Medidas de radiofrecuencia y microondas

Retos complejos de la integración de RF avanzada

La integración avanzada de la tecnología de radiofrecuencia plantea una serie de desafíos importantes para los ingenieros, que tienen que incorporar numerosas tecnologías inalámbricas (como Wi-Fi, Bluetooth, UWB y NFC) en dispositivos cada vez más compactos. Este alto nivel de integración genera un entorno de alta densidad en el que la integridad de señal, la coexistencia y la conformidad con la normativa son aspectos críticos. Para responder a estas exigencias se requiere una profunda comprensión empírica de cómo se comportan los sistemas de RF en situaciones reales. En este contexto, las medidas de RF y de microondas pasan de ser una comprobación de calidad básica a convertirse en una disciplina de ingeniería esencial que permite obtener los datos empíricos fundamentales necesarios para garantizar el vínculo entre las simulaciones y el producto listo para la comercialización.

Mediante una caracterización y validación meticulosa, las medidas de RF permiten a los ingenieros:

• Validar prototipos y garantizar que cumplen los indicadores clave de rendimiento (KPI) fundamentales, como potencia de transmisión, magnitud del vector de error y sensibilidad del receptor.
• Depurar problemas complejos mediante la identificación sistemática y la resolución de anomalías como degradación de la señal, dificultades de interoperabilidad entre distintas tecnologías inalámbricas e interferencia electromagnética (EMI).
• Optimizar diseños sintonizando con precisión los parámetros del sistema para alcanzar el equilibrio perfecto entre rendimiento, consumo de energía y gestión térmica.

Por qué las medidas de RF son esenciales para sus procesos de diseño

Las medidas de RF no se limitan a una prueba final de la calidad. Se trata de un proceso crítico para garantizar que sus dispositivos se comportan de la forma esperada y conforme con la normativa relevante.

Validación del rendimiento básico

Aunque un diseño pueda funcionar aparentemente de forma perfecta en la simulación, un prototipo no es más que una representación, y no puede captar toda la complejidad del comportamiento en la realidad. El entorno real añade muchas otras variables, como tolerancias de la fabricación, elementos parásitos inesperados en los módulos, así como características de antena impredecibles, y todo ello puede repercutir en el rendimiento del dispositivo. Las medidas de RF validan el verdadero comportamiento de un dispositivo verificando los indicadores clave de rendimiento (KPI) críticos que definen tanto la integridad de señal como el funcionamiento en general. Este proceso implica evaluar la potencia de transmisión para garantizar el rango y la sensibilidad suficientes del receptor para detectar señales débiles, y la precisión de modulación (EVM) para garantizar la integridad de los datos transmitidos. La validación del rendimiento no es simplemente una función «pasa/no pasa»: se trata de confirmar si el funcionamiento básico de su producto responde con estabilidad y fiabilidad en condiciones reales.

Reducir riesgos financieros y costes

Realizar medidas de RF de forma temprana y continua es invertir directamente en prevención de gastos. Gracias a la identificación de problemas como falta de integridad de señal, desadaptación de antenas o fallos de coexistencia en la etapa de prototipo, los ingenieros pueden reducir al mínimo la necesidad de costosas correcciones en una fase posterior del proceso de desarrollo. Este planteamiento proactivo ayuda a prevenir costosos rediseños de módulos y evita grandes retrasos en los proyectos, contribuyendo en último término a proteger su presupuesto y a salvaguardar la reputación de su marca por posibles problemas en fases posteriores de la vida útil del dispositivo.

Parámetros clave de las medidas de radiofrecuencia

Un diseño de RF impecable se basa en algo más que en la teoría: debe haber sido sometido a medidas precisas y repetibles. Estas medidas son el «código» de la radiofrecuencia —un conjunto de parámetros críticos que indican el rendimiento de su dispositivo. Los parámetros fundamentales que medimos en Rohde & Schwarz para garantizar la efectividad de sus decisiones en cuestión de ingeniería y la aptitud de su producto para cumplir los objetivos del diseño son:

• Parámetros de dispersión:
  Los parámetros de dispersión (o parámetros S) son conjuntos de datos elementales que caracterizan el comportamiento de componentes de RF y de microondas mediante la descripción del modo en que las señales se propagan a través de una red multipuerto. Aportan una imagen completa del rendimiento de un dispositivo, incluidas las propiedades de reflexión y transmisión, y son esenciales para entender cómo interactúan los componentes dentro de un sistema.
• Precisión de potencia y frecuencia:
  la precisión en la potencia de salida y la frecuencia son los atributos más básicos pero también críticos de una señal inalámbrica. La precisión de la potencia comprueba que la potencia de salida real de un transmisor o amplificador coincida con el objetivo de diseño especificado, lo que resulta esencial para cumplir los límites normativos y garantizar la comunicación fiable. La precisión de la frecuencia comprueba con qué exactitud se alinea la frecuencia de funcionamiento de un dispositivo con el valor previsto. Cualquier inexactitud puede hacer que la señal se desvíe de su canal o banda designados, lo que acarrearía interferencias y una pérdida notable de integridad de señal. En resumidas cuentas, la frecuencia define el canal o la banda, mientras que la potencia indica la intensidad de la señal.
• Linealidad:
  la linealidad describe con qué grado de precisión se replica la señal de entrada en la salida de un sistema de RF. Por ejemplo, un amplificador debería mantener una ganancia constante en un rango de niveles de potencia de entrada sin agregar ninguna distorsión no deseada. Un dispositivo lineal proporciona ganancia coherente en todo su rango de operación, y por lo tanto, la potencia de salida se mantiene 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 la señal, indicando en qué medida el dispositivo degrada la relación señal/ruido cuando pasa la señal. Este parámetro resulta crítico, ya que repercute directamente en la sensibilidad y el rango dinámico del sistema, lo que a su vez repercute en su capacidad para detectar señales débiles.
• Magnitud del vector de error:
  la magnitud del vector de error (EVM, por sus siglas en inglés) es una métrica completa para evaluar la precisión de la modulación digital, de uso generalizado en sistemas inalámbricos. La EVM cuantifica la desviación de la señal real respecto a la señal ideal, y proporciona una medida directa de la calidad de modulación y la integridad de señal en general.
• Consumo de energía:
  el consumo de energía se refiere a la potencia de CC que necesita un sistema de RF para una tarea y una configuración específicas, como la energía utilizada por un amplificador de RF que funciona con una frecuencia y estado de ganancia determinados. Es importante para el uso a nivel del sistema, ya que influye en la vida de la batería y las necesidades de disipación de calor, y es con frecuencia un diferenciador clave entre los distintos amplificadores de RF en oferta.

Métodos de medida de RF especializados de Rohde & Schwarz

Si bien los parámetros fundamentales de RF son universales, su aplicación eficaz exige metodologías especializadas adaptadas a los desafíos específicos. Desde la caracterización de un transistor sencillo sobre una oblea hasta las medidas de dispositivos acabados, cada etapa del ciclo de vida del producto demanda un enfoque y una solución exclusivos.

Con nuestra experiencia en Rohde & Schwarz le ayudamos a afrontar los desafíos críticos de medida en el trabajo cotidiano: