Calibración de radiofrecuencia

La calibración de radiofrecuencia y microondas se realiza en las frecuencias más altas que van más allá de las encontradas en la calibración de CC y CA de baja frecuencia (CC / BF). El límite no es del todo definido, pero la mayor parte de los metrólogos lo consideran dentro de la región de 1 - 10 MHz. Las actividades de calibración de radiofrecuencia y microondas a menudo se realizan en laboratorios independientes dentro de una instalación de calibración, en los que la calibración de microondas se realiza incluso en otra área. Nuevamente no existe un límite específico, pero las frecuencias de microondas normalmente son consideradas como las que superan unos pocos GHz. En frecuencias incluso mayores, alrededor de 100 GHz, a menudo se utiliza el término "onda milimétrica". Independientemente del enfoque de una instalación de calibración respecto a la segregación de frecuencia, existen varios elementos en común.

¿En qué se diferencia la calibración de radiofrecuencia y microondas de la calibración de CC/BF?

La diferencia más importante es que los sistemas y el equipo de radiofrecuencia y microondas emplean líneas de transmisión asociadas para interconexión (cables coaxiales o guías de ondas en frecuencias más altas).

¿Qué parámetros se miden en la calibración de radiofrecuencia?

Dos parámetros clave son la potencia de radiofrecuencia y una medición de lo bien que se asocia o se entrega desde una fuente a una carga. La calidad de asociación con la impedancia característica de la línea de transmisión normalmente se expresa en términos como relación de ondas estacionarias de tensión (VSWR por sus siglas en inglés), coeficiente de reflexión y parámetros S, etc.

Los errores de asociación son los principales factores para la incertidumbre de medición en la calibración de radiofrecuencia. Estos surgen de las coincidencias de salida y entrada del equipo y de los cables y conectores que se utilizan para interconectar el equipo. Para minimizar estas fuentes de error e incertidumbre, es esencial usar conectores y cables de grado de metrología de alta calidad y tratarlos con cuidado.

Cuando se realiza la calibración de equipos de prueba de radiofrecuencia y microondas se miden muchos otros parámetros y características, los que son demasiado numerosos (y a menudo, resultan ser específicos de instrumentos) como para analizarlos aquí.

¿Cómo se realiza normalmente la calibración de radiofrecuencia?

A diferencia de la calibración de CC/BF, en la que existen varios calibradores dedicados, en la calibración de radiofrecuencia y microondas prácticamente no hay calibradores designados (además de las fuentes de referencia de radiofrecuencia de la serie Fluke 9640A). Para calibrar un elemento de carga de trabajo de radiofrecuencia y microondas, es necesario recopilar una variedad de distintos equipos de prueba para brindar la funcionalidad y el rendimiento necesarios.

El equipo puede estar montado como un sistema dedicado a un tipo particular de instrumento, como un sistema capaz de calibrar muchos tipos de instrumentos de carga de trabajo o simplemente puede ser tomado del inventario de un laboratorio para realizar una tarea de calibración específica y para ser dejado una vez que se complete la tarea.

Como son muchos los instrumentos de sistema implicados, hay numerosas configuraciones distintas que se necesitan para establecer conexiones con la unidad o el dispositivo que se encuentra bajo prueba (unidad bajo prueba (UUT) o dispositivo bajo prueba (DUT)). La conmutación y multiplexación no es posible debido a errores en la medición y a las contribuciones de incertidumbre que puede introducir la conmutación, en especial en frecuencias más altas.

El proceso de calibración se puede realizar de manera manual, o puede ser automatizado mediante un software que controle los instrumentos del sistema y el elemento que se esté calibrando. Las calibraciones de radiofrecuencia y microondas completamente automatizadas son escasas, debido a la dificultad que existe para automatizar la conmutación de señales sin degradar la calidad de la medición.

Los sistemas automatizados tradicionales necesitan que el usuario intervenga con frecuencia para cambiar las interconexiones. Por lo tanto, hay varias instancias en las cuales es posible cometer errores, por lo que se necesita un personal altamente calificado. A menudo, se pierde un el costoso tiempo del operador debido a que se debe esperar el cambio de configuración siguiente.

¿Qué tipos de instrumento se encuentran normalmente en un sistema para la calibración de radiofrecuencia y microondas?

Los instrumentos que normalmente se encuentran en un sistema tradicional incluyen: generadores de señal, generador de nivel, generador de función, medidores de calidad eléctrica, receptor de medición, analizador de espectro, contadores de radiofrecuencia y microondas, analizador de redes, analizador de audio, osciloscopio, multímetro digital. Ninguno de estos instrumentos está diseñado específicamente para la calibración; todos son instrumentos de prueba generales que se usan en el sistema. Los generadores de señal no son capaces de alcanzar el rendimiento necesario en la calibración de radiofrecuencia. Por lo tanto, se deben usar con medidores de calidad eléctrica y con atenuadores de paso calibrados para ofrecer el nivel suficiente y la precisión en la atenuación. Se requieren filtros externos cuando es importante la baja armónica, como en una calibración de analizador de espectro. También se necesitan fuentes de señales con rendimiento de ruido de fase bajo para la calibración de analizador de espectro de alto rendimiento.

¿Qué es la carga de trabajo de calibración de radiofrecuencia y microondas?

A menudo, los mismos instrumentos utilizados dentro de los sistemas aparecen como carga de trabajo de calibración. Generadores de señal, analizadores de espectro, medidores de calidad eléctrica, sensores de potencia son los elementos de carga de trabajo más comunes. Otros incluyen milivoltímetros de radiofrecuencia, medidores de nivel de señal, receptores y analizadores de modulación y contadores/temporizadores.

¿Cuál es la oportunidad de mejorar la eficiencia y de reducir costos?

Mediante la fuente de referencia de radiofrecuencia de la serie Fluke 9640A, diseñada específicamente para la calibración de radiofrecuencia, como el núcleo del sistema de calibración de radiofrecuencia y microondas, se permite reemplazar varios instrumentos y accesorios del sistema por solo uno. Su combinación única de funciones y rendimiento permite que la serie 9640A sea muy superior a todos los generadores de señales de propósito general. Ya sea que se use manualmente o en conjunto con software de calibración de MET/CAL, la serie 9640A puede reducir a la mitad los costos del sistema, mejorar la capacidad del sistema hasta en un 25% y liberar hasta el 50% del tiempo de operación del sistema para realizar otras tareas que añaden valor.

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Prácticamente no hay instrumentos diseñados de manera específica como calibradores de radiofrecuencia y microondas (además de la serie Fluke 9640A). Los procedimientos de calibración de radiofrecuencia y microondas son complejos, e implican muchos instrumentos de prueba, accesorios, componentes, cables, adaptadores y conectores de propósito general. Las soluciones de calibración normalmente son creadas por usuarios que desarrollan y montan sus propios sistemas. Los usuarios que escriben su propio software o que emplean software para la automatización de sistemas de pruebas disponibles en el comercio a menudo ofrecen automatización. Las organizaciones de mayor tamaño pueden encargar que los integradores de sistemas armen un sistema de calibración. Algunos fabricantes de equipos de prueba ofrecen paquetes de software para calibrar sus propios productos de radiofrecuencia y microondas, lo que solo permite el uso de sus productos como patrones de calibración y no para calibrar ninguna otra carga de trabajo.

¿Qué solución para calibración de radiofrecuencia ofrece Fluke Calibration?

Mediante la fuente de referencia de radiofrecuencia de la serie Fluke 9640A, diseñada específicamente para la calibración de radiofrecuencia, como el núcleo del sistema de calibración de radiofrecuencia y microondas, se permite reemplazar varios instrumentos y accesorios del sistema por solo uno. Su combinación única de funciones y rendimiento permite que la serie 9640A sea muy superior a todos los generadores de señales de propósito general. Ya sea que se use manualmente o en conjunto con software de calibración de MET/CAL, la serie 9640A puede reducir a la mitad los costos del sistema, mejorar la capacidad del sistema hasta en un 25% y liberar hasta el 50% del tiempo de operación del sistema para realizar otras tareas que añaden valor.

¿Qué factores se deben considerar cuando se selecciona una solución?

Eficiencia

El tiempo y el costo para realizar la calibración, incluido el tiempo total de la calibración, el tiempo de ejecución del sistema automatizado y el tiempo de operación son factores clave que determinan y mejoran la eficiencia.

En un proceso de calibración de radiofrecuencia automatizado normal, el operador debe intervenir con frecuencia para cambiar la configuración de las pruebas. La automatización completa y desatendida puede aumentar fácilmente la capacidad del sistema de calibración hasta en un 25% y liberar hasta un 50% más del tiempo de operación, lo que permite que el personal realice otras tareas en lugar de tener que esperar el siguiente cambio en la configuración del sistema automatizado. Por ejemplo, el procedimiento de calibración del fabricante del analizador de espectro Agilent E4407B 27 requiere 27 configuraciones de prueba distintas.

Por otro lado, la serie 9640A utilizada con el software de gestión de calibración MET/CAL Plus, realiza la mayor parte de las pruebas documentadas con una sola configuración. Solo se requieren seis configuraciones adicionales para completar el proceso de calibración. Normalmente, el tiempo de calibración se reduce de cuatro horas y media a dos horas.

El beneficio respecto de la mejora de la eficiencia clave se obtiene cuando se asocia el 9640A con software de MET/CAL.  Por ejemplo, el procedimiento E4407B MET/CAL para el 9640A-LPNX permite un total de 90 minutos de funcionamiento desatendido de un tiempo de funcionamiento total de dos horas.

Cobertura de carga de trabajo y grado de automatización

La cobertura de carga de trabajo se refiere al tipo de instrumento y a su fabricante; el grado de automatización corresponde al grado en que una solución aborda su calibración y brinda automatización.

Los analizadores de espectro son elementos de carga de trabajo clave para todo laboratorio de calibración de radiofrecuencia y microondas. El 9640A ofrece la funcionalidad y el rendimiento requeridos para modelos de analizadores de espectro de rango medio y de menor rendimiento. Con su rendimiento de ruido de fase bajo superior, el 9640A-LPNX es capaz de calibrar los analizadores de espectro de gama alta.

La serie 9640A realiza más de entre el 80% y el 100% de todas las pruebas requeridas en los analizadores de espectro de alta frecuencia de alto rendimiento. Para cargas de trabajo con requisitos de frecuencia más allá de 4 GHz, se pueden utilizar las fuentes existentes de radiofrecuencia y microondas junto con la serie 9640A para abordar los pocos puntos de prueba restantes que requieren una fuente de frecuencia más alta.

El rendimiento y las funciones de la serie 9640A la convierten también en la opción ideal para otras cargas de trabajo, incluidos los milivoltímetros de radiofrecuencia, medidores de nivel de señal, analizadores de modulación, receptores y contadores o temporizadores.

Algunos paquetes de software de calibración de radiofrecuencia solo son capaces de calibrar unidades bajo prueba de un solo proveedor y también requieren instrumentos de sistemas de un solo proveedor. Con su amplia biblioteca de procedimientos de calibración de RF disponible, el software de calibración MET/CAL no tiene esta limitación.

Niveles de habilidad de operador y oportunidad de errores

La calibración de RF y microondas es compleja, y encontrar personal capacitado puede resultar un desafío. El personal que posee las habilidades y el conocimiento requeridos debe realizar muchas tareas, y liberar su tiempo para enfrentar las tareas donde la utilización de dichas habilidades añade el mayor valor es una consideración importante en el momento de elegir una solución de calibración.

Compatibilidad con procesos, automatización y patrones existentes

Utilice la característica Patrones flexibles del software MET/CAL para automatizar otros instrumentos del sistema. Esta capacidad le permite reemplazar patrones equivalentes dentro de los procedimientos, por tanto no está sujeto a un modelo de referencia específico. La compatibilidad con Patrones flexibles está disponible para los sintetizadores de microondas habituales, incluidos los modelos HP8340, HP83630, Agilent E8254 y E8257, así como otros modelos de Anritsu y Rohde & Schwarz.

Los modelos 9640A están diseñados para satisfacer o superar el rendimiento y las funciones del HP3335A y HP8662/3A en el sistema de calibración. Con la emulación de comandos GPIB HP3335A de serie en ambos modelos 9640A y la emulación HP8662/3A opcional en el 9640A-LPNX, el reemplazo de estos productos populares, aunque obsoletos y difíciles de mantener, es sencilla. La emulación de comandos GPIB de HP8662/3A se instala en 9640A-LPNX de modo que puede “probar antes de comprar" la licencia temporal para probar la compatibilidad de forma rápida y simple.

Simplicidad y costos indirectos

Los sistemas que tienen muchos instrumentos son complejos y su mantenimiento y soporte resulta costoso. La reducción en el número de instrumentos del sistema que se logra con la serie 9640A ofrece muchos beneficios. La metrología resulta considerablemente más simple, con menos fuentes de errores y menos contribuciones de incertidumbre. Los costos de mantenimiento del sistema se reducen dado que hay menos instrumentos que calibrar y mantener.

Portabilidad in situ

Un sistema compacto y más pequeño es ideal para usar in situ, lo que disminuye los costos por concepto de transporte y también permite llevar un sistema a ubicaciones que no resultan adecuadas para un sistema de mayor tamaño.

¿Qué otras aplicaciones de RF pueden beneficiarse de una fuente de señales con mejoras en la precisión y el rendimiento?

Muchas aplicaciones en investigación y desarrollo, pruebas de fabricación, ATE e investigación científica requieren un mejor rendimiento que un generador de señal de propósito general. La fuente de referencia de radiofrecuencia de la serie 9640A y su combinación única de precisión de atenuación y nivel, pureza de señal y fluctuación baja, resolución de frecuencia, intervalo dinámico y modulación de precisión brindan un mejor rendimiento que cualquier generador de señal de alto rendimiento en estas aplicaciones.