 0,33 32
Tabla 9. Porcentaje de Error Espectro de Amplitud de doble lado
Según lo observado en las dos tablas anteriores, nos damos cuenta que los porcentajes de error son elevados, las posibles causas pueden ser:
• Valor de precisión del Generador
de Funciones y del Analizador de Espectro.
• Ruido presente en el ambiente y
en los conectores BNC-BNC.
8. Imágenes
Figura 3. Captura del espectro de amplitudes en dBm para la secuencia 1010101… unipolar NRZ.
Figura 4. Captura del espectro de amplitudes en función de la potencia para la secuencia 1010101…
unipolar NRZ.
Figura 5. Captura del espectro de amplitudes en dBm para la secuencia 100100… unipolar NRZ.
Figura 6. Captura del espectro de amplitudes en Voltios para la secuencia 100100… unipolar NRZ.
Figura 7. Captura del espectro de amplitudes en dBm para la secuencia 110110… unipolar NRZ.
Figura 8. Captura del espectro de amplitudes en voltios para la secuencia 110110… unipolar NRZ.
9.Conclusiones
• Debido a que se trabajo con un
Analizador de Espectro nuevo en el laboratorio, no se domina de forma completa las funciones que este elemento nos puede brindar.
• Con el desarrollo de los demás
laboratorios a lo largo del semestre se afianzar el correcto manejo del Analizador GDS-2062.
• El Analizador Espectral
descompone una señal cuadrada en sus armónicos, en su orden se toman 1º, 3º, 5º, 7º, 9º..., mediante el cual se puedo
encontrar sus principales
características.
• Un Osciloscopio trabaja en
dominio del tiempo y con amplitud en función de voltaje efectivo, mientras que un Analizador de Espectro trabaja en dominio de la frecuencia y con amplitud en función de potencia.
• El Espectro de Amplitud de
doble lado presento mayor Potencia Total respecto a la de un solo lado, debido a que sus armónicos presentan mayor amplitud en voltaje efectivo, los valores teóricos y prácticos obtenidos en este calculo son muy cercanos.
10. Preguntas y Respuestas
1. Calcule la frecuencia de la 3ª y 5ª armonica de una onda cuadrada
cuyo periodo es .
2.¿Cual es la amplitud de las dos primeras armónicas, si la
amplitud pico a pico de la señal cuadrada es 4V?
3. ¿Para que sirve el Analizador de Espectros?
Es un equipo de medición electrónica que permite visualizar los componentes espectrales de una señal, este tipo de señales pueden ser eléctricas, acústicas u
ópticas.
4.¿Qué mide un Analizador de Espectros cuando se aplica directamente una señal a sus conductores?
El Analizador de Espectros mide el en dbm del contenido espectral de la señal y la frecuencia, de acuerdo a las muestras capturadas.
5.¿Qué debe hacerse para sumar potencias en dbm?
Para sumar en dbm, primero se debe realizar la conversión de dbm a mw y luego emplear la siguiente formula:
6.¿Por que nos detenemos en la 5ª o 7ª armónica cuando efectuamos análisis espectral?
Nos detenemos en este punto, por que a partir de estas armónicas y en adelante las variaciones no son significativas, es decir, mantiene valores casi constantes.
7. ¿Cuándo una señal esta compuesta de dos armónicas de 20 dbm cada una, cual es la potencia total en dbm?
8. ¿Si la misma señal esta compuesta de cuatro armónicas de 10 dbm cada una, cual es la potencia total en dbm?
9.¿La escala horizontal del Analizador Espectral da alguna información necesaria para calcular la potencia?
No por que la potencia no esta en función del eje horizontal, en este caso en función de la frecuencia.
11. Bibliografía
• Bruce Carlson, “Sistemas de
Comunicación”, 1ª ed., Ed. McGraw-Hill, 1980, pp. 15–16.
• Mandado Enrique,
“Instrumentación Electrónica”, 1ª ed., Ed. Alfaomega, 1995, pp. 41-45.
