Gli apparecchi elettronici che lavorano nella radiofrequenza, primi fra tutti gli smartphone, hanno una potenziale predilezione per ricevere o emettere radiazioni elettromagnetiche da o verso l’ambiente se non sono adeguatamente protetti da involucri isolanti opportunamente testati in tutti gli aspetti. Questo perché alla radiofrequenza la lunghezza d’onda scende sotto il cm e l’energia contenuta in queste radiazioni è particolarmente efficace nell’accoppiarsi con i metalli e i semiconduttori, anche quando sono presenti nell’aria come vapori gassosi. Va per di più considerato che nelle ultime generazioni di telefonia mobile la radiofrequenza sta sempre più sconfinando verso le microonde, nelle quali la lunghezza d’onda si accorcia ulteriormente sotto il mm laddove i problemi di interferenza si ingigantiscono e perciò diventano ancor più essenziali i test preliminari per il collaudo dei prodotti.
Fig. 1 – Basta un laptop per fare test vettoriali sulle reti RF con il Vector Network Analyzer S5048 e il Vector Reflectometer R45 che Copper Mountain Technologies propone anche per chi non è espertissimo
C’è anche un altro motivo di preoccupazione per i costruttori, perché le statistiche dimostrano che la maggioranza dei malfunzionamenti si evidenzia nel primo mese di vita degli smartphone e molti si verificano proprio al momento della prima accensione da parte degli utenti non particolarmente attenti nelle fasi iniziali di utilizzo del proprio smartphone, che sono le più impegnative perché prevalentemente usate per configurare la connettività a radiofrequenza e installare le applicazioni. Ciò significa che sta al costruttore prevenire questi eventi e far in modo che ogni prodotto esca dalla fabbrica soddisfacendo tutti i requisiti di garanzia necessari e sufficienti.
Oggi, tuttavia, non occorrono più grandi e costose piattaforme di test perché ci sono anche comodi e versatili strumenti che offrono molteplici funzionalità di test e collaudo alla radiofrequenza in una forma più compatta e semplice da implementare anche nel caso dell’installazione in linea sulle catene di assemblaggio oppure anche per effettuare collaudi a campione sui prodotti finiti. Maestri nel proporre le tecnologie all’avanguardia nella forma più semplice e rapidamente utilizzabile sono come sempre gli ingegneri statunitensi ed è perciò utile un aggiornamento sulle novità che propongono per i test RF su USB.
Analisi vettoriale su USB
Nella sede di Copper Mountain Technologies i ricercatori progettano strumenti di test e analisi sulle reti di comunicazione in grado di permettere anche a chi non è esperto di valutare la qualità delle connessioni sul campo senza bisogno di portarsi dietro strumenti ingombranti che richiedono competenza e tempo per essere debitamente configurati. Con un laptop, un’interfaccia USB e Windows tutti gli strumenti proposti sono subito in funzione grazie a una fase di calibrazione rapidissima e molto precisa.
Nuovo è il Vector Network Analyzer S5048 a due porte d’ingresso con banda che va da 20 kHz fino a 4,8 GHz, range dinamico di 120 dB e una velocità di misura di 250 µs per acquisizione, mentre la potenza d’uscita può essere regolata da -50 a +5 dBm in modo tale da adattarsi facilmente a eventuali fasi di test successive. Questo strumento può misurare tutti e quattro i parametri S11, S21, S12 e S22 ma è anche disponibile nella versione TR5048 che misura solo S11 ed S21.
Altrettanto nuovo è il Vector Reflectometer Planar R54 che offre una porta di acquisizione per catturare rapidamente e con precisione il parametro S11 nella banda da 85 MHz a 5,4 GHz nonché effettuare misure vettoriali di ampiezza, fase, perdite d’inserzione e DTF (Distance To Fault) con velocità di 200 µs per acquisizione e risoluzione in frequenza di 10 Hz. Entrambi gli strumenti generano grafici lineari o logaritmici e sono compatibili con LabView e Matlab.
Fig. 2 – Il Signal Generator per RF fino a 6 GHz o per microonde fino a 22 GHz e il Digital Attenuator per segnali UWB con banda da 100 MHz a 12 GHz che DS Instruments propone con configurazione e comando tramite porta USB
Non solo RF, ma anche UWB
DS Instruments sviluppa e produce attrezzature di test per le bande della radiofrequenza e delle microonde cercando di offrire il miglior rapporto prezzo/prestazioni possibile. Il generatore di segnali SG6000L permette di programmare le forme d’onda dei segnali di test RF da 25 MHz fino a 6 GHz ed è anche proposto nella versione SG6000LQ con banda che arriva fino ai 22 GHz delle microonde. L’installazione e la configurazione sono molto semplici perché basta una porta USB di un PC mentre le dimensioni di 15,24 x 6,98 x 2,87 cm che comprendono un comodo display OLED che riporta la frequenza di lavoro e i pulsanti per aumentarla o diminuirla ne consentono l’uso in laboratorio, nelle linee di produzione e anche sul campo.
La potenza d’uscita per la versione in RF è regolabile da +6 a +11 dBm ed espandibile in opzione fino a +14 dBm con un rumore di fase contenuto a -80 dBc/Hz mentre nella versione per le microonde è di +6 dBm espandibile a +8 dBm. Fra le recentissime novità USB troviamo anche l’attenuatore digitale DAT64H per i segnali Ultra-Wide Band che offre un’attenuazione programmabile da 0 a 63 dB con risoluzione di 0,5 dB nell’ampia banda che va da 100 MHz fino a 12 GHz. Già disponibile in commercio, nelle dimensioni di 6,98 x 5,08 x 3,14 cm comprende frontalmente anche un display OLED, i connettori UWB e USB e i comandi essenziali.
Fig. 3 – Pesa meno di un etto e mezzo il generatore di segnali vettoriale USB Signal Hound VSG25A e permette di produrre migliaia di forme d’onda tipiche dei sistemi di comunicazione fino a 2,5 GHz
Segnali con modulazione vettoriale
Signal Hound è il nuovo marchio lanciato l’anno scorso da Test Equipment Plus che si dedica dal 1996 alla strumentazione per radiofrequenza e microonde e dispone di una fonderia di semiconduttori propria. In particolare, Signal Hound si dedica agli strumenti compatti, leggeri ed economici che propone ai progettisti di sistemi di comunicazione ma anche ai manutentori e agli installatori. Nuovissimo è il Vector Signal Generator VSG25A che si alimenta e si gestisce tramite l’interfaccia USB e ha un’escursione in frequenza che va da 100 MHz a 2,5 GHz dove 100 MHz è anche la banda di modulazione mentre il rumore di fase tipico è contenuto in -102 dBc.
Questo generatore vettoriale offre 18 modalità di modulazione pre-programmate che comprendono i protocolli ASK, FSK, PSK, MSK e QAM con velocità da 4k a 45M simboli al secondo, nonché la possibilità di creare arbitrariamente qualsiasi forma d’onda come sequenze in regime impulsato con impulsi larghi da 6 ns a 25 ms e periodo che va da 12 ns a 1s, segnali multi-tono con fino a 1023 tonalità di frequenza oppure le figure tipiche del rumore elettromagnetico. La risoluzione dei segnali nella bandabase che va da 54 kHz a 180 MHz è di 12 bit ma si possono disegnare le forme d’onda dei segnali anche con il pattern buffer da 4096×16 bit che incorpora alcuni filtri tipici per le forme d’onda gaussiane o per il rumore bianco. La potenza d’uscita è regolabile da -40 a +10 dBm mentre lo strumento misura 13,97 x 5,71 x 2,54 cm e pesa 141,7 grammi.
Fig. 4 – I due RF Signal Source con banda da 25 MHz fino a 3 o a 6 GHz che Spartant propone in dimensioni palmari con a bordo le interfacce USB ed RS232
Palmari e con USB ed RS232
Spartant è il brand dedicato agli strumenti di test da 3dea Technologies, una società di ingegneria fondata nel 2012 per concepire e progettare ex-novo soluzioni per le comunicazioni di cui poi segue lo sviluppo fino alla produzione e all’installazione. Gli ingegneri 3dea possono occuparsi di schede stampate multi livello, App per smartphone, software embedded, connessioni machine-to-machine, impianti di stazioni cellulari, interfacce, alimentatori e ogni genere di prototipo e perciò hanno deciso di realizzare in proprio gli strumenti portatili Spartant caratterizzati dalla comodità d’uso e dalla semplicità di configurazione che può essere fatta con un qualsiasi PC via USB. Nell’offerta Spartant troviamo generatori di segnali, misuratori di potenza, attenuatori programmabili e interruttori tutti dedicati alla radiofrequenza.
Recentemente sono stati introdotti in commercio due RF Signal Source USB palmari proposti con banda che va da 25 MHz a 3 GHz oppure da 25 MHz a 6 GHz. Entrambi hanno dimensioni di 10,26 x 7,16 x 2,28 cm e ospitano due connettori RF SMA, una porta RS232 e una USB che si può anche usare per l’alimentazione ma in dotazione c’è anche un alimentatore/trasformatore che accetta da 6 a 30 Vdc. La risoluzione in frequenza è di 1 Hz con rumore di fase contenuto in -106 dBc mentre la potenza d’uscita massima è di +13 dBm. In entrambi c’è anche un preciso riferimento interno da 40 MHz con oscillatore TCXO che lo stabilizza da -20 a +70 °C e per entrambi il tempo di accensione e auto calibrazione è di 1,25 sec.
Fig. 5 – I moduli USB Vaunix per i test fino a 20 GHz sono semplici da configurare e si possono usare in linea di produzione, in laboratorio oppure sul campo nelle varie fasi di manutenzione
Mattoni laboratorio per test RF
Vaunix Technology ha sviluppato la tecnologia che incorpora nei piccoli moduli Lab Bricks, utilizzabili per i test sui sistemi a radiofrequenza o alle microonde. Per configurarli basta un laptop con una porta USB e una semplice GUI e si adattano con versatilità alle misure in linea sulle catene di produzione, nei laboratori di sviluppo oppure sul campo nelle fasi di manutenzione in tutti i settori dalle comunicazioni al consumer e dall’aerospaziale al militare.
I Lab Brick Signal Generator producono un’ampia gamma di segnali di test da 20 MHz fino a 6 GHz nella versione LSG oppure da 0,5 a 20 GHz nella versione LMS che ha una risoluzione di 100 Hz, mentre i Lab Brick Digital Attenuator LDA offrono un’attenuazione programmabile fino a 63 dB o fino a 120 dB con banda fino a 1, 3 o 6 GHz indifferentemente a 50 o a 75 Ohm e possono essere usati anche in parallelo nelle applicazioni con canali multipli. La serie LSW dei Lab Brick RF Switch ha una potenza massima di 10 W nelle due versioni disponibili SPDT e SP4T (Single Pole Double/Four Throw) programmabili in frequenza da 0,1 a 6 GHz mentre i Phase Shifter LPS consentono di agganciare e spostare la fase dei segnali nell’intero angolo di 360° con risoluzione di 1 grado. Infine, l’USB Hub LPH a quattro porte alimenta fino a quattro Lab Brick con 5 Vdc e 1 A nei test in laboratorio o sul campo.