Tutte le sfide delle onde millimetriche

Quando ci si avventura nella banda di frequenza a onde millimetriche, è facile sottovalutare le sfide che si presentano nelle fasi di progettazione, simulazione, misura e analisi. Rispetto ai segnali in banda base, Rf o microonde, quelli a 30 GHz, 300 GHz o 1 THz si comportano in modo diverso. Ad esempio, segnali alle rispettive lunghezze d’onda di 10, 1 o 0,3 millimetri sono soggetti a sostanziali perdite di propagazione, specialmente alle frequenze di risonanza delle molecole di ossigeno, acqua e biossido di carbonio. Le sfide che ne derivano rendono anche difficile produrre energia, e diventa sempre più impegnativo effettuare misure calibrate e ottenere risultati attendibili. Gli ingegneri che affrontano tali difficoltà si affidano a produttori di apparecchiature di test per ridurre i loro sforzi grazie alla creazione di strumenti che diano loro un più facile accesso a misure accurate e ripetibili a frequenze sempre più elevate e larghezze di banda più ampie. Permettere ai pionieri di raggiungere i più elevati obiettivi è parte dell’eredità di Keysight Technologies; i prodotti recentemente introdotti stanno aiutando gli sviluppatori ad avere successo fino a 110 GHz e oltre. Oggi Keysight è l’innovatore nel settore della commercializzazione di strumenti per la simulazione, test e analisi a frequenze a onde millimetriche.

Lavorare all’intersezione della tecnologia e della domanda

La tecnologia a onde millimetriche è stata in uso per decenni, principalmente in applicazioni aerospaziali, di difesa e di backhaul, in cui i benefici giustificano gli alti costi di sviluppo, produzione e supporto. Negli ultimi anni, i progressi nella fabbricazione di dispositivi a onde millimetriche stanno spingendo verso il basso il costo di oggetti in banda Ehf (Extremely high frequency), rendendoli più accessibili per applicazioni commerciali e consumer. Ad esempio, gli sviluppatori di tecnologia Cmos hanno prodotto dispositivi con fT superiore a 500 GHz, e alcuni stanno lavorando per spingere questa tecnologia economicamente conveniente nella gamma dei 1,0-1,5 THz. Keysight dal canto suo ha perseguito un’innovativa ricerca e sviluppo di componenti in banda Ehf. Le sue capacità in-house nella tecnologia dei semiconduttori a microonde hanno permesso lo sviluppo di un processo di nuova generazione a fosfuro di indio (InP) che supporta frequenze di commutazione dei transistor superiori ai 300 GHz. Questo sta aprendo larghezze di banda superiori per i circuiti integrati e per prodotti come un oscilloscopio di imminente introduzione, che rappresenterà l’avanguardia nelle macchine real-time e a campionamento.

Estendere l’analisi dei segnali alle onde millimetriche

Lo sviluppo di strumenti off-the-shelf per frequenze estremamente elevate richiede la comprovata miscela di scienza delle misure e competenza sulle onde millimetriche di Keysight. L’analizzatore di segnali N9041B UXA Series X esemplifica il know-how unico dell’azienda, fornendo una copertura di frequenza continua da 3 Hz a 110 GHz single sweep. La banda passante istantanea completamente integrata è di 1 GHz, e una uscita IF supporta una larghezza di banda d’analisi massima di 5 GHz quando collegata ad un oscilloscopio Keysight esterno. Per coloro che si stanno occupando di segnali elusivi, la funzionalità opzionale di analisi dello spettro in tempo reale offre una larghezza di banda massima di 250 MHz. Nell’analizzatore di segnali UXA, l’avanzata circuiteria del front-end consente un mixing efficiente e a basse perdite, fornendo un livello di rumore medio visualizzato (Danl) a partire da -150 dBm /Hz nella caratterizzazione di segnali a banda larga modulata nella banda a onde millimetriche. Per evitare compromessi, l’analizzatore è dotato di due connettori di ingresso. Un connettore di ingresso robusto ed economico da 2,4 mm per misurazioni fino a 50 GHz, e sul connettore in ingresso dedicato a 1,0 mm progettato per specifiche tolleranze atte a garantire scansioni continue e misure affidabili fino a 110 GHz. Grazie a queste funzionalità, il nuovo UXA è il fiore all’occhiello tra gli analizzatori di segnali X-Series di Keysight. Ciascun analizzatore della Serie X offre la funzionalità multitouch simile a quella di un tablet o smartphone attraverso un ampio display da 14,2 pollici di diagonale nei modelli UXA e da 10,6 pollici per i PXA, MXA, EXA e CXA. Le impostazioni di misura e i marker sono facilmente controllabili utilizzando gesti familiari come un singolo o doppio clic per selezionare un parametro o espandere una finestra; trascinare e pizzicare per ingrandire o scalare un display; utilizzare un press-and-hold per accedere a contenuti selezionati sensibili al contesto. Un solo tocco sul pannello del menu a display, sulla barra di misurazione, sulle annotazioni o nella finestra drop-down consente di accedere direttamente ai principali parametri, sia che si tratti di semplice analisi dello spettro o di demodulazione digitale complessa (Fig. 1). In generale, ci vogliono non più di due tocchi per completare la maggior parte delle operazioni. Questo consente una rapida navigazione nelle funzionalità di visualizzazione e nelle funzioni di analisi, senza abbandonare la sensazione naturale che si ha con un analizzatore tradizionale quando si effettuano misure di spettro di base. Questo tipo di prestazioni facilmente accessibili avvicina l’utente alle risposte che cerca, rendendo più facile e veloce collegare causa ed effetto.

Consentire un’analisi più approfondita di segnali complessi

La stretta integrazione tra l’analizzatore e le applicazioni software di Keysight rende l’analisi avanzata e le nuove scoperte letteralmente a portata di mano dell’utente. Le applicazioni della Serie X offrono misure affidabili pronte all’uso per l’analisi dei segnali. Fondandosi sulla teoria della misura e producendo risultati ripetibili, le applicazioni rendono le prestazioni dei dispositivi ei progetti facili da osservare e analizzare.  Il software 89600 VSA di Keysight è un set completo di strumenti per la demodulazione e l’analisi vettoriale dei segnali. Per aiutare a individuare la causa principale dei problemi nei segnali, il software 89600 VSA offre anche funzionalità di registrazione / riproduzione che consentono un’analisi dettagliata in post-elaborazione con triggering avanzati e post-acquisizione delle misure con tune-and-zoom. Questi strumenti consentono agli sviluppatori di esplorare virtualmente ogni aspetto di un segnale e ottimizzare i loro progetti più avanzati.

Costruiti su una storia di leadership

Anche se la tecnologia a onde millimetriche ha solo recentemente iniziato ad apparire in applicazioni commerciali, Keysight ha spostato in avanti la curva di apprendimento per decenni. I suoi primi prodotti in bande gigahertz risalgono al 1967 come l’introduzione dell’analizzatore di rete HP 8410, che misurava fino a 12 GHz e calcolava i parametri S. Le prime apparecchiature a onde millimetriche di Keysight sono apparse alla fine degli anni ‘80 con i generatori di segnali che hanno raggiunto oltre i 26,5 GHz (con upconverter) e analizzatori di rete a banda larga da 45 MHz a 100 GHz. Da allora, introduzioni chiave sono state gli analizzatori di rete PNA a 67 GHz e gli analizzatori di spettro combinati palmari FieldFox a 50 GHz. Altri esempi includono l’86100D Infiniium DCA-X, un oscilloscopio a larga banda fino a 90 GHz; l’E7760A, un ricetrasmettitore a 68 GHz a banda larga; i PNA-X, analizzatori di rete a microonde a 67 GHz, estendibili a 1,1 THz; l’E8257D PSG, un generatore di segnale analogico, estendibile da 67 GHz a 1,1 THz; gli oscilloscopi Infiniium Series Z a 63 GHz; l’M9393A, un analizzatore vettoriale PXIe a 50 GHz. Keysight ha recentemente presentato anche il nuovo UXA N9041B. Attraverso l’uso di prodotti frequence-extender di due aziende partner, Virginia Diode e Oml, molti generatori di segnali, analizzatori di spettro e analizzatori di rete di Keysight sono in grado di coprire le frequenze tra i 50 GHz e 1,5 THz. Come esempio, una soluzione recentemente distribuita comprende capacità di analisi di spettro fino a 1,5 THz. I prodotti software sviluppati da Keysight indirizzano le necessità di integrare progettazione, simulazione, misura e analisi a frequenze di onde millimetriche. Soluzioni software per la progettazione e la simulazione consentono un flusso di lavoro efficiente, che accelera lo sviluppo di dispositivi e sistemi di nuova generazione. La suite Keysight EEsof Eda comprende invece simulatori di circuiti, solutori elettromagnetici e soluzioni per la modellazione di dispositivi che aiutano i progettisti a migliorare il proprio lavoro dal primo progetto fino al primo prototipo. Infatti, anche il team R&D dell’N9041B ha utilizzato il software Keysight Advanced Design System per ottenere i progetti dei filtri a onde millimetriche utilizzati nel front-end dell’analizzatore.

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