Il collaudo degli amplificatori di potenza

STRUMENTAZIONE –

Sono diverse le problematiche che i tecnici devono affrontare nei sistemi di collaudo degli amplificatori di potenza e degli stadi di ingresso relativi alla generazione dei segnali a radiofrequenza. Un generatore di segnali vettoriali modulare Pxi può aiutare a velocizzare il processo di collaudo.

Le principali difficoltà che un tecnico responsabile del collaudo degli amplificatori di potenza deve affrontare includono la necessità di regolare rapidamente il livello di potenza all’ingresso del dispositivo in prova  e di valutare la qualità della modulazione (con parametri quali ACPR ed EVM) con un livello di uscita elevato del generatore di segnali vettoriali. I tipici moduli amplificatori di potenza richiedono una potenza in ingresso compresa tra 0 e + 5 dBm e un segnale modulato digitalmente secondo i più diffusi standard di comunicazione, come Wcdma o Lte. Le specifiche tecniche delle prestazioni degli amplificatori di potenza o dei moduli di ingresso sono normalmente definite in corrispondenza di un determinato livello di uscita del dispositivo in prova. Se il dispositivo ha delle piccole variazioni del guadagno, potrebbe essere necessario regolare il livello di potenza del generatore di segnali vettoriali per correggere il livello di uscita del dispositivo in prova. Solamente dopo che il livello di uscita del dispositivo in prova ha raggiunto il livello corretto è possibile verificare se le sue prestazioni rientrano nei limiti ammessi. Il tempo necessario per regolare il generatore di segnali vettoriali, affinché la potenza di uscita del dispositivo in prova assuma il valore corretto, contribuisce in modo significativo a determinare il tempo complessivo necessario per completare il collaudo e, di conseguenza, al suo costo.
Il generatore di segnali vettoriali viene collegato al dispositivo in prova mediante cavi e commutatori. Il sistema di commutazione può essere sfruttato per collaudare moduli multibanda o per effettuare collaudi su più dispositivi in parallelo. La complessità del sistema di commutazione dipende dal numero di bande supportate dal dispositivo e dal numero di componenti in parallelo supportati dal sistema di collaudo. I dispositivi in prova sono solitamente inseriti nell’attrezzatura di collaudo utilizzando un manipolatore automatico. In alcuni casi, è necessario utilizzare cavi lunghi un metro o più per collegare il generatore di segnali vettoriali all’ingresso del dispositivo in prova.
La combinazione dei cavi di collegamento a radiofrequenza e della rete di commutazione può aggiungere diversi dB di perdita tra l’uscita del generatore di segnali vettoriali e l’ingresso del dispositivo in prova, pertanto è richiesto un livello di uscita superiore al generatore di segnali vettoriali. Poiché i collaudi vengono eseguiti usando un segnale modulato, il generatore di segnali vettoriali deve anche garantire prestazioni di modulazione adeguate anche a potenza di uscita elevate.

Ridurre il tempo di collaudo
I nuovi generatori di segnali vettoriali sono progettati per ridurre il tempo di collaudo complessivo, nel caso del nuovo generatore Pxi di Agilent (M9381A) attraverso un innovativo e sofisticato metodo di sintonia che riduce il tempo complessivo di commutazione, garantendo al contempo un’eccellente linearità e ripetibilità, che riduce il numero di iterazioni necessarie per portare la potenza di uscita del dispositivo in prova al livello desiderato. Il generatore di segnali vettoriali di Agilent offre anche una qualità di modulazione elevata, così da poter pilotare direttamente gli amplificatori senza dover inserire ulteriori sistemi di amplificazione esterna. Diversi altri generatori di segnali vettoriali offrono la possibilità di commutare ampiezza e frequenza in meno di 1 ms quando vengono utilizzati in modalità lista. Ciononostante, poiché il livello di uscita del generatore di segnali vettoriali non può essere predeterminato per ciascun collaudo da eseguire, la modalità lista non può essere sfruttata per collaudare gli amplificatori di potenza. Molti altri generatori di segnali vettoriali necessitano di un tempo di commutazione decisamente più lungo quando vengono controllati mediante un normale meccanismo di programmazione. In molti casi, il tempo di commutazione è un fattore critico e questa soluzione offre il tempo di commutazione più rapido sul mercato, pari a 250 μs tramite una normale interfaccia di programmazione e pari a 10 μs in modalità lista, il tutto grazie a un’innovativa metodologia di sintonia della potenza in banda base e dello scostamento di frequenza. Con oltre 160 MHz di larghezza di banda a disposizione, lo scostamento della frequenza in banda base può essere programmato a qualunque valore. Ad esempio, l’utilizzo di una larghezza di banda di 160 MHz permette di impostare uno scostamento della frequenza in banda base di +/-80 MHz. Lo scostamento della potenza in banda base può essere impostato a 20 dB al di sotto del livello di potenza RF programmato, pur mantenendo le prestazioni di elevata qualità di modulazione richieste. Per sfruttare queste caratteristiche nel collaudo di amplificatori di potenza, è possibile impostare la frequenza RF al centro della banda che si intende verificare e il livello di potenza RF al massimo di quanto richiesto per tutte le procedure di collaudo. Così facendo, è possibile regolare la frequenza in banda base per eseguire le prove alle varie frequenze di misura richieste all’interno della banda di funzionamento ed è possibile regolare la potenza del segnale in banda base per fare in modo che il livello di potenza in uscita dal dispositivo in prova assuma il valore desiderato. La migliore linearità, ripetibilità e risoluzione riducono ulteriormente il tempo di collaudo permettendo di far convergere l’anello di reazione che regola la potenza in un numero inferiore di passi. Dopo che il livello di uscita del dispositivo in prova è stato misurato dall’analizzatore di segnali, viene calcolato il nuovo valore della potenza di uscita del generatore di segnali vettoriali basandosi sulla differenza tra la potenza misurata e il valore di potenza desiderato. Infine, le impostazioni del generatore di segnali vettoriale vengono variate della quantità necessaria affinché la potenza di uscita del dispositivo in prova raggiunga il valore corretto.

Elevata qualità di modulazione
Inoltre, il generatore M9381A offre un’elevata qualità di modulazione, in particolare a potenze di uscita elevate. In molti casi, è necessario generare segnali anche a + 15 dBm per compensare le perdite tra il generatore di segnali vettoriali e l’ingresso del dispositivo in prova. Il generatore M9381A è caratterizzato da un eccellente valore del rapporto di potenza nel canale adiacente a livelli di uscita elevati. A + 10 dBm, non vi è praticamente alcun degrado del parametro ACPR (Adjacent Channel Power Ratio), che anche a + 15 dBm mantiene un valore che sfiora i 60 dBc.
Il generatore M9381A può essere usato con il software per la creazione di segnali Signal Studio di Agilent. I suoi segnali di riferimento ottimizzati per offrire le migliori prestazioni e migliorano le attività di caratterizzazione e verifica dei dispositivi. I segnali di riferimento disponibili comprendono quelli dei più comuni standard wireless come Lte, Wcdma e 802.11ac. In sintesi, l’utilizzo di un generatore di segnali vettoriali Pxi come il modello M9381A permette di commutare rapidamente frequenza e ampiezza, nonché di garantire buona linearità e ripetibilità dei segnali; tutti fattori che migliorano la velocità delle prove e l’efficacia del collaudo. Inoltre, se si deve lavorare con livelli di potenza particolarmente elevati, si ottiene il vantaggio di mantenere un’elevata qualità del segnale di uscita modulato.

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