¿Cómo mejorar la tecnología de medición de RF de los instrumentos de prueba de RF?
Los instrumentos de RF modernos tienen capacidades de medición impresionantes y una precisión que supera con creces la de sus predecesores. Sin embargo, estos instrumentos no pueden alcanzar su máximo potencial sin proporcionar una señal de alta calidad. Los métodos de medición completos y las precauciones pueden garantizar que pueda obtener todos los beneficios de su inversión en instrumentos de RF.
Obtenga mediciones de RF confiables
Las mediciones de RF suelen ser simples en teoría pero difíciles de poner en práctica. Puede obtener fácilmente mediciones de RF básicas, como potencia, frecuencia y ruido, a partir de la amplia gama de mediciones disponibles en los instrumentos de RF contemporáneos. Pero hay una gran diferencia entre obtener resultados y hacerlos bien. Al implementar las mejores prácticas en todo el proceso de medición de RF, puede garantizar resultados confiables, precisos y repetibles.
El hecho de que una pantalla proporcione potencia en milésimas de decibelio o frecuencia en fracciones de hercios no significa que el instrumento tenga la capacidad de medir estos cambios sutiles. A menudo, la cantidad de dígitos que se muestran en estas pantallas excede con creces las capacidades de medición del instrumento en este nivel. Para comprender completamente las capacidades de medición de un instrumento de RF, a menudo es necesario consultar el manual de instrucciones o la hoja de datos.
Las definiciones consistentes reducen la posible confusión en tus mediciones. Estos son algunos términos clave que verá utilizados con frecuencia:
Resolución: el cambio más pequeño que un instrumento puede detectar de manera confiable
Repetibilidad: varias veces bajo las mismas condiciones La capacidad de realizar el misma medición y obtener el mismo resultado
Incertidumbre: la cuantificación de la falta de conocimiento del valor exacto del valor medido
Precisión: la capacidad real de un instrumento para medir un parámetro dentro de un cierto rango de error/Capacidad de valor absoluto
La incertidumbre siempre está presente y una estimación de la fuente del error puede ayudar a determinar la incertidumbre de la medición. Además de lo anterior, existen términos relacionados que son útiles al describir el desempeño según la documentación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) u otros organismos de estándares. La descriptibilidad es necesaria para garantizar que todos los dispositivos de medición tengan la misma referencia absoluta. Por "especificación" nos referimos al rendimiento garantizado producido por equipos de prueba calibrados y trazables según NIST. "Típico" a menudo significa que el rendimiento se prueba al 100 por ciento, pero no incluye incertidumbres de medición. El rendimiento del "token" suele ser información complementaria y no es una medida universal en todos los instrumentos.
La precisión es la capacidad de un instrumento para medir el valor absoluto de un parámetro dentro de un rango de error específico. En otras palabras, X más o menos Y, una medida de 34 no tiene sentido sin límites de error (y unidades). Del mismo modo, una declaración de error de 5 es inútil, e incluso una declaración de error del 5 por ciento es de poca ayuda. ¿Eso es más o menos cinco por ciento, o más tres por ciento y menos dos por ciento? Para ser exactos, la precisión debe especificarse así, como 34V/-1V, 34V/-1 o 34V 2/-1V.
Tómese el tiempo para comprender la terminología de medición de RF y familiarizarse con su significado. Cuanto más preciso sea con sus mediciones, más comprensibles y confiables serán sus resultados.
Conozca su dispositivo bajo prueba
El rendimiento del dispositivo bajo prueba (DUT) puede afectar significativamente las mediciones de RF. Por ejemplo, la temperatura afecta la estabilidad y, por tanto, está estrechamente relacionada con la repetibilidad. Muchos dispositivos e instrumentos de RF no tienen compensación interna para los cambios de temperatura. Por lo tanto, deben operar a una temperatura estable para minimizar los errores de medición causados por la deriva de temperatura. El entorno actual (por ejemplo, ciclos de encendido y apagado del aire acondicionado, quitar o agregar cubiertas y paneles, estar al aire libre o en interiores y proximidad a fuentes de calor) puede tener un gran impacto. Es necesario prestar atención al tiempo de calentamiento adecuado, las necesidades de enfriamiento del dispositivo bajo prueba y el entorno circundante para garantizar la estabilidad de la temperatura.
En dispositivos activos, una potencia excesiva puede provocar generación de calor. Por ejemplo, al probar un amplificador de alta potencia, el dispositivo bajo prueba puede mantener su temperatura estable, pero ¿qué sucede con los componentes posteriores? Observe si la salida del amplificador está calentando algún interruptor o atenuador. Busque señales inusuales producidas por el amplificador, como armónicos. Las líneas eléctricas son susceptibles al ruido ambiental que puede superponerse directamente a la salida.
Además, resulta frustrante medir los parámetros lineales de un amplificador (ganancia y fase) para luego descubrir que el amplificador está comprimido al mismo tiempo. Todo esto afecta la precisión de las mediciones de RF. Comprender el dispositivo en sí, cómo funciona y su impacto en los parámetros de medición de RF antes de probarlo producirá resultados significativos.
Identifique áreas donde surge la incertidumbre
No es suficiente simplemente hacer coincidir la descripción de la hoja de datos del equipo de prueba de RF con los requisitos de prueba del dispositivo bajo prueba. Esto es especialmente evidente en mediciones de RF de mayor frecuencia o no coincidentes donde, entre otras cosas, existen incertidumbres de amplificación. El error introducido en cada paso de la medición puede sesgar los resultados generales. Cuando se produce un resultado de medición incorrecto, primero debe sospechar un error de medición antes de cuestionar que existe un problema con el dispositivo que se está midiendo.
Comprenda las especificaciones operativas clave de la instrumentación y el dispositivo bajo prueba durante el proceso de medición. Entre otras especificaciones, aprenda sobre coincidencia, respuesta de frecuencia, figura de ruido y potencia. Al mismo tiempo, también es necesario comprender los errores permitidos de estos parámetros. Tenga en cuenta los siguientes elementos:
"Repetibilidad del interruptor de RF, envejecimiento y manejo de potencia
"Directividad del acoplador, estabilidad de fase del cable y pérdida de inserción del adaptador y pérdida de eco
"Calidad de la impedancia de las pistas de la placa de circuito, los enchufes de los dispositivos y las transiciones de conmutación de la placa de circuito
"Radiación de interferencia electromagnética (EMI) y acoplamiento en las mediciones
Elementos como refrigeración, armónicos, excitación y otros comportamientos no lineales que a menudo no se toman en serio también pueden agregar errores en las mediciones. Observe todo el equipo de prueba y determine la distribución de errores de cada pieza para obtener una estimación realista* de la incertidumbre de medición esperada. Descubra las causas de los errores y su impacto en la precisión, la repetibilidad y la incertidumbre. Esto genera mejores resultados, lo que le permite asignar presupuesto y recursos de manera más eficiente y significativa.
Presta atención a todas las conexiones y componentes
El coste de desarrollar, diseñar, probar y llevar un producto al mercado es una inversión considerable. El éxito o el fracaso de una empresa depende del rendimiento de sus productos. El gasto en equipos de prueba de RF de alto rendimiento es significativo porque demuestra que el producto cumple o supera los requisitos técnicos clave vinculados a la participación de mercado. Además, representa una ventaja competitiva y una fuente importante de mayores ingresos para la empresa.
Sin embargo, no es suficiente tener un sistema de prueba costoso, bien calibrado y de alto rendimiento y un dispositivo bajo prueba con el mismo rendimiento sobresaliente en las conexiones auxiliares y en el sistema de prueba del dispositivo. También se debe considerar la calidad y repetibilidad de los componentes. Quizás una mejora de una décima o dos décimas en un indicador técnico clave sea una ventaja competitiva. Una coincidencia (relación de onda estacionaria) de 1:1,5 entre la fuente y la carga es buena según la mayoría de los estándares, pero este nivel de coincidencia introducirá una incertidumbre de falsa coincidencia de (aproximadamente) /-0,35 dB. Un indicador técnico clave de 0,2 decibelios no se puede probar bajo la influencia de tantas incertidumbres.
Los elementos que fácilmente se pasan por alto, como cables, interruptores, atenuadores, conectores, enchufes, adaptadores y accesorios, pueden restar valor a la medición completa. Comience con la precisión requerida y luego seleccione los componentes adecuados para la medición. Una buena regla general sería probar el rendimiento del sistema diez veces los parámetros del dispositivo bajo prueba que está probando. Con un canal de alta calidad, el siguiente paso es adoptar buenos métodos de medición. Asegúrese de limpiar y almacenar correctamente los cables, conectores y adaptadores. Incluso los mejores cables y conectores deben desecharse si fallan; son consumibles en el proceso de prueba. Tome medidas para minimizar el uso de adaptadores y asegúrese de que las llaves dinamométricas y las especificaciones de conexión se utilicen de forma rutinaria para minimizar los cambios en caliente. Recuerde las prácticas adecuadas de descarga electrostática (ESD). La conexión en cascada incluso de los componentes y dispositivos de más alta calidad bajo prueba entre sistemas de prueba puede introducir errores de medición.
Elija la herramienta adecuada para el trabajo
Qué parámetros deben medirse y con qué nivel de precisión se requiere determina en gran medida la elección del equipo de RF necesario para probar el dispositivo bajo prueba. La mejor opción es una estrategia segura, pero desperdicia recursos presupuestarios que podría utilizar para medir otras cosas.
Si la potencia de RF es la única cantidad que se debe medir, un medidor de potencia de RF puede ser una opción más ideal que un analizador vectorial de señales.
Los instrumentos escalares solo miden amplitud (amplitud), mientras que los instrumentos vectoriales miden tanto amplitud como fase. Incluso si no se requiere la medición de fase, considere que las herramientas vectoriales proporcionan una mejor corrección de errores porque la información de fase se puede utilizar para cuantificar reflexiones no deseadas en el sistema.
Igualar precio con rendimiento no es la mejor regla a seguir a la hora de adquirir instrumentos de RF. Un analizador de espectro sintonizado por barrido de alta calidad le costará gran parte de su presupuesto. Aunque son excelentes instrumentos de medición para fines de medición existentes, con una precisión de medición típica de ±1 dB o menos, tienen dificultades para medir la potencia de RF absoluta. De manera similar, si el instrumento utilizado tiene un nivel de ruido de -140 dBm/Hz, será difícil medir el nivel de ruido de -155 dBm/Hz en el dispositivo bajo prueba.
Considera la herramienta adecuada para cada trabajo. Pagar demasiado por precisión y mediciones innecesarias no sólo es un desperdicio de dinero y recursos, sino que limita los fondos que se pueden gastar en otros aspectos, como cables e interruptores, que son más beneficiosos para la calidad de las mediciones.
Desarrolle un proceso
Una vez que haya identificado e implementado sus mejores prácticas, conviértalas en rutinas o procesos que se comprendan y comuniquen claramente en todo el grupo. Esto da como resultado una mejor repetibilidad y consistencia de las mediciones de RF. Los procesos a lo largo de las fases de diseño, verificación, prueba y fabricación pueden afectar el rendimiento de la medición de RF. Considere qué parámetros operativos requieren validación y cuáles deben probarse en la fabricación, así como los procesos ascendentes y descendentes (por ejemplo, retrabajo, soldadura, ensamblaje y blindaje) que afectan la precisión, repetibilidad e incertidumbre de las mediciones de RF.
El proceso es importante para obtener y ejecutar un buen enfoque de RF. Esto facilita el aprendizaje rutinario y la estandarización de buenos métodos. Seguir sistemáticamente los procedimientos establecidos durante todo el ciclo de vida del producto puede tener un impacto significativo en los parámetros de RF y su correcta medición.
Realizar mediciones de RF puede ser fácil; sin embargo, realizarlas bien puede ser más desafiante. Utilizar métodos sólidos e identificarlos durante el proceso de medición puede mejorar la calidad de las mediciones de RF. Hay muchas maneras de determinar y ejecutar el mejor enfoque. Mejorar las mediciones de RF es un proceso continuo de toma de conciencia y puesta en práctica. Este artículo describe los pasos para ayudar a establecer un sistema para mejorar sus técnicas de medición de RF y aprovechar al máximo sus instrumentos de prueba de RF.
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