2.2. Reconocer los espectros de señales de radio en frecuencia

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
LABORATORIO DE TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA II
PROF.: ING. SAÚL GUADAMUZ BRENES
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
3.1.1. ¿Qué se entiende por espectro electromagnético, espectro en Banda Base y
qué es el espectro de transmisión de un canal de información?
3.1.2. ¿Qué significa espectro radioeléctrico y qué frecuencias abarca?
3.1.3. ¿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?
3.1.4. 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
250kHz. 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 3.1.4.
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 = 45kHz. Gradúe el eje de
frecuencia.
3.1.6. La longitud de onda de una portadora es =0,142m. A que rango de
frecuencia corresponde, de que tipo de señal se trata y que tipo de modulación se
emplea para dicha banda.
3.1.7. 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).
3.1.8. Esboce la densidad espectral de canal 9, gradúe el eje de frecuencia,
señale las diferentes portadoras (video, audio y color). Investigue e indique
adonde se ubica la información.
3.1.9. La potencia en decibeles se calcula respecto a un valor de referencia.
Calcule 15mW en dB y dBV si R=500.
3.1.10. ¿A cuantos watts corresponde +20dBm? ¿Con qué voltaje rms se asocia si
esa potencia se consume en 75?
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 
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.
6. PROCEDIMIENTO
6.1. Medición 1
6.1.1. 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.
6.1.2. Vea la etiqueta amarilla en el borne de entrada, ¿cuál es el voltaje CD
máximo permitido, cuál la máxima tensión rms?
6.2. Medición 2
6.2.1. Conecte un extremo del cable coaxial de la antena a la entrada (INPUT
50) del analizador de espectros (AE) como se indica en el circuito de medición.
6.2.2. Oriente la antena hacia el volcán Irazú tal que la flecha quede hacia esa
dirección.
6.2.3. 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.
6.2.4. 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).
6.2.5. 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?
6.2.6. 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?
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 3
6.3.1. Reajuste SPAN = 10 MHz como lo hizo en el punto 6.2.4.
6.3.2. Ponga una frecuencia central fc = 177 MHz como se especificó en 6.2.3.
6.3.3. 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?
6.3.4. 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?
6.3.5. Para eliminar la marca, pulse MKR y en el menú ponga MARKER 1 en OFF.
6.4. Medición 4
6.4.1. Ubique la portadora de video en el centro de la pantalla pulsando el botón
FREQUENCY y girando lentamente la perilla.
6.4.2. 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.
6.4.3. 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).
6.4.4. Para regresar al SPAN anterior, presione el botón SPAN y seguidamente en
el menú LAST SPAN (SPAN = 10 MHz).
6.5. Medición 5
6.5.1. Ajuste la frecuencia central fc = 98 MHz y un SPAN = 20 MHz.
6.5.2. 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.
6.5.3. Determine de la pantalla del AE el número de fuentes de información entre
88 MHz y 108 MHz.
6.5.4. 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.
6.5.5. ¿A qué tipo de señales corresponden las líneas espectrales mostradas?
Consulte las asignaciones de los diferentes rangos del espectro radioeléctrico.
6.5.6. ¿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 6
6.6.1. Ajuste fc = 95.115 MHz y SPAN = 1 MHz. Presione el botón AMPLITUDE.
En el menú de la derecha seleccione escala lineal (SCALE/LOG LIN)
6.6.2. Lleve la amplitud de la señal mostrada de mayor amplitud al máximo (borde
superior de la pantalla), use la perilla.
6.6.3. 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.
6.6.4. Regrese a la escala logarítmica, AMPLITUDE, SCALE/ LOG LIN.
6.7. Medición 7
6.7.1. Ajuste fc = 677 MHz y SPAN = 25 MHz.
6.7.2. 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.
6.7.3. Compare el valor de estas bandas de guardia con las medidas en el punto
6.2.6d.
6.7.4. 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
6.8.1. 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
6.8.2. Dirija la antena hacia el teléfono antes de hacer la llamada.
6.8.3. Váyase acercando a la antena dependiendo de la intensidad de la señal
observada.
6.8.4. Esboce el espectro observado.
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:
7.1.1. ¿Investigue a qué corresponde la frecuencia medida en el punto 6.4.3 en la
técnica de televisión? Consulte el apartado D del libro Introducción a los Sistemas
de Comunicaciones, de Ferrel Stremler.
7.1.2. 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 6.
7.1.3. ¿Porqué capta un receptor de FM el audio del canal 6 de televisión?
7.1.4. 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 6.5.3.
7.1.5. Dé una lista de fuentes de información intermitentes, es decir, que no
aparecen permanentemente en la pantalla.
7.1.6. ¿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.