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.
Los analizadores de redes de RF pueden proporcionar
información vital sobre el funcionamiento y el rendimiento de redes de RF de
todo tipo.El analizador de redes de RF proporciona un estímulo a la red y
luego monitorea la respuesta. De esta manera, se puede ver y evaluar el
funcionamiento y el rendimiento para determinar su idoneidad. Los analizadores
de red de RF se pueden utilizar para todas las frecuencias de RF y microondas;
algunos analizadores de red pueden funcionar bien en la región de microondas.
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.
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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