Analizadores de espectro

Durante más de 50 años, el analizador de espectro ha sido una herramienta de análisis y medición necesaria para prácticamente todas las formas de comunicación por radio y fibra óptica. Al cuantificar el comportamiento de las frecuencias, los análisis de espectro ofrecen la visibilidad necesaria para liberar el potencial de las infraestructuras de redes 5G inalámbricas.

VIAVI, que mantiene un compromiso inquebrantable con las tecnologías emergentes y la satisfacción del cliente, ha creado una cartera de productos líder en el sector de los analizadores de espectro óptico y radiofrecuencia y sus accesorios, todo ello con diversos niveles de precios. Las herramientas de análisis de espectro, robustas e integradas, han permitido llevar equipos superiores en términos de precisión y características del laboratorio al terreno.

¿Qué es un analizador de espectro?

Un analizador de espectro es un dispositivo de pruebas ampliamente utilizado que mide y traza la potencia de la señal (amplitud) en un rango de frecuencias determinado. En su sentido más general, es una herramienta para medir la potencia y la frecuencia de señales conocidas y desconocidas. Con una gama tan amplia de analizadores de espectro, se puede evaluar también una amplia variedad de redes y comportamientos de la señal. Las frecuencias y los anchos de banda de las señales de salida se pueden comparar también con la entrada recibida. 

Entre los componentes espectrales observados con un analizador de espectro, se incluyen la frecuencia, la armonía, la potencia, la distorsión y el suelo de ruido. Entre sus aplicaciones comunes, se incluyen el análisis de la señal de radiofrecuencia (RF), el diseño y las pruebas de los circuitos electrónicos, la ingeniería de sonido, y la activación y el mantenimiento de las redes de fibra óptica. La tecnología digital avanzada permite que un analizador de espectro en tiempo real capture eventos transitorios o esquivos. Las rutinas programables de pruebas, el registro del espectro y las pantallas táctiles intuitivas son marcas distintivas de la última generación de analizadores de espectro de mano. 

Tipos de analizadores de espectro

La tecnología ha evolucionado de forma gradual desde que aparecieron los primeros analizadores sintonizados por barrido hace más de 100 años. La arquitectura digital que hizo posible el analizador de transformada rápida de Fourier (FFT) dio lugar finalmente a un verdadero análisis del espectro en tiempo real (RTSA) sin lagunas en los muestreos ni puntos ciegos en el tiempo. Entre los factores de forma y los tipos de analizador de espectro disponibles en estos momentos, se incluye cualquier tipo de tamaño, forma y nivel de complejidad imaginables. Para cada aplicación específica, VIAVI ha desarrollado una amplia diversidad de soluciones compatibles con diversas actividades de pruebas, mantenimiento y solución de problemas.  

Analizador de espectro de sobremesa
Los analizadores de espectro con suministro de CA para los entornos de laboratorio y manufactura están diseñados, por lo general, para un bastidor estándar de 19 pulgadas o un montaje en banco de trabajo para equipos de mayor tamaño. Entre las ventajas y las características de los modelos de banco de trabajo, se incluyen una mayor potencia de computación y más espacio disponible para módulos, puertos, controles, botones y pantallas. Un analizador de espectro completo en el laboratorio se suele utilizar junto con un osciloscopio u otros equipos de alta gama. 

Analizador de espectro portátil
Dado que el número de aplicaciones en campo de los analizadores de espectro continúa creciendo, la portabilidad y la durabilidad cobran más importancia. Un analizador de espectro portátil funciona normalmente mediante batería o se ha de cargar, pesa menos de 6,8 kg y se ha optimizado para su uso en campo. Los analizadores de espectro compactos son, a menudo, más robustos, e incorporan características como la reducción de los reflejos de la pantalla, la resistencia a la intemperie y asas integradas.  

Analizador de espectro de mano
Una nueva clase de analizador de espectro pequeño, como la palma de la mano, es ya una realidad. A pesar de los avances en el diseño interno y el rendimiento de los componentes, no suele ser necesario que estas unidades ultracompactas sean herramientas de alto rendimiento, con lo que presentan limitaciones en cuanto al conjunto de funciones, el rango de frecuencias y la precisión. Entre los usos típicos de un analizador de espectro de mano, se incluyen el seguimiento de interferencias de comunicación inalámbrica y la localización de señales sobre el terreno. 

Analizador de espectro integrado
Gracias a la potencia y la flexibilidad que ofrecen los ordenadores portátiles, las tabletas y los smartphones, estos se pueden utilizar fácilmente con analizadores de espectro. Al sacar partido de la capacidad de procesamiento, memoria y visualización de un portátil o una tableta, las funciones de medición del analizador de espectro (la “caja negra”) se pueden utilizar para optimizar la precisión, el ancho de banda y el rango. Esta versatilidad apunta a una nueva clase de analizadores donde la conectividad del dispositivo se aprovecha para las actualizaciones de software, los informes y el almacenamiento. 

Casos prácticos de analizadores de espectro de VIAVI 

La lista de aplicaciones que emplean la mejor tecnología de analizador de espectro continúa creciendo a medida que las herramientas se hacen más versátiles y compactas. En entornos de laboratorio y producción, se pueden utilizar para diseñar, caracterizar y probar cualquier producto que genere radiofrecuencia, ondas ópticas u ondas sonoras (o que sea sensible a las mismas). Con la adición de la funcionalidad inalámbrica a prácticamente cualquier dispositivo por medio del Internet de las cosas (IoT), las aplicaciones sobre el terreno son ilimitadas. 

• Análisis del espectro óptico: dado que la luz tiene una intensidad y una frecuencia inherentes, el analizador de espectro es la herramienta perfecta para el estudio de los espectros ópticos y la potencia de numerosas fuentes de luz. Las redes ópticas dentro del sector de las telecomunicaciones son posibles y están respaldadas por las funciones de análisis espectral. Las tecnologías de transmisión óptica, incluidas la multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) y los multiplexores ópticos de adición/supresión reconfigurable (ROADM) dependen de la precisión y la integridad de la forma de onda, que se deben comprobar.  
  • Las prácticas de pruebas de fabricación han evolucionado para una amplia diversidad de componentes y sistemas ópticos. Las herramientas de uso general se utilizan para diseñar, comprobar y fabricar componentes pasivos, láseres como fuentes de luz y amplificadores. Los módulos de pruebas de análisis de espectro óptico (OSA) de alta resolución cuantifican y diagnostican sofisticadas características de longitud de onda para productos como los sistemas de transmisión de DWDM modulados y las fuentes ópticas complejas.  
  • Las aplicaciones de pruebas de campo para OSA continúan ampliándose a medida que la DWDM, la transmisión de banda C y la ajustada separación entre canales presentes anteriormente solo en las implementaciones de fibra de redes de larga distancia y metropolitanas de alta velocidad empiezan a establecerse en las redes de acceso. A velocidades de hasta 800 Gb/s por canal, la relación señal óptica-ruido (OSNR) es una valiosa medición a modo de prueba para los proveedores, los contratistas y los fabricantes de equipos de red (NEM) para evaluar el rendimiento de todos los canales ópticos a la vez o solucionar problemas de redes activas.      
• Análisis de espectro de radiofrecuencia: el mayor uso de las conexiones Wi-Fi y la puesta en marcha de la tecnología 5G han subrayado la necesidad de una tecnología de vanguardia en el campo de la radiofrecuencia (RF). A medida que las redes de telecomunicaciones se expanden, los analizadores de espectro evalúan la utilización de las frecuencias, las interferencias, y la precisión de las interferencias y las transmisiones inalámbricas.  
  • Las instalaciones de estaciones base son la aplicación de campo clásica de los análisis de espectro de radiofrecuencia. La tecnología 5G NR lleva la dimensión móvil a territorios desconocidos empleando bandas de alta frecuencia por encima de 26 GHz en la onda milimétrica. Los modos de transmisión 5G de vanguardia como la duplexación por división en el tiempo (TDD) requieren características de análisis del espectro de persistencia para fines de caracterización y solución de problemas. Las herramientas integrales de pruebas de instalación y mantenimiento de estaciones base combinan el análisis del espectro por radio con pruebas de interferencias, la validación de la fibra óptica y funciones de pruebas de antenas.  
  • El blindaje de radiofrecuencia es necesario para numerosos dispositivos electrónicos en las inmediaciones de hospitales y otros centros con equipos sensibles a las radiofrecuencias como los sistemas de tomografía por resonancia magnética. La compatibilidad electromagnética (EMC) se puede ver afectada por emisiones no deseadas cuyos efectos influyen en las comunicaciones inalámbricas y por cable. Un medidor o analizador de espectro de cable específico puede detectar señales de escapada (salida) y fugas de señal en las redes cableadas (ingreso). 
  • Las aplicaciones Wi-Fi siguen aumentando en número y complejidad. Las concurridas bandas de frecuencias Wi-Fi de 2,4 GHz a 60 GHz se enfrentan a interferencias, solapamientos de canales y problemas de capacidad. La potencia del análisis de espectro se puede emplear para evaluar la intensidad de la señal, la utilización de los canales y las interferencias de radiofrecuencia en tiempo real. Estas útiles mediciones sirven de ayuda a los operarios para optimizar la carga y el rendimiento de las conexiones Wi-Fi. 

Aspectos básicos y preguntas frecuentes sobre los analizadores de espectro 

• ¿Qué mide un analizador de espectro? 
  Los analizadores de espectro miden la magnitud (potencia) de la señal frente a la frecuencia (longitud de onda) en un determinado rango del espectro. El principio de funcionamiento del analizador de espectro distingue estos dispositivos de los osciloscopios al permitir conocer el dominio de frecuencia frente al dominio de tiempo de una señal. Además, proporcionan información detallada del comportamiento de la relación señal-ruido (SNR), la fase y la modulación.  
• ¿Cuál es su funcionalidad básica? 
  Aprender a usar un analizador de espectro es parecido, conceptualmente, a usar un receptor de radio básico. Junto con un mezclador actualizado, un oscilador y un visor gráfico de la intensidad de la señal, el analizador de espectro traduce las firmas de las ondas en un formato visual cuantificable. Con el paso de los años, la tecnología ha evolucionado y mejorado para adaptarse a más sectores y aplicaciones. A pesar de este progreso, la funcionalidad básica y la visualización continúan siendo similares.   
• ¿Cómo se usa un analizador de espectro? 
  Su utilización ha cambiado muy poco desde los primeros modelos. Una vez que el equipo está encendido y se ha seleccionado una entrada, los ajustes básicos que se pueden configurar son la frecuencia central, el ancho del espectro y los niveles de referencia de la amplitud (eje y). El ancho de banda de resolución (RBW), el ancho de banda de vídeo (VBW) y los ajustes de tiempo de barrido se utilizan para controlar la precisión de las mediciones y la imagen resultante en la pantalla.  
• Características básicas 
  Las características básicas de las soluciones de análisis de espectro controlan los parámetros de medición, y determinan cómo se analizan los datos y cómo se presentan al usuario. La tecnología digital y la conectividad de la nube siguen haciendo posibles características más diversas y útiles. Si se pregunta para qué se utiliza un analizador de espectro en una determinada aplicación, comprobará que es una excelente forma de repasar la gran cantidad de productos y listas de funciones disponibles.  
  • Características comunes: los primeros analizadores de espectro comerciales ya incorporaban características prácticas como la ajustabilidad del espectro, los marcadores de frecuencias y los ajustes del tiempo de barrido. Entre las características adicionales que son de utilidad para casi cualquier tipo de aplicación, se incluyen los marcadores de ruido, la búsqueda de picos, los generadores de seguimiento y los puertos de entrada adicionales para análisis multicanal. 
  • Entre las características avanzadas, se incluyen los demoduladores para analizadores de espectro de radiofrecuencia, que permiten al usuario “escuchar” la señal analizada. Las mascarillas espectrales y los análisis de ruido de fase programables simplifican la configuración y normalizan las rutinas de pruebas. Entre los conjuntos de características avanzadas, se incluyen también los análisis de espectro de persistencia, los análisis de interferencias y características a través de software como las pantallas táctiles, la captura y la recuperación de imágenes, la automatización del proceso de pruebas (TPA) y la conectividad de la nube. 
• ¿Qué es un analizador de red en comparación con un analizador de espectro? 
  Aunque los dos se utilizan ampliamente en los sectores de la electrónica y la radiofrecuencia, existen diferencias clave entre ellos. Un analizador de espectro mide el comportamiento y la variación de las ondas de radio o luz, mientras que un analizador de red se utiliza para caracterizar la respuesta de componentes como transistores, filtros y mezcladores dentro de un circuito de radiofrecuencia configurado previamente. Este tipo de analizador de red es también independiente en cuanto a forma y función de las potentes soluciones de análisis de datos y monitorización de redes que se usan para capturar, almacenar y analizar datos de paquetes de redes informáticas.  
• ¿Cuál ha sido la evolución de los analizadores de espectro? 
  Pasados 150 años desde que James Maxwell nos permitiese vislumbrar por primera vez el potencial ilimitado de las ondas aéreas de radio, el analizador de espectro se ha convertido en una herramienta de gran importancia en los campos de la electrónica, la radiofrecuencia, el sonido y la óptica. La explosión de nuevas características y funciones durante la pasada década está a la par de los avances acontecidos en la mitad del siglo XX, cuando los modelos basados en la FFT crearon la distinción entre el barrido analógico y el analizador de espectro en tiempo real. Los flujos de trabajo automatizados, los gráficos en color de alta definición y las funciones múltiples incluidas en los dispositivos compactos sitúan el analizador de espectro en una nueva era de rendimiento y éxito.  
  
  La cartera de analizadores de espectro de radiofrecuencia y ópticos de VIAVI ilustra y acelera esta evolución. Los robustos analizadores de espectro portátiles compatibles con la tecnología 5G y las soluciones especializadas para todas las aplicaciones de blindaje, conexión Wi-Fi y sistemas dan rienda suelta a todo el potencial de la tecnología actual y aportan datos de rendimiento e interferencias hasta ahora inaccesibles.