Mediciones en radiofrecuencia y microondas

Las complejidades de la integración moderna de RF

La integración moderna de radiofrecuencia plantea importantes desafíos para los ingenieros, quienes deben incorporar múltiples tecnologías inalámbricas, como Wi-Fi, Bluetooth, banda UWB y comunicación de campo cercano (NFC) en dispositivos cada vez más compactos. Este alto nivel de integración crea un entorno denso en el que la integridad de señal, la coexistencia y el cumplimiento regulatorio son problemas fundamentales. Abordar estos desafíos requiere de un profundo conocimiento empírico de cómo los sistemas de RF funcionan en escenarios en condiciones reales. En este contexto, las mediciones en RF y microondas pasan de ser una simple verificación de control de calidad a convertirse en una disciplina fundamental de ingeniería, la cual proporciona los datos empíricos necesarios para reducir la brecha entre la simulación y un producto listo para lanzarse al mercado.

Por medio de una caracterización y validación rigurosas, las mediciones en RF permiten a los ingenieros:

• Validar prototipos: aseguran que estos cumplen con los indicadores clave de desempeño (KPI) críticos, como la potencia transmitida, la magnitud del vector de error (EVM) y la sensibilidad del receptor.
• Depurar problemas complejos: identifican y resuelven de manera sistemática problemas como la degradación de la señal, los desafíos de interoperabilidad entre diferentes tecnologías inalámbricas, así como las interferencias electromagnéticas (EMI).
• Optimizar diseños: al ajustar los parámetros del sistema se logra el equilibrio entre el rendimiento, el consumo de energía y la gestión térmica.

Por qué las mediciones en RF son fundamentales en su proceso de diseño

Las mediciones en RF no son solo un control de calidad final. Es un proceso crítico para asegurarse de que sus dispositivos funcionen según lo previsto y que cumplen con las regulaciones más importantes.

Validación del rendimiento principal

Aunque un diseño puede parecer perfecto en la simulación, un modelo en definitiva no es más que una representación y no puede capturar toda la complejidad del comportamiento en condiciones reales. El entorno real introduce innumerables variaciones, como tolerancias de fabricación, parásitos inesperados en los módulos, así como características impredecibles de las antenas, todas ellas pueden afectar el rendimiento del dispositivo. Las mediciones en RF validan el rendimiento real de un dispositivo ya que miden los indicadores clave de desempeño (KPI) más importantes que definen tanto la integridad de señal como la funcionalidad general. Este proceso consiste en evaluar la potencia de transmisión a fin de asegurar un alcance suficiente, la sensibilidad del receptor a fin de detectar señales débiles, y la magnitud del vector de error (EVM) para asegurar la integridad de los datos que se transmiten. La validación del rendimiento no es solo un ejercicio pasa/no pasa: se trata de confirmar que la funcionalidad principal de su producto es sólida y confiable al momento de enfrentarse a condiciones reales.

Mitigación de riesgos financieros y reducción de costos

Una medición en RF temprana y continua es una inversión directa en la reducción de costos. Al identificar problemas como una pobre integridad de señal, desadaptaciones de antena o de fallas de coexistencia durante la etapa de prototipado, los ingenieros pueden minimizar la necesidad de costosos reajustes posteriores en el proceso de desarrollo. Este enfoque proactivo ayuda a prevenir costosos rediseños de módulos y evita retrasos significativos en los proyectos, lo que en definitiva salvaguarda su presupuesto y protege la reputación de su marca de los problemas que pudiesen surgir durante toda la vida útil del dispositivo.

Parámetros clave de las mediciones en radiofrecuencia

Un diseño exitoso de RF apuesta por más que solo teoría, se demuestra por medio de mediciones precisas y repetibles. Estas mediciones son el idioma de la RF: un conjunto de parámetros críticos que muestran el rendimiento de su dispositivo. Los parámetros fundamentales que medimos en Rohde & Schwarz a fin de fortalecer sus decisiones de ingeniería y asegurar que su producto cumpla con sus objetivos de diseño son:

• Parámetros-S: los
  parámetros-S son conjuntos de datos de suma importancia que caracterizan el comportamiento de los componentes de RF y microondas ya que describen como se propagan las señales a través de una red de múltiples puertos. Proporciona una visión completa del rendimiento de un dispositivo, como por ejemplo, tanto sus propiedades de reflexión como de transmisión, son esenciales para entender cómo los componentes interactúan dentro de un sistema.
• Potencia y precisión de frecuencia: tanto la
  potencia de salida como la precisión de potencia son los atributos más básicos, pero también los más críticos de una señal inalámbrica. La precisión de potencia verifica que la potencia de salida real de un transmisor o amplificador coincida con su objetivo de diseño especificado, lo cual es fundamental para cumplir los límites regulatorios y asegurar una comunicación confiable. La precisión de frecuencia mide que tan próxima está la frecuencia de operación del dispositivo de su valor deseado. Cualquier imprecisión puede ocasionar que la señal se desvíe de su canal o banda designados, lo que conlleva a interferencias y a pérdidas significativas de la integridad de señal. En resumen, la frecuencia define el canal o la banda, mientras que la potencia indica la fuerza de la señal.
• Linealidad: la
  linealidad describe la precisión con la que un sistema de RF replica su señal de entrada en la salida. Por ejemplo, un amplificador debe mantener una ganancia constante en todo un rango de niveles de potencia de entrada sin introducir distorsiones no deseadas. Un dispositivo lineal proporciona ganancias constantes en todo su rango de funcionamiento, lo que significa que la potencia de salida permanece directamente proporcional a la potencia de entrada.
• Cifra de ruido:
  la cifra de ruido mide la cantidad de ruido que un componente, como un amplificador, añade a una señal, a fin de indicar en qué medida el dispositivo degrada la relación señal-ruido a medida que la señal pasa a través de él. Este parámetro es crítico ya que influye de manera directa en la sensibilidad, así como en la gama dinámica del sistema, lo que afecta su capacidad de detectar señales débiles.
• Magnitud del vector de error: la
  magnitud del vector de error (EVM) es una métrica completa para evaluar la precisión de la modulación digital, por lo general suele utilizarse en sistemas inalámbricos. La EVM cuantifica la desviación de la señal real con respecto de la señal ideal, lo que proporciona una medición directa de la calidad de modulación, así como de la integridad general de la señal.
• Consumo de energía: el
  consumo de energía se refiere a la cantidad de corriente continua que un sistema de RF requiere para una tarea y configuración determinadas, como la energía que consume un amplificador de RF que funciona a una frecuencia y un estado de ganancia determinados. Es importante su utilización a nivel de sistema, ya que influye en la vida útil de la batería y en la necesidad de disipación térmica, y a menudo es una diferencia clave entre las diferentes ofertas de amplificadores de RF.

Métodos especializados de medición en RF en Rohde & Schwarz

Si bien que los parámetros fundamentales de RF son universales, aplicarlos de manera eficiente requiere de metodologías especializadas a la medida de desafíos específicos. Desde caracterizar un solo transistor en una oblea hasta probar dispositivos terminados, cada etapa del ciclo de vida del producto exige un enfoque y una solución únicos.

Así es como nuestra experiencia en Rohde & Schwarz aborda los desafíos críticos de prueba a los que se enfrenta cada día: