Los analizadores de redes de RF son elementos vitales de la instrumentación de prueba para los laboratorios de diseño de RF, así como para muchas áreas de fabricación y servicio.
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Tipos de analizadores de redes RF
Dentro del amplio espectro de analizadores de redes de RF, existen varios tipos de instrumentos que se pueden comprar y utilizar. Estos tipos de analizadores de redes de RF son muy diferentes, pero todos pueden medir los parámetros de los componentes y dispositivos de RF de diferentes maneras:
· Analizador de redes escalares (SNA): El analizador de redes escalares, SNA, es una forma de analizador de redes de RF que mide únicamente las propiedades de amplitud del dispositivo bajo prueba, es decir, sus propiedades escalares. Por este motivo, es el más simple de los diversos tipos de analizador.
· Analizador de red vectorial (VNA): el analizador de red vectorial es una forma más útil de analizador de red de RF que el SNA, ya que puede medir más parámetros sobre el dispositivo bajo prueba. No solo mide la respuesta de amplitud, sino que también analiza la fase. Como resultado, el analizador de red vectorial también puede denominarse medidor de ganancia-fase o analizador automático de red.
· Analizador de redes de señales grandes (LSNA): el analizador de redes de señales grandes, LSNA, es un tipo de analizador de redes de RF altamente especializado que puede investigar las características de los dispositivos en condiciones de señales grandes. Puede observar los armónicos y las no linealidades de una red en estas condiciones, lo que proporciona un análisis completo de su funcionamiento. Una versión anterior del analizador de redes de señales grandes, LSNA, se conocía como analizador de transición de microondas, MTA.
Diferencia entre analizadores de redes RF y analizadores de espectro
Aunque existen muchas similitudes entre los analizadores de redes de RF y los analizadores de espectro, también existen varias diferencias importantes, especialmente en los tipos de mediciones que se realizan. En particular, realizan tipos de mediciones muy diferentes. En primer lugar, un analizador de espectro está destinado a analizar la naturaleza de las señales que se le introducen. Un analizador de red, por otro lado, genera una señal y la utiliza para analizar una red o un dispositivo.
Los analizadores de redes de RF se utilizan para medir componentes, dispositivos, circuitos y subconjuntos. Un analizador de redes de RF contendrá tanto una fuente como varios receptores. Mostrará información de amplitud y, a menudo, de fase (barridos de frecuencia o potencia) y normalmente en formato de relación. Un analizador de redes de RF busca una señal conocida, es decir, una frecuencia conocida, en la salida del dispositivo bajo prueba, ya que es un sistema de respuesta a estímulos. Con la corrección de errores vectoriales, los analizadores de redes proporcionan una precisión de medición mucho mayor que los analizadores de espectro.
A diferencia de los analizadores de redes de RF, los analizadores de espectro se utilizan normalmente para medir las características de una señal en lugar de un dispositivo. Los parámetros medidos pueden incluir: nivel de señal o portadora, bandas laterales, armónicos, ruido de fase, etc. Se suelen configurar como un receptor de un solo canal, sin fuente. Debido a la flexibilidad necesaria para analizar señales, los analizadores de espectro suelen tener un rango mucho más amplio de anchos de banda de FI disponibles que la mayoría de los analizadores de redes de RF.
Los analizadores de espectro se pueden utilizar para probar redes como filtros. Para lograrlo, necesitan un generador de seguimiento. Cuando se utilizan de esta manera, los analizadores de espectro se pueden utilizar para probar componentes escalares (magnitud versus frecuencia, pero no mediciones de fase). Con los analizadores de espectro, es fácil obtener un trazo en la pantalla, pero interpretar los resultados puede ser mucho más difícil que con un analizador de red.
El elemento clave del analizador de redes vectoriales, VNA, es que puede medir tanto la amplitud como la fase. Mientras que una medición de solo amplitud es mucho más sencilla de realizar y puede llevarse a cabo con instrumentos menos complicados. Esto puede ser suficiente para muchos casos. Por ejemplo, cuando la única consideración es la ganancia de un amplificador en un cierto ancho de banda o se necesita la respuesta de amplitud de un filtro.
Sin embargo, una medición que incluya tanto la fase como la amplitud permite descubrir mucho más sobre el dispositivo en prueba, ya que la fase es un elemento crítico en el análisis de redes. Esto se debe a que una caracterización completa de dispositivos y redes implica la medición de la fase y la magnitud.
Solo con el conocimiento de la fase y la magnitud de un analizador de redes vectoriales se pueden desarrollar modelos de circuitos que permitan realizar simulaciones completas. Esto permitirá diseñar circuitos de adaptación basados en técnicas de adaptación conjugada. La caracterización en el dominio del tiempo requiere información de magnitud y fase para realizar la transformada inversa de Fourier. Además, se requieren datos de fase para realizar la corrección de errores vectoriales.
Diagrama de bloques del analizador de red vectorial
Para comprender mejor cómo funciona un analizador de redes vectoriales, es útil ver un diagrama de bloques básico del instrumento de prueba. El diagrama muestra los bloques más básicos del VNA, incluidos los puertos de señal, los bloques de separación de señal, el detector receptor y, finalmente, el procesador y la pantalla.
· Procesador y pantalla: esta área del analizador de redes de RF actúa como interfaz hombre-máquina y muestra los resultados de la forma requerida. Es posible mostrar los resultados del análisis de red en una variedad de formatos, incluidos diagramas de Smith, formato cartesiano y valores reales e imaginarios. La salida más común de un analizador de redes vectoriales es en formato de diagrama de Smith, ya que muestra de manera concisa los atributos de la red.
· Fuente de señal: Las fuentes de señal del analizador vectorial proporcionan el estímulo para la red de RF. Estos osciladores están contenidos dentro del analizador vectorial y pueden recorrer el rango de frecuencia del instrumento de prueba.
· Receptor y detector: Este bloque del analizador de redes de RF recibe las señales de los separadores de señales y las procesa en términos de ondas reflejadas y transmitidas en comparación con la onda incidente. Estos resultados se pasan al procesador y se muestran en la pantalla.
· Puertos: Son los elementos del analizador vectorial de redes que se conectan directamente al dispositivo bajo prueba. Por lo general, tienen dos conexiones al dispositivo bajo prueba, una en la entrada y otra en la salida, etc. Algunos analizadores vectoriales de redes pueden tener más puertos para su uso con sistemas que tienen múltiples conexiones.
El analizador vectorial de redes tiene conectores de precisión en el panel frontal de la unidad y luego se utilizan cables de precisión para conectarlos al dispositivo bajo prueba. Los cables de precisión son necesarios porque la fase y la pérdida de un cable estándar variarían demasiado incluso con un movimiento leve, etc.
Para probar el dispositivo, se genera una señal de frecuencia variable dentro del analizador de redes vectoriales y se conmuta la salida para probar el dispositivo bajo prueba en una u otra dirección. En este caso, se selecciona el lado izquierdo del diagrama. La señal pasa al divisor, donde una salida se utiliza como señal de referencia para el receptor y el otro lado pasa a un acoplador de dirección y luego al dispositivo bajo prueba a través de la conexión externa en el analizador de redes vectoriales y los cables de precisión.
La potencia pasa a través del acoplador direccional (acoplador direccional 1) al DUT, pero el tercer puerto detecta la potencia reflejada y ésta se conecta nuevamente al receptor. La potencia que pasa a través del dispositivo bajo prueba es muestreada por el acoplador direccional 2 y esta señal se conecta al receptor.
Además de generar una señal para alimentar el dispositivo bajo prueba, la fuente de señal también tiene una salida que está conectada al receptor. Esto permite obtener información de fase de las señales detectadas. En la actualidad, los analizadores de redes vectoriales harán un uso significativo del procesamiento de señales digitales, y gran parte de la sección del receptor y del detector se realizará en formato digital.
Las señales son procesadas por el receptor y luego enviadas al procesador y a la pantalla. En esta sección se hará nuevamente un uso intensivo de la tecnología de microprocesadores para proporcionar el control, la funcionalidad y las pantallas fáciles de usar que se necesitan para la instrumentación de prueba moderna.
Aunque este ejemplo muy simplificado de un analizador de red RF muestra dos puertos, algunos analizadores de red vectoriales pueden usar más puertos para sistemas donde existen muchas rutas de señales diferentes.
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