¿Qué es un Analizador de Redes?
Un analizador de redes (Network Analyzer en inglés) es un dispositivo utilizado para caracterizar las propiedades de una red en un dispositivo bajo prueba (DUT, Device Under Test).
En particular, el analizador de redes puede medir la atenuación y la impedancia de la señal que ingresa al DUT. Es especialmente útil para evaluar las características de alta frecuencia de componentes electrónicos y tiene una amplia gama de aplicaciones, incluyendo dispositivos de transmisión.
La salida del analizador de redes se representa mediante parámetros S (parámetros de dispersión). Los parámetros S incluyen magnitudes físicas como la reflexión directa (S11), la transmisión directa (S21), la transmisión inversa (S12) y la reflexión inversa (S22). Estos parámetros proporcionan información sobre cómo se comporta la señal en la red y son fundamentales para analizar y caracterizar el rendimiento de los dispositivos y sistemas.
Usos de los Analizadores de Redes
Los analizadores de redes se clasifican en dos categorías principales: los analizadores de redes escalares y los analizadores de redes vectoriales (VNA). Los analizadores de redes vectoriales (VNA) son especialmente versátiles, ya que proporcionan información tanto de amplitud como de fase, lo que amplía su campo de aplicación.
Los analizadores de redes son ampliamente utilizados en el desarrollo de circuitos de adaptación para amplificadores de alta frecuencia, aprovechando sus ventajas en aplicaciones de alta frecuencia. En este contexto, el diseño se basa en los precisos parámetros S del amplificador, la antena y el filtro, respectivamente.
Además, los analizadores de redes también se emplean frecuentemente para evaluar la adaptación de impedancias. El desajuste de impedancias en las líneas de transmisión de cada dispositivo o cable en una red de circuitos que maneja altas frecuencias puede resultar en pérdidas de potencia y distorsión de la señal. Por lo tanto, los analizadores de redes son útiles para detectar y evaluar estos desajustes de impedancias, permitiendo mejorar la eficiencia y calidad de la transmisión de señales en dichos sistemas.
Principios de los Analizadores de Redes
Un analizador de redes está equipado con una fuente de señal, un separador de señal, un acoplador direccional y al menos tres receptores.
- Fuente de señal
La fuente de señal se encarga de suministrar señales al sistema y la proporciona un sintetizador. - Separador de señales
El separador de señales utiliza un divisor de resistencias para dividir la señal de entrada en señales de circuito y receptores (señal de referencia R). - Acoplador direccional
El acoplador direccional separa la onda de entrada de la onda reflejada, que se mide en el receptor (señal de referencia A).
La salida del DUT se mide en un tercer receptor (señal de transmisión B). La evaluación se realiza comparando las señales, por ejemplo, S11 se define por A/R y S21 por B/R.
La elevada precisión de medida del analizador de redes también se garantiza mediante una calibración precisa. La calibración se realiza utilizando patrones con características conocidas. Un método de calibración muy utilizado es el método SOLT, en el que un patrón de cortocircuito, circuito abierto o carga de adaptación se acopla a un plano de referencia en una conexión directa (pasante).
La medición es muy precisa, por lo que hay que tener cuidado para evitar errores de medición en varios aspectos, como el par de apriete del conector, la temperatura ambiente, la señal de entrada y la estabilidad del cable, etc.
Más Información sobre los Analizadores de Redes
1. Conocimientos Básicos sobre los Analizadores de Redes
Existen dos tipos de analizadores de redes: los analizadores de redes vectoriales (VNA, por sus siglas en inglés) y los analizadores de redes escalares. Sin embargo, los analizadores de redes vectoriales son los más utilizados en la actualidad.
Los analizadores de redes utilizan parámetros S (parámetros de dispersión) para medir los cambios de amplitud en las mediciones de transmisión y reflexión. Estos parámetros también se conocen como matrices S y se define un sistema de numeración para ellos. El esquema de numeración es “Sij, donde i es el puerto de salida y j es el puerto de entrada”. Por ejemplo, S11 representa una medición de una señal incidente en el puerto 1 que se transmite al puerto 1, mientras que S12 significa una medición de una señal incidente en el puerto 2 que se transmite al puerto 1.
Los parámetros S se pueden medir utilizando un analizador de redes vectoriales. Sin embargo, antes de realizar las mediciones, es necesario calibrar el VNA utilizando diferentes métodos de calibración.
El método básico de calibración de un VNA implica el uso de tres instrumentos de calibración estándar. Entre los métodos de calibración más comunes se encuentran el método SOLT (Short-Open-Load-Thru), el método UnKnown Thru y el método TRL (Thru-Reflect-Line), tal como se mencionó anteriormente. Estos métodos permiten obtener mediciones precisas y confiables con el VNA.
2. Sobre la Medición de la Impedancia
La impedancia es un parámetro importante utilizado en la caracterización de circuitos electrónicos, componentes electrónicos y materiales electrónicos, y es la cantidad de corriente alterna que interrumpe un circuito u otro dispositivo a algunas frecuencias. Existen varios tipos de métodos de medición de la impedancia, cada uno con sus propias ventajas e inconvenientes.
El método de medición debe seleccionarse teniendo en cuenta el rango de frecuencias necesario para la medición y las condiciones de medición del rango de medición de la impedancia. Los métodos de medición incluyen el método de puente, el método de resonancia, el método I-V, el método de análisis de red, el método de análisis de red en el dominio del tiempo y el método de puente equilibrado automático.
El método del puente se describe a modo de ejemplo. Las ventajas del método del puente son su gran precisión (en torno al 0,1%), su capacidad para cubrir una amplia gama de frecuencias con múltiples instrumentos de medición y su bajo coste. Por otro lado, las desventajas son que requiere una operación de equilibrado y que una sola unidad sólo puede cubrir un estrecho rango de frecuencias. La gama de frecuencias de medición del método del puente es aproximadamente de hasta 300 MHz CC.
3. Tendencias en la Extensión de Frecuencia
La máxima extensión de frecuencia de los analizadores de redes se extiende ahora hasta la banda sub-THz (220 GHz). Esto se debe a que se prevé que la próxima generación de estándares de comunicación, 6G, utilizará con toda probabilidad la banda de 140 GHz, conocida como banda D.
Sin embargo, la banda sub-THz es susceptible a errores de longitud eléctrica y elementos parásitos debido a su alta frecuencia, lo que hace que la precisión total de calibración, incluyendo sondas y cables de RF, sea extremadamente importante.
En realidad, el rango de frecuencias que puede calibrarse de una sola vez suele ser limitado, y los fabricantes compiten por desarrollar instrumentos de medida fáciles de usar, incluyendo el manejo de datos entre calibraciones y la adición de extensores de frecuencia dedicados a la banda de ondas milimétricas.
4. Adición de Funciones de Evaluación de Potencia Modulada
Los analizadores de redes se utilizan generalmente para evaluar la impedancia de los DUT y los parámetros S, que son evaluaciones de pequeña señal, pero recientemente el análisis de modulación y la evaluación de gran señal y el análisis de evaluación de pequeña señal se realizan a menudo como un conjunto. En el futuro, los analizadores de redes se utilizarán como una herramienta sencilla y fácil de usar para el análisis de modulación.
En el futuro, los analizadores de redes se utilizarán no sólo para la evaluación de impedancias y parámetros S, sino también para la evaluación de conmutadores, filtros, amplificadores de alta frecuencia (RF), amplificadores de bajo ruido (LNA) y otros frontales de RF, incluido el análisis de grandes señales y modulación.