Caracterización OTA de conjuntos de antenas pasivas para medidas rápidas

Medidas de formación de haz OTA (over the air)

Patrón de radiación simulado de conjunto de antenas lineales con cuatro elementos; frecuencia de funcionamiento: 28 GHz; separación entre elementos: 16 mm.
Patrón de radiación simulado de conjunto de antenas lineales con cuatro elementos; frecuencia de funcionamiento: 28 GHz; separación entre elementos: 16 mm.
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Tendencia en el mercado

La formación de haz se está convirtiendo, cada vez más, en la tecnología predilecta tanto para la industria de comunicaciones inalámbricas como para la de comunicaciones por satélite.

La telefonía móvil inalámbrica se encuentra en plena transición de 4G a 5G. El lanzamiento de una red 5G comercial obligaría a desplegar una gran cantidad de "small cells" (SC). Esta modernización de la infraestructura estará respaldada por numerosas estaciones base con conjuntos de antenas multielemento destinados a la formación de haz.

Actualmente se están diseñando prototipos de equipos de usuario (UE) para aplicaciones 5G con conjuntos de antenas que permitirán el uso de las tecnologías de direccionamiento de haz y formación de haz adaptativa.

En el sector de las comunicaciones vía satélite, la presencia cada vez más generalizada de satélites en órbita terrestre baja (LEO) ha obligado a reemplazar las clásicas antenas parabólicas de las estaciones terrestres por conjuntos de antenas formadoras de haz. Los satélites LEO se desplazan a enorme velocidad y están provistos de transpondedores con anchos de banda más amplios. Para mantener las comunicaciones, las antenas de las estaciones terrestres deben ser capaces de dirigir electrónicamente el haz con una alta exactitud de orientación. De ahí que sea importante generar, en la fase de I+D, un libro de códigos para cada conjunto de antenas.

Todos estos conjuntos de antenas pasivas se deben probar y verificar no solo en el laboratorio de I+D, sino también en la línea de producción antes de su integración en los sistemas de antenas de formación de haz activa. Ignorar la importancia de probar los conjuntos de antenas pasivas en la producción puede resultar caro si no se detecta a tiempo un defecto de diseño o de fabricación.

Retos que plantean las medidas

El método tradicional de usar un analizador de redes para probar y caracterizar cada elemento de antena con objeto de calcular la pérdida de retorno, o una cámara anecoica a modo de sistema de varios receptores para medir el patrón de radiación de la antena, por ejemplo, para distintos modos de polarización para magnitud y fase, requiere un tiempo excesivo y no tiene en cuenta el rendimiento del conjunto de antenas. La caracterización completa de los parámetros S de múltiples elementos y la comprobación del rendimiento de formación del haz de transmisión del conjunto de antenas debe realizarse con una alta velocidad de medida.

La medida de la formación de haz en el modo de transmisión (TX) requeriría el uso de múltiples señales coherentes en fase capaces de retener la calibración en un amplio rango de frecuencias.

Un requisito clave para conseguir medidas rápidas en la línea de producción es minimizar el tiempo de dichas medidas. La posibilidad de alternar de forma electrónica entre las medidas de caracterización completa de los parámetros S y las medidas de formación del haz de transmisión sin tener que realizar un ciclo de reconexión completo supondría un ahorro considerable de tiempo.

Solución Rohde & Schwarz

El R&S®ZVA es un analizador vectorial de redes (VNA) único que responde a todos los desafíos que plantean las medidas de conjuntos de antenas pasivas. El R&S®ZVA permite alternar electrónicamente entre dos modos: caracterización completa de parámetros S y medidas de formación del haz de transmisión.

El R&S®ZVA está equipado con múltiples fuentes internas que pueden estar activas al mismo tiempo y pueden programarse para generar señales con valores arbitrarios de offset de frecuencia, fase y amplitud, y retardos de señal. Para aumentar el número de fuentes coherentes, se deben conectar varios analizadores vectoriales en cascada. Gracias al algoritmo de sintonización de fase, es posible conectar en cadena dos o más analizadores vectoriales sin variar la relación de fase calibrada en el plano de medida. La diafonía y el acoplamiento mutuo entre los elementos de antena también pueden ser objeto de comprobación. El analizador de redes puede aplicar una corrección de error vectorial para generar y medir con precisión las señales dentro de un amplio rango de frecuencias.

En el campo lejano (lado de recepción) se coloca un analizador de espectro o un sensor de potencia para verificar el patrón de radiación de la antena o para generar un libro de códigos de formación de haz de transmisión del conjunto de antenas. La elección del receptor depende del rango dinámico requerido. El conjunto de antenas bajo prueba (AAUT) debe colocarse sobre una placa giratoria y rotarse en un ángulo de barrido predefinido. Para mitigar el efecto de la desviación del haz en aplicaciones donde los conjuntos de antenas operan en un amplio rango de frecuencias, es preferible usar dispositivos de retardo temporal en vez de desfasadores. El R&S®ZVA puede generar offsets de fase arbitrarios y retardo de tiempo de señal real.

Dentro del laboratorio y en la línea de producción: esta solución de Rohde & Schwarz ofrece rapidez, precisión y comodidad a la hora de medir conjuntos de antenas pasivas formadoras de haz de transmisión.

Configuración para medidas aéreas de formación de haz de transmisión en conjuntos de antenas pasivas
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