Comprendere le apparecchiature RF - Strumenti di misura e collaudo RF

Strumenti di misura e collaudo RF: analizzatori di spettro

Il primo strumento è l’ analizzatore di spettro. La parola spettro si riferisce generalmente a un intervallo di frequenze. Per lo spettro delle radiofrequenze, uno strumento speciale, chiamato analizzatore di spettro, viene utilizzato per rilevare e misurare quali tipi di segnali sono presenti a determinate frequenze: le loro potenze, l'eventuale modulazione, ecc. La funzione più semplice di un analizzatore di spettro è la visualizzazione della potenza rispetto alla frequenza, la misurazione della presenza di segnali RF e della 'quantità' di radiofrequenza presente.La potenza viene misurata rispetto ad altre potenze ed è espressa in “dB” o decibel.

Oltre alla potenza di base rispetto alla frequenza, molti analizzatori di spettro possono anche demodulare diversi tipi di segnali. Si va dai segnali analogici di base, come quelli utilizzati nella radio FM, ai segnali digitali complessi, come quelli utilizzati nelle reti LTE e Wi-Fi. Per demodulazione si intende l'estrazione delle informazioni da un segnale trasmesso, che può anche essere utilizzata per indicare la quantità di errori o imprecisioni in un segnale modulato o che trasporta informazioni. Quando un analizzatore di spettro viene utilizzato in questo modo, viene spesso chiamato analizzatore di segnali.

Strumenti di misura e collaudo RF: generatori di segnali

I segnali RF provengono da vari dispositivi, come telefoni cellulari, telecomandi per auto o satelliti GPS. Un generatore di segnali viene utilizzato per creare i diversi tipi di segnali RF necessari per progettare e verificare il comportamento dei dispositivi RF, in particolare i ricevitori. Questi segnali possono essere semplici segnali non modulati o possono essere segnali modulati complessi, come quelli utilizzati nella maggior parte delle comunicazioni wireless. Un generatore di segnali consente all'utente di controllare tutti i parametri dei segnali che genera, tra cui potenza, frequenza e modulazione.

Una combinazione comune di strumenti di misura e collaudo è quella composta da un analizzatore di spettro e un generatore di segnali. Ad esempio, se il “DUT” (dispositivo in prova) è un amplificatore, viene utilizzato un generatore di segnale per create un segnale di prova che viene inviato al DUT. Il segnale amplificato può quindi essere misurato e analizzato utilizzando un analizzatore di spettro.

Strumenti di misura e collaudo RF: analizzatore di reti

Nel mondo RF, una rete è un dispositivo dotato di una o più porte, ognuna delle quali può far passare, riflettere e/o assorbire l'energia a radiofrequenza. Di solito, si tratta di componenti di un sistema e, ad esempio, un telefono cellulare ha molti componenti che possono essere descritti come una “rete”. Per assicurarsi che questi componenti funzionino correttamente e garantire le prestazioni dell'intero sistema, sono necessari metodi di misurazione accurati, affidabili e ripetibili. Le reti vengono verificate iniettando i segnale RF in una delle porte e misurando contemporaneamente la quantità di segnale RF riflessa da quella porta e la quantità di RF che esce dalle altre porte. Viene anche misurato il ritardo introdotto dalla rete e il modo in cui la rete modifica altre caratteristiche del segnale iniettato.

Un analizzatore di retigenera e misura l'energia RF ed è simile alla combinazione di un generatore di segnali e di un analizzatore di spettro. Gli analizzatori di reti possono misurare piccole variazioni o modifiche nei segnali e vengono utilizzate sofisticate routine di calibrazione per ridurre ulteriormente o rimuovere gli errori. Gli analizzatori di reti si trovano più comunemente nei laboratori, mentre gli analizzatori di reti portatili vengono utilizzati sul campo per collaudare cavi e antenne. Gli analizzatori di reti sono anche chiamati analizzatori di reti vettoriali o V-N-A (Vector Network Analyzer).

Strumenti di misura e collaudo RF: sensori di potenza

I sensori di potenzavengono utilizzati per effettuare una semplice misurazione della potenza ricevuta. La funzione di base di un sensore di potenza consiste nel riportare la potenza sotto forma di un numero, ad esempio 10,92 dBm. I sensori di potenza non sono così sofisticati come gli altri strumenti citati, ma sono molto utilizzati nel mondo RF e possono essere facilmente trovati nella maggior parte dei laboratori RF.

Test RF O-T-A

Nella maggio parte dei casi, per effettuare un test RF si utilizzano cavi per spostare i segnali fra lo strumento e il DUT o il dispositivo in esame. Utilizzando la modalità di misura RF condotta, elementi come i livelli di potenza ricevuti dal DUT possono essere controllati con maggiore precisione.

Alcune delle tecnologie più recenti, come il 5G, richiedono l'esecuzione dei test direttamente via radio, nella cosiddetta modalità O-T-A (Over The Air), in cui i segnali vengono irradiati da e verso il dispositivo in esame senza passare dai cavi. Ciò è dovuto principalmente alle frequenze più elevate utilizzate e alla mancanza di un “connettore RF” sul DUT. In questo caso, i test richiedono scatole o camere schermate speciali per evitare che altri segnali RF entrino e/o che i segnali di test si irradino all'esterno.

Altri tipi di strumenti di misura e collaudo RF

Oltre alle quattro categorie citate, esistono molti altri tipi di strumenti di misure e collaudo RF.

I tester di comunicazione sono una combinazione di un generatore di segnali e di un analizzatore di spettro o di segnale, progettati per collaudare dispositivi di comunicazione wireless come telefoni cellulari, dispositivi Wi-Fi e Bluetooth. Questi strumenti possono emulare un dispositivo wireless, un punto di accesso o una stazione base e consentono di effettuare test sia per sulla trasmissione della voce che dei dati.

Nell'ambito della compatibilità elettromagnetica, o EMC, i dispositivi alimentati elettricamente vengono provati per controllare se emettono involontariamente radiazioni RF che potrebbero interferire con altri dispositivi elettrici o elettronici. Ad esempio, se una lavatrice interferisce con il nostro cellulare.

Strettamente correlati ai test EMC sono gli amplificatori, che aumentano la potenza del segnale RF e quindi possono essere utilizzati per creare i segnali RF ad alta potenza necessari per alcuni test EMC.

Gli oscilloscopi sono un'altra categoria di strumenti di misura e collaudo RF, utilizzati eseguire test sui segnali elettrici RF e non RF.