¿Cómo mejorar la tecnología de medición de RF de los instrumentos de prueba de RF?
1. Selección de fuentes de señal de RF
Todas las fuentes de señal de RF pueden generar señales de onda sinusoidal de RF continua (CW). Algunos generadores de señales también pueden generar señales de RF moduladas analógicas (como señales AM o señales de RF de pulsos). Los generadores de señales vectoriales utilizan moduladores IQ para generar varias señales moduladas analógicas o digitales.
Las fuentes de señal de RF se pueden dividir en muchos tipos, incluidas fuentes de salida de onda sinusoidal CW de frecuencia fija, fuentes de frecuencia barrida que escanean y emiten una onda sinusoidal CW de frecuencia no fija en una banda de frecuencia, generadores de señales analógicas. Y se agregó modulación analógica y digital. Generador de señales vectoriales funcionales.
Si la prueba requiere una señal de excitación, se requiere una fuente de señal de RF. Las especificaciones clave para las fuentes de señales de RF son el rango de frecuencia y amplitud, la precisión de la amplitud y la calidad de la modulación (para fuentes que producen señales moduladas). La velocidad de sintonización de frecuencia y el tiempo de establecimiento de la amplitud también son críticos para reducir el tiempo de prueba.
Un generador vectorial de señales es una fuente de señales de alto rendimiento que generalmente se combina con un generador de formas de onda arbitrarias para producir ciertas señales moduladas. El generador de forma de onda arbitraria permite que el generador vectorial de señales genere cualquier tipo de señal modulada analógica o digital. Este generador puede generar una variedad de formas de onda de banda base internamente y, en algunos casos, también puede generar una determinada forma de onda de banda base externamente y luego cargarla en el instrumento. Si la especificación de la prueba requiere que el componente, dispositivo o sistema bajo prueba se pruebe con la modulación utilizada en el uso final del dispositivo bajo prueba, entonces generalmente se requiere en este caso un generador de señal vectorial.
Si la especificación de la prueba requiere pruebas de sensibilidad del receptor, pruebas de tasa de error de bits, supresión de canales adyacentes, supresión de intermodulación de dos tonos o pruebas de distorsión de intermodulación de dos tonos, entonces también se requiere una fuente de señal de RF. Las pruebas de intermodulación de dos tonos y las pruebas de supresión de canales adyacentes requieren dos fuentes de señal, mientras que las pruebas de sensibilidad del receptor y/o pruebas de tasa de error de bits solo requieren el uso de una fuente de señal de RF.
Si el dispositivo bajo prueba se utiliza para teléfonos móviles, es posible que el probador necesite probar el tipo de señal modulada de acuerdo con las necesidades del estándar del teléfono móvil. Los amplificadores de potencia de teléfonos móviles deben probarse junto con una fuente de señal modulada, como un generador vectorial de señales. Antes de seleccionar un generador de señales vectoriales, evalúe la rapidez con la que puede cambiar entre diferentes señales moduladas para garantizar que pueda proporcionar el tiempo de prueba más rápido.
2. Medidor de potencia de RF - multímetro digital en el campo de RF
La potencia es la cantidad que se mide con más frecuencia en el campo de RF. La forma más sencilla de medir la potencia es utilizar un medidor de potencia, que en realidad se utiliza para medir la potencia de las señales de RF. Los medidores de potencia utilizan detectores de banda ancha para mostrar la potencia absoluta en vatios, dBm o dBμV. Para la mayoría de los medidores de potencia, el detector (o sensor) de banda ancha es un diodo Schottky de RF o una red de diodos que realiza el proceso de conversión de RF a CC.
Los medidores de potencia son los más precisos de todos los instrumentos de RF que miden potencia. Los medidores de potencia de alta gama (que generalmente requieren un sensor de potencia externo) pueden lograr una precisión de medición de 0,1 dB o mejor. El medidor de potencia puede medir potencias tan bajas como -70 dBm (100 pW). Existen varios modelos de sensores, que van desde modelos de alta potencia, modelos de alta frecuencia (40 GHz) hasta modelos de gran ancho de banda para medición de potencia máxima.
Existen dos tipos de medidores de potencia: monocanal y bicanal. Cada canal debe configurarse con su propio sensor. Un medidor de potencia de dos canales puede medir la potencia de entrada y salida de un dispositivo, circuito o sistema y calcular la ganancia o pérdida. Algunos medidores de potencia son capaces de medir velocidades de 200 a 1500 lecturas por segundo. Algunos medidores de potencia son capaces de medir las características de potencia máxima de una variedad de señales, incluidas señales de RF moduladas y pulsadas utilizadas en comunicaciones y algunas aplicaciones. El medidor de potencia de doble canal también puede medir con precisión la potencia relativa. El medidor de potencia también se puede diseñar en un tamaño compacto para aplicaciones portátiles, lo que lo hace más adecuado para las necesidades de pruebas de campo. La principal limitación de un medidor de potencia es su rango de medición de amplitud. El rango de frecuencia es un compromiso con el rango de medición. Además, si bien los medidores de potencia pueden medir la potencia con mucha precisión, no pueden representar los componentes de frecuencia de una señal.
3. Analizador de espectro de RF o señal de RF: osciloscopio de ingeniero de RF
El analizador de señal vectorial o de espectro utiliza tecnología de detección de banda estrecha para medir señales de RF en el dominio de la frecuencia. Su principal visualización de salida es la relación entre el espectro de potencia y la frecuencia, incluida la potencia absoluta y la potencia relativa.
Este analizador también puede generar una señal demodulada.
Los analizadores de espectro y los analizadores vectoriales de señales no tienen la precisión de los medidores de potencia, sin embargo, la tecnología de detección de banda estrecha utilizada en los analizadores de RF les permite medir potencias tan bajas como -150 dBm. La precisión de los analizadores de RF es generalmente superior a ±0,5 dB.
Los analizadores de señales vectoriales y de espectro pueden medir frecuencias de señales desde 1 kHz hasta 40 GHz (y más). Cuanto más amplio sea el rango de frecuencia, mayor será el coste del analizador. Los analizadores más habituales tienen frecuencias de hasta 3GHz. Los nuevos estándares de comunicación que operan en el rango de frecuencia de 5,8 GHz requieren analizadores con anchos de banda superiores a 6 GHz.
Un analizador de señales vectoriales es un analizador de espectro con capacidades adicionales de procesamiento de señales. No solo puede medir la amplitud de una señal, sino también descomponer la señal en sus componentes en fase y en cuadratura. Los analizadores vectoriales de señales pueden demodular ciertas señales moduladas, como las producidas por teléfonos móviles, dispositivos LAN inalámbricos y dispositivos basados en otros nuevos estándares de comunicación. Un analizador vectorial de señales puede mostrar diagramas de constelaciones, diagramas de dominio de código y medidas calculadas de la calidad de la modulación, como la magnitud del vector de error.
El analizador de espectro tradicional es un dispositivo sintonizado por barrido, porque el oscilador local escanea un rango de frecuencia y el filtro de banda estrecha puede obtener el componente de potencia en cada unidad de frecuencia en el rango de frecuencia. Los analizadores vectoriales de señales también escanean parte del espectro, pero capturan datos dentro de una determinada banda ancha y realizan una rápida transformada de Fourier para obtener el componente de potencia a una frecuencia unitaria. Por lo tanto, un analizador vectorial de señales escanea el espectro mucho más rápido que un analizador de espectro.
El indicador clave para evaluar el rendimiento de un analizador vectorial de señales es su ancho de banda de medición. Algunos nuevos estándares de comunicación de gran ancho de banda, como WLAN y WiMax, necesitan capturar señales con un ancho de banda de 20MHz. Para capturar y analizar estas señales, el analizador debe tener un ancho de banda lo suficientemente grande como para capturar la señal completa. Si está probando señales moduladas digitalmente de gran ancho de banda, asegúrese de que el ancho de banda de medición del analizador capture adecuadamente la señal que se está midiendo.
Se puede utilizar un analizador de espectro para verificar que el transmisor bajo prueba esté produciendo el espectro de potencia correcto. Si el proyecto de diseño requiere probar ciertos componentes de distorsión, como armónicos o señales espurias, se requiere un analizador de espectro o un analizador vectorial de señales. De manera similar, si al diseñador le preocupa la potencia de ruido del dispositivo, entonces también se requiere un analizador de RF de este tipo. Algunos otros ejemplos que requieren un analizador de espectro o un analizador vectorial de señales incluyen: prueba de distorsión de intermodulación, interceptación de tercer orden, compresión de ganancia de 1 dB de un amplificador de potencia o transistor de potencia, respuesta de frecuencia de un dispositivo, etc.
La prueba de transmisores o amplificadores que involucran señales moduladas digitalmente requiere el uso de un analizador vectorial de señales para demodular las señales moduladas. Un analizador vectorial de señales puede medir cuánta distorsión de modulación produce un dispositivo. El proceso de demodulación es un proceso complejo y computacionalmente intensivo. Un analizador vectorial de señales que pueda realizar rápidamente operaciones de cálculo de medición y demodulación puede acortar en gran medida el tiempo de prueba y reducir los costos de prueba.
4. Analizador de Redes
Además de los analizadores de espectro y los analizadores vectoriales de señales, el tercer tipo de analizador es el analizador de redes. Un analizador de red contiene una fuente de señal de RF incorporada y un detector de banda ancha (o banda estrecha) para probar dispositivos de RF. El analizador de redes genera características explícitas del dispositivo en forma de coordenadas x-y, coordenadas polares o gráficos de Smith.
Básicamente, el analizador de red mide los parámetros S del dispositivo. El analizador de red vectorial puede proporcionar información de amplitud y fase, y puede determinar la pérdida y ganancia de transmisión de estos dispositivos en una amplia banda de frecuencia con alta precisión. A través del analizador de red vectorial, también puede medir la pérdida de retorno (coeficiente de reflexión) y la adaptación de impedancia, y realizar mediciones de fase y mediciones de retardo de grupo.
Los analizadores de redes se utilizan principalmente para analizar componentes como filtros y amplificadores. Vale la pena señalar que el análisis de redes utiliza ondas continuas no moduladas y la calibración del analizador es muy importante. La calibración de un analizador de red se puede realizar utilizando un kit de calibración proporcionado por el fabricante. Debido a que los analizadores de red integran funciones de fuente de señal y medición en un solo instrumento, y el analizador tiene un amplio rango de frecuencia, dichos instrumentos son relativamente caros.
A veces es necesario utilizar los cuatro principales instrumentos de prueba de RF mencionados anteriormente al mismo tiempo, como la prueba de amplificador de potencia (PA). Una fuente de señal puede proporcionar la señal de entrada y un medidor de potencia o un analizador de espectro puede medir la potencia de salida.
Si la precisión es importante, como cuando se mide la potencia máxima, se requiere un medidor de potencia para la medición de salida. La coincidencia de entradas de PA es un parámetro crítico para los diseñadores que trabajan con transmisores de RF. Es muy importante amplificar toda la potencia suministrada al PA sin perder potencia real debido a reflexiones. Por lo tanto, los fabricantes de PA generalmente utilizan analizadores de red para medir la pérdida de retorno de los PA (es decir, S11).