Entender la radiofrecuencia: equipos de test y medida de RF

Equipos de test y medida de RF: analizadores de espectro

El primer instrumento es el analizador de espectro. El término espectro se refiere generalmente a un rango de frecuencias. Para el espectro de radiofrecuencia se utiliza un instrumento especial, el analizador de espectro, para detectar y medir qué tipos de señales están presentes en qué frecuencias y cuál su potencia, si están moduladas, etc. La función más elemental de un analizador de espectro es visualizar la potencia en relación a la frecuencia, midiendo dónde hay presente radiofrecuencia, y cuánta radiofrecuencia hay.La potencia se mide en relación a otras potencias y se expresa en «d-b» o decibelios.

Además de la función básica de potencia en relación a la frecuencia, muchos analizadores de espectro también pueden demodular diferentes tipos de señales. Esto abarca desde señales analógicas básicas, como las utilizadas para la radio FM, hasta señales digitales complejas como las que se emplean en LTE y Wi-Fi. Demodular significa extraer la información que contiene una señal, lo cual también puede utilizarse para constatar el margen de error o de imprecisión de una señal modulada o portadora de información. Cuando un analizador de espectro se emplea de este modo, con frecuencia se habla de analizador de señales.

Equipos de test y medida de RF: generadores de señales

Las señales de radiofrecuencia proceden de distintos dispositivos, como teléfonos móviles, mandos de automóviles o satélites GPS. El generador de señales se utiliza para generar los distintos tipos de señales de radiofrecuencia que se necesitan para diseñar y verificar dispositivos de RF, y especialmente los receptores. Estas señales pueden ser señales simples sin modulación, o también señales moduladas complejas como las que se utilizan en la mayoría de las comunicaciones inalámbricas. Con un generador de señales, el usuario puede controlar todos los parámetros de las señales que genera, incluida la potencia, frecuencia y modulación.

Una combinación frecuente de instrumentos de test y medida es un analizador de espectro y un generador de señales. Por ejemplo, si el dispositivo bajo prueba es un amplificador, se utiliza un generador de señales para generar una señal que se envía al dispositivo. La señal amplificada se puede entonces medir y analizar con un analizador de espectro.

Equipos de test y medida de RF: analizadores de redes

Desde la perspectiva de RF, una red es un dispositivo que tiene uno o varios puertos, donde cada uno de ellos puede pasar, reflejar y/o absorber energía de radiofrecuencia. Normalmente se trata de componentes de un sistema; un teléfono móvil tiene por ejemplo muchos componentes que pueden definirse como una «red». Para comprobar que estos componentes funcionan correctamente de forma que esté garantizado el rendimiento del sistema completo se necesitan métodos que permitan medirlos con precisión, de forma fiable y repetible. Las redes se verifican insertando radiofrecuencia en uno de los puertos y midiendo simultáneamente el nivel de RF que retorna de dicho puerto, así como el nivel de RF que emiten los otros puertos. De igual modo, se mide el retardo en la red, y cómo cambia la red otras características de la señal insertada.

Un analizador de redesgenera y mide la energía de radiofrecuencia y es similar a la combinación de generador de señales y analizador de espectro. Los analizadores de redes miden pequeñas variaciones o cambios en las señales, y se aplican rutinas de calibración avanzadas para reducir al mínimo o eliminar los errores. Los analizadores de redes se utilizan muy frecuentemente en los laboratorios, mientras que para medidas de cables y antenas sobre el terreno se utilizan analizadores de redes portátiles. Los analizadores de redes también se denominan analizadores de redes vectoriales o «VNA» (por sus siglas en inglés).

Equipos de test y medida de RF: sensores de potencia

Los sensores de potenciase utilizan para medidas simples de potencia recibida. La función básica de un sensor de potencia es registrar la potencia en forma de valor numérico, como p. ej. 10,92 dBm. Los sensores de potencia son menos sofisticados que los otros instrumentos que se presentan aquí, pero su uso está muy extendido en el ámbito de RF y forman parte del equipamiento de la mayoría de laboratorios de RF.

Medida de RF O-T-A

En general, en las medidas de RF se emplean cables para trasladar señales entre el instrumento y el dispositivo bajo prueba. En el caso de RF conducida pueden controlarse con mayor precisión aspectos como los niveles de potencia que recibe el dispositivo.

Las tecnologías más recientes, como 5G, exigen medidas por el aire u OTA (por sus siglas en inglés), en las que las señales son radiadas dentro o fuera del dispositivo bajo prueba. Esto se debe principalmente a las frecuencias más altas y a la ausencia de un conector de RF en el dispositivo examinado. En este caso se necesitan para las pruebas cámaras apantalladas especiales para impedir que otras señales de RF puedan entrar y/o prevenir que las señales de prueba se filtren al exterior.

Otros tipos de instrumentos de test y medida

Aparte de las cuatro categorías citadas, existen muchos otros tipos de instrumentos de test y medida de RF.

Los comprobadores de comunicaciones son una combinación de generador de señales y analizador de espectro o de señales, y están diseñados para probar equipos móviles e inalámbricos como teléfonos móviles, dispositivos Wi-Fi y Bluetooth. Estos sistemas pueden simular un dispositivo móvil, un punto de acceso o una estación base, y permiten verificar tanto funciones de voz como de datos.

En el campo de la compatibilidad electromagnética o EMC se realizan pruebas para verificar si dispositivos eléctricos emiten inintencionadamente radiación de RF, lo cual podría causar interferencias con otros aparatos. Por ejemplo, si una lavadora puede interferir en un teléfono móvil.

Con los ensayos de EMC están también muy relacionados los amplificadores, que amplían la potencia de la señal de RF y pueden utilizarse para generar señales de RF de alta potencia necesarias en determinados ensayos.

Los osciloscopios constituyen otra categoría de instrumentos de test y medida de RF, y se utilizan para medidas eléctricas tanto en radiofrecuencia como en otras regiones del espectro.