analizador de espectro neoteo

8/16/2019 Analizador de Espectro NeoTeo

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Analizador de Espectro NeoTeo ELECTRÓNICA

etiquetas: tutoriales

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Luego de mucho trabajo y de varios artículos independientes llega el momento de agrupar a todas

las piezas y empezar a darle forma a lo que prometimos que sería el “desarrollo del año”:un Analizador de Espectro Radioeléctrico. Quizás algunos pocos conozcan a fondo uninstrumento de estas características y quizás otros, ni siquiera sepan de qué se trata, cómo se utilizay para qué se emplea. En palabras sencillas, “es una ventana al espectro radioeléctrico”. Según lacobertura de frecuencias del instrumento, con él se puede “ver ” como se ubica y comporta una señalelectromagnética en el espectro. Hay mucho por ver, escribir y leer. ¡Comencemos!

Una de las cosas que nadie tiene dudas en el mundo de la electrónica es que nunca terminará porconocerlo y por saberlo todo. Siempre existirá algo nuevo que nos sorprenderá y nos ayudará aadquirir nuevos conocimientos y, en el caso de los instrumentos, mayores facilidades de trabajo ymejores herramientas para trabajar con comodidad, eficiencia y por sobre todas las

cosas,entendiendo lo que estamos haciendo. Un Analizador de Espectro cumple con todas esasfunciones enumeradas por lo tanto, este será apenas el primer artículo de una serie que tepermitirá construir con tus propias manos una herramienta muy útil, valiosa y para muchos,inalcanzable por tener un precio muy elevado. Por supuesto, no creas que de manera mágica hemosdescubierto la forma de construir con unos pocos euros un instrumento que vale miles. Tampocotendrás las prestaciones de un equipo profesional y podrás hacerte millonario de la mañana a lanoche construyéndolo. No, en absoluto. Desciende a la tierra y comprende que desarrollaremos uninstrumento que será útil, que lo podrás construir tú mismo y que te ayudará a descubrir porqué, ode qué manera, suceden muchas cosas dentro del espectro radioeléctrico.

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Una vez aclarado el propósito de este desarrollo podemos comenzar a hablar de ¿qué es y paraqué se utiliza un Analizador de Espectro? Al observar la imagen anterior puedes ver una pantalladonde sobre el eje horizontal se encontrarán las diferentes frecuencias a “observar o analizar ”mientras que sobre el eje vertical encontraremos la amplitud o intensidad de la señal quedeseamos “observar o analizar”. El ejemplo más familiar que tienes y has visto en infinitasoportunidades es el analizador de espectro que traen los reproductores de audio para el ordenador(por ejemplo: Winamp). Allí puedes ver que al sonar un buen bajo (como el de Roger Waters), lascolumnas del indicador de intensidad de sonido se mueven en forma sincrónica al sonido en la parteizquierda del visor, es decir, en la parte de bajas frecuencias. Por el contrario, cuando la estridenciade una nota muy alta (lograda por la guitarra de David Gilmour) se hace presente, la parte derecha

del visor es la que adquiere protagonismo.

Esto ocurre con las frecuencias comprendidas dentro del espectro audible, pero existe un espectroque se extiende mucho más allá de los sonidos que podemos escuchar. Las ondas de radio, lasfrecuencias de los canales de TV, de la telefonía móvil, de las comunicaciones por satélite y la listaes interminable de señales que se pueden ubicar en un espacio determinado, dentro del espectroelectromagnético. Sobre este tema ya hemos hablado lo suficiente en artículos como el TDA7000 oelReceptor NeoTeo. Si crees que es necesario refrescar un poco esos conceptos puedes leerlos yencontrarás allí muchas respuestas sobre la radio. Ahora nos centraremos en un tipo muy particularde Analizador de Espectro: “el nuestro”. Este equipo utiliza el principio de funcionamiento deunreceptor superheterodino como el que hemos desarrollado en artículos anteriores y te muestra

en la pantalla de un osciloscopio imágenes muy útiles para el diseñador, experimentador, amateur oprofesional y que intentaremos explicarte de la manera más sencilla posible.

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En el gráfico superior puedes ver las dos características más frecuentes que podrás “ver ” en unaseñal:su nivel o porcentaje de modulación y la frecuencia. Es decir, una señal de AM (AmplitudModulada) se vería como una portadora (así se le llama a una señal de transmisión) que varía sunivel o amplitud de acuerdo a la profundidad de modulación que le imponga la señal impuesta en laestación transmisora. En cambio, en una transmisión de FM (Frecuencia Modulada), las variacionesse visualizarían a los costados de la frecuencia central. Cuanto mayor sea el nivel de audio quenos “trae” la señal, mayor será la desviación hacia ambos lados de la frecuencia central (Fc). Dichode otro modo, si no hay sonido aparece la portadora o frecuencia fundamental de transmisión sinperturbaciones. Por el contrario, si el nivel de audio se incrementa, a los costados de la frecuenciafundamental observaremos el nivel o “profundidad” de modulación. ¿Todavía no lo tienes claro?Observa esta señal de FM. Sin sonido es un “vástago” (sólo la portadora) donde podemos ver el

nivel de amplitud con que llega una emisora de radio a nuestro sistema. Cuando el audio aparece, laseñal es “modulada en frecuencia”.

Como mencionamos antes, el principio de funcionamiento de nuestro Analizador de Espectro seráel del sistema Superheterodino y la única parte digital que incluirá el desarrollo será la utilizacióndepotenciómetros digitales en lugar de potenciómetros mecánicos tradicionales. ¿Porquehacemos esto? Muy sencillo: de este modo los potenciómetros nunca sufrirán desgaste y estaremosante un equipo que no presentará problemas de mantenimiento ni la necesidad de conseguirmateriales especiales como son los clásicos potenciómetros multivueltas de panel. De este modo,con cualquier potenciómetro digital resolvemos un problema que era difícil de resolver. Porsupuesto que en nuestro caso utilizaremos los CAT5269 que han demostrado ser muy eficientes y

de fácil manejo mediante el bus I2C. Además, la utilización de un microcontrolador PIC nos permitiráutilizar un display alfanumérico para obtener informaciones acerca del funcionamiento delinstrumento que luego estudiaremos en detalle, En esta primera entrega nos centraremos en losaspectos generales de la construcción y mientras avancemos en el trabajo te iremos mostrando losdetalles más destacados. Aquí tienes un diagrama en bloques inicial:

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El receptor superheterodino es uno de los protagonistas principales de este montaje. Como yavimos antes, al poseer mayor cantidad de etapas de conversión, el receptor se transforma en undispositivo de mayor selectividad y sensibilidad. Esta particularidad le permitirá trabajar con

señales muy débiles en su entrada, además de otorgarle un mejor desempeño ante señales que seencuentren entre sí, próximas en frecuencia. En nuestro caso utilizaremos un sistema de tripleconversión muy sencillo de implementar y muy económico. El generador de rampa que se observaen el diagrama estará construido alrededor de un NE555 y la rampa generada por el circuitoimplementado con este IC será otra parte fundamental de este sistema. La rampa, como ya hemosvisto y conocemos con anterioridad, será una tensión variable en el tiempo que tendrá dos tareas:provocar el barrido horizontal del osciloscopio (eje Y) y variar la frecuencia de funcionamiento deloscilador local del receptor superheterodino, esto es, cambiar la frecuencia de sintonía en formasincronizada con el barrido horizontal en el osciloscopio.

Otra vez: Cuando la rampa se inicia en el mínimo de su valor de tensión, activa el barrido horizonta

del osciloscopio y a su vez sintoniza al receptor en una mínima frecuencia. A medida quecomienza a incrementar su nivel de tensión, la rampa provoca que el barrido horizontal delosciloscopio “avance” atravesando la pantalla mientras obliga al receptor a cambiarde sintonía pasando por todo un segmento de audición predefinido por el nivel de tensión de larampa. Si el barrido del osciloscopio se encuentra en sincronía con el barrido de frecuenciasrecibidas en el superheterodino, cualquier señal audible se verá en la pantalla de manera fija, inmóvily con una amplitud acorde a la intensidad que posea en la entrada del receptor.

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Cuando este proceso se repita muchas veces por segundo veremos en la pantalla delosciloscopio una forma de onda que representa la amplitud de la señal (o señales) detectadas enla entrada del instrumento y ubicada dentro de un fragmento determinado del espectro. Esterazonamiento, asociado a la imagen anterior, nos permite deducir varias cosas importantes. Una deellas es que cuanto mayor sea la amplitud de la rampa, mayor “cobertura” de frecuencias tendránuestro instrumento, aunque este sencillo razonamiento se desvanece al apreciar que muchasseñales deberán compartir la misma pantalla. Otra deducción entonces será que tendremos unatarea muy difícil para discriminar las señales que deseamos estudiar o analizar dentro de todo elgrupo de señales activas que encontraremos en la imagen. Por ejemplo, si deseamos salir y dar una

mirada en la banda de frecuencia modulada comercial para ver la actividad de emisoras que elreceptor delAnalizador de Espectro puede “oír ”, podemos encontrarnos con imágenes poco útilescomo la siguiente:

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De ese modo, sería muy difícil identificar una emisora entre tantas señales, todas abarrotadas enuna pantalla pequeña. La solución a este problema es sencilla e ingeniosa a la vez. Si el osciladorlocal del receptor superheterodino que utilicemos en el desarrollo es capaz de trabajar con unatensión de entre 0 y 12Volts para cubrir toda la banda de FM comercial, lo que debemos hacer escolocar un potenciómetro para reducir la amplitud de la rampa, supongamos, entre 0 y 2 Volts.De este modo, si antes trabajábamos de 85Mhz hasta 110Mhz en todo el ancho de la pantalla, ahorapodremos reducir la imagen a un margen de frecuencias entre 85Mhz y 90Mhz (estoy mencionandovalores al azar, con el sólo propósito de facilitar la comprensión) y la imagen será más clara y sepodrán observar mejor, pocas emisoras. Pero, ¿qué sucede si deseamos “mirar ” otra porción? ¿Porejemplo desde 102Mhz a 107Mhz?

La solución mostrada en la gráfica nos hace comprender que debemos “extraer ” la “componente decorriente alterna” que posee la información de la rampa para utilizarla de acuerdo a nuestrasnecesidades. Luego, “montarla” sobre una “componente de corriente continua” ajustable para poder

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seleccionar la porción del espectro que sea de nuestro interés. Esto es, a la señal de ramparesultante “moverla” hacia arriba o hacia abajo para variar así la gama de frecuencias a analizar. Porlo tanto, con un potenciómetro seleccionamos el “ancho” que deseamos observar (Sweep Rate),(altura de la rampa) y con otro potenciómetro seleccionamos la “frecuencia o banda” quepretendemos analizar (Tune), (posición de la rampa dentro de la tensión de alimentación). Porsupuesto, si llegamos a reducir lo suficiente la amplitud de la rampa y alcanzamos la frecuenciadeseada donde se encuentre lo que intentamos analizar, obtendremos resultados como el primervideo y como este que te dejamos al final.

Resumen Una rampa con un NE555 (ya lo has hecho), un par de potenciómetros digitales (ya lo hashecho),receptores de múltiples conversiones (ya lo has hecho), un osciloscopio, ganas detrabajar, ganas de aprender y un instrumento muy útil estará aquí, en NeoTeo para coronar este2010 con un instrumento de jerarquía. Por supuesto, utilizaremos un selector de canales de TV parala primera etapa (o conversión) del receptor superheterodino. Eso nos garantiza una coberturasegura entre50Mhz y 900Mhz. Nada despreciable, ¿verdad? La TDT está comenzando a ocuparespacios de aire que están dejando los viejos canales de TV analógicos y ese proceso de cambioserá muy interesante de ver y analizar. En la próxima entrega pasaremos a definir el diseño decircuito, a construir placas y allí comenzará la fiesta. ¿Te lo vas a perder?
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