R&S ZNA, el analizador de redes para la tecnología de hoy en día

Un analizador de redes tiene que cumplir con distintos requisitos. En el sector del espacio aéreo y de defensa se da especial importancia a la estabilidad de los datos y a la capacidad de reproducir mediciones. Los institutos de investigación y las universidades exigen principalmente versatilidad, además de máximo rendimiento. El analizador de redes vectorial de gama alta R&S ZNA satisface las exigencias de ambos grupos de usuarios, al igual que las de cualquier otro usuario exigente.

Los componentes de RF deben satisfacer cada vez más requisitos en su aplicación práctica, por eso, los equipos de T&M deben poder caracterizar estos componentes con precisión y rapidez. Las excelentes características de RF y las funciones de medición versátiles son esenciales para lograr este fin. Para poder hacer uso de estas, normalmente se tiene que configurar detalladamente el instrumento; proceso que requiere mucha experiencia y práctica. Ajustes de medición automáticos y ayudas para el manejo pueden aumentar en gran medida la productividad, sobre todo cuando se trabaja con analizadores de redes. Ambos objetivos, datos excelentes y operación eficiente, se tuvieron permanentemente en cuenta durante el desarrollo del analizador de redes vectorial R&S ZNA.

Imagen 1: Gracias a su arquitectura multicanal, el R&S ZNA mide amplitudes y fases de hasta ocho señales de entrada simultáneamente y por eso es ideal para probar sistemas de antenas.

El R&S ZNA ofrece la flexibilidad necesaria para responder a las exigencias actuales y futuras durante la caracterización de dispositivos activos y pasivos. Su arquitectura de hardware es modular y potente. Cuenta con cuatro fuentes de señal y ocho receptores de prueba para llevar a cabo tareas complejas como mediciones de intermodulación en mezcladores o mediciones de formación de haz y MIMO en sistemas de antenas 5G. Los niveles extremadamente bajos de ruido de la forma de señal de <0,001 dB a un ancho de banda de FI de 1 kHz y una excelente gama dinámica de hasta 170 dB constituyen la base para mediciones estables y reproducibles.

Una novedad en el mercado es el concepto de manejo centrado en el dispositivo examinado, que con la ayuda de asistentes acelera y simplifica considerablemente la configuración. El R&S ZNA es el primer analizador de redes que se maneja completamente por una interfaz táctil (imagen 2). Esto permite definir la interfaz de usuario en función de la aplicación para facilitar y acelerar la configuración de las mediciones en la mayor medida posible.

Para empezar, el R&S ZNA está disponible con rangos de frecuencias de hasta 26,5 GHz o 43,5 GHz con dos o cuatro puertos cada uno. La variante de 43,5 GHz está disponible con conectores de 2,92 mm o 2,4 mm. La variante de 2,4 mm está especificada en todo el rango de frecuencias; la versión de 2,92 mm está especificada hasta 40 GHz con valores típicos para el rango entre 40 GHz y 43,5 GHz.

Imagen 2: El R&S ZNA funciona totalmente sin teclas mecánicas. En una gran pantalla táctil se muestra toda la información relacionada con la medición y los menús; una pantalla más pequeña sirve para la configuración general del instrumento.

Configurar formas de onda y distintos parámetros de medición para determinar la pérdida de conversión según magnitud y fase, así como para las mediciones de adaptación y aislamiento, es una tarea que conlleva tiempo. El R&S ZNA, con su concepto de manejo centrado en el dispositivo examinado, hace que esta tarea sea innecesaria. Después de seleccionar el tipo de dispositivo y de definir algunos parámetros básicos como el rango de frecuencias y el nivel de potencia, el usuario selecciona directamente los parámetros y las magnitudes de medición; el instrumento se encarga de la configuración de la prueba. De este modo, se pueden configurar las mediciones de forma rápida y sin conocimientos especiales sobre los ajustes óptimos del analizador, lo que ahorra tiempo y garantiza una alta reproducibilidad.

Las fuentes enganchadas en fase posibilitan las mediciones del tiempo de propagación de grupo y fase sin mezclador de referencia. El segundo oscilador local interno permite medir simultáneamente señales de RF y FI, lo cual se traduce en una mayor exactitud de medida y doble velocidad de medición en comparación con el método anterior.

Las mediciones de intermodulación en dispositivos activos se pueden realizar como barrido de frecuencia con separación de portadoras fija o variable y como barrido de nivel. El ALC (‘automatic level control’) digital proporciona niveles precisos de las dos portadoras sobre la frecuencia, independientemente del coeficiente de reflexión del dispositivo.

El rango electrónico de barrido de nivel de hasta 100 dB (imagen 3) facilita considerablemente las mediciones de punto de compresión en amplificadores y elimina el impacto de procesos de conmutación que se producen con atenuadores mecánicos. El análisis de espectro basado en la FFT permite observar con más detalle el comportamiento de un dispositivo cuando las mediciones de los parámetros de dispersión no son suficientes. Las señales interferentes en convertidores y módulos Tx/Rx se detectan con rapidez, y la configuración de instrumentos no afecta el resultado de medida gracias a la corrección escalar de errores de sistema.

Los cuatro moduladores de pulsos internos, controlables por generadores de pulsos internos o externos, permiten mediciones ‘point in pulse’ con hasta 30 MHz de ancho de banda de medición. Proporcionan mediciones del perfil de pulso hasta 50 veces más rápidas que las convencionales, con una resolución de hasta 8 ns. Ambos casos son aplicaciones frecuentes en el sector del espacio aéreo y de defensa, así como en el sector inalámbrico, donde muchos amplificadores solo pueden ser probados en modo pulsado.

Imagen 3: El gran rango de barrido de nivel de 100 dB para mediciones de punto de compresión no solo es único en la industria, sino que también se realiza de forma completamente electrónica.

Debido a su deriva de frecuencia, es complicado medir convertidores de frecuencia sin acceso al oscilador local, como los que se utilizan en el sector de satélites. Para resolver este problema, Rohde & Schwarz ha desarrollado una solución de medición patentada para determinar el retardo de grupo y fase. Usa un método de dos tonos que permite medir simultáneamente ambos tonos y que es inmune a los efectos de la deriva del convertidor de frecuencia. Esta deriva afecta ambos tonos que se anulan mutuamente en el resultado de medida. Además, el R&S ZNA cuenta con una función de seguimiento de oscilador local para compensar los efectos de deriva que exceden el ancho de banda de medición. El segundo oscilador local interno también duplica aquí la velocidad de medición.

En aplicaciones del espacio aéreo y de defensa, así como en estaciones base se utilizan filtros de alto bloqueo que imponen altas exigencias a la gama dinámica de los analizadores. Una alta gama dinámica no solo es indispensable para medir niveles muy bajos de señal, sino que también permite el uso de un mayor ancho de banda de FI para una gama dinámica concreta y conlleva un ajuste de filtro más rápido y sencillo.

El R&S ZNA tiene una gama dinámica de hasta 170 dB (imagen 4) en el modo reverse coupler (acoplador inverso). Un barrido segmentado con distintos parámetros de medición para la banda pasante y no pasante impide la saturación del receptor en la banda pasante.

Alta sensibilidad y una amplia gama dinámica del R&S ZNA también son imprescindibles para reducir los tiempos de medición de antenas (mediciones en campo cercano y lejano en CATR, sección equivalente de radar). Las entradas directas de FI en la parte trasera del dispositivo para frecuencias de hasta 1 GHz cubren un amplio espectro de frecuencias de FI usadas por mezcladores externos en sistemas de prueba de antenas. Los receptores paralelos permiten grabar amplitudes y fases de hasta ocho señales. De este modo, se puede determinar simultáneamente la polarización horizontal y vertical de antenas de medición y referencia.

Imagen 4: Los filtros de alto bloqueo se pueden caracterizar con una gama dinámica de 170 dB.

Además de la investigación básica, la formación de imagen, la medición de antenas y de materiales, cada vez son más las aplicaciones comerciales, como los radares de automóviles (77/79 GHz) y las comunicaciones inalámbricas (5G NR), que penetran en el rango de milímetros y terahercios. El R&S ZNA se puede ampliar hasta estas frecuencias (imagen 6) con convertidores de frecuencia.

Los convertidores de frecuencia Rohde & Schwarz se caracterizan por un elevado nivel de salida y una gran gama dinámica; ambos aspectos son importantes para las mediciones sobre oblea o la caracterización de antenas. Con ayuda de las entradas de FI directas, es decir, eludiendo los mezcladores de entrada, la gama dinámica puede mejorar en otros 7dB. Para la caracterización de dispositivos multitono conversores de frecuencia y diferenciales, se pueden conectar hasta cuatro convertidores al R&S ZNA. Incluso con un dispositivo de dos puertos, se pueden usar dos convertidores sin un generador de señales externo para la señal del oscilador local.

Imagen 5: Selección del método de calibración en el R&S ZNA.

Una amplia selección de métodos de calibración (desde el clásico TOSM, pasando por TRM, TSM, TOM, TRL/LRL, UOSM y hasta ‘adapter removal’) proporciona resultados precisos en todas las tareas de medición (imagen 5). Un ALC digital compensa la deriva térmica después de la calibración. Para la calibración según la tarea de medición, se pueden utilizar kits de calibración manuales económicos y de gama alta con caracteriza-ción individual de los parámetros de dispersión, módulos de calibración automática con dos o cuatro puertos y módulos de calibración en línea, además de sensores de potencia para la calibración de nivel.

Imagen 6: Los convertidores de ondas milimétricas R&S ZVA Zxx y R&S ZCxxx amplían el rango de frecuencias del R&S ZNA hasta 500 GHz. La elevada potencia de salida y la gama dinámica del convertidor son características muy apreciadas en las mediciones de antenas y sobre oblea.

Los usuarios del R&S ZNA pueden abordar con tranquilidad los nuevos desafíos de la tecnología de RF. Gracias a su hardware potente y variedad de funciones, puede realizar incluso las tareas de medición más complejas. Cuenta con cuatro fuentes internas enganchadas en fase que permiten un control independiente de la frecuencia de señal en cada puerto y mediciones de fases en los mezcladores. Ofrece dos osciladores locales internos, una arquitectura de receptor realmente multicanal, moduladores de pulsos y amplias posibilidades de disparo y sincronización.

Estas características de hardware hacen que el R&S ZNA sea un sistema de pruebas universal y compacto para la caracterización de dispositivos pasivos y activos. Incluso las mediciones de intermodulación en mezcladores y receptores pueden realizarse sin generadores de señales externos, lo cual permite minimizar el tiempo de la prueba y simplificar su configuración. El concepto de manejo centrado en el dispositivo aumenta la productividad con un asistente de configuración que conduce a resultados de medición válidos sin que el usuario se pierda en el intento. Su manejo solo a través de la interfaz táctil en dos pantallas independientes es excepcional.