Innovaciones en instrumentos para pruebas de onda milimétrica

En esencia, el PXI VST combina un analizador vectorial de señales de banda ancha, un generador vectorial de señales, una interfaz digital de alta velocidad y un potente FPGA en un solo instrumento PXI. El PXIe-5842 VST de NI puede ampliar la arquitectura VST con innovaciones enfocadas en abordar la creciente complejidad e incertidumbre de los estándares, protocolos y tecnologías inalámbricos en frecuencias de onda milimétrica.

^{Figura 1: PXIe-5842 VST con vista detallada de extensión de frecuencia de 54 GHz}

El PXIe-5842 VST consta del módulo PXIe-5842 y el sintetizador de oscilador local dual (LO) NI PXIe-5655 requerido. Al ocupar solo cuatro ranuras PXI Express, el PXIe-5842 proporciona una cobertura continua de frecuencia de 30 MHz a 26,5 GHz y hasta 4 GHz de ancho de banda de RF instantáneo con un excelente rendimiento de RF.

Para el PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz, se incluye un segundo sintetizador dual LO PXIe-5655 para proporcionar dos LO independientes adicionales para los dos puertos RF bidireccionales en el módulo de medición remota NI RMM-5585. Se añade un conmutador de puerto RF NI PXIe-5563 para proporcionar conexiones hacia y desde ambos puertos DUT de onda milimétrica y puertos DUT de IF. En total, la configuración de onda milimétrica ocupa seis ranuras PXI e incluye la adición del módulo de medición remota RMM-5585.

Con la adición del módulo de medición remota RMM-5585, el PXIe-5842 puede extender la cobertura de frecuencia hasta 54 GHz con hasta 2 GHz de ancho de banda instantáneo de RF. El RMM-5585 proporciona conversión de frecuencia hacia y desde frecuencias de onda milimétrica y está conectado al subsistema IF basado en PXI. Esta arquitectura permite que la interfaz de onda milimétrica permanezca lo más cerca posible del DUT, lo cual es crucial ya que las pérdidas en frecuencias intermedias pueden ser significativamente menores que las de onda milimétrica. Cambiar los requisitos de suministro de energía a las frecuencias más bajas significa más energía donde importa: en los puertos de pruebas de onda milimétrica.

Esta arquitectura también permite operaciones de transmisión y recepción simultáneas utilizando un solo RMM-5585 además de sintonización de frecuencia independiente, lo que permite muchas configuraciones de pruebas diferentes en un solo instrumento. En la Figura 2 se muestra un diagrama de bloques.

^{Figura 2: PXIe-5842 con diagrama de bloques de extensión de frecuencia de 54 GHz}

Un beneficio adicional de esta arquitectura es la capacidad de retirar el módulo de medición remota según sea necesario. El sintetizador dual LO PXIe-5655 adicional, el conmutador de puerto RF PXIe-5563 y el módulo de medición remota RMM-5585 pueden retirarse para acceder a todas las características y capacidades del PXIe-5842 estándar, incluida la potencia de salida mejorada, la menor densidad de ruido promedio, el rendimiento EVM mejorado y la capacidad de generar y analizar las formas de onda con ancho de banda instantáneo de hasta 4 GHz. Asimismo, los usuarios existentes del PXIe-5842 pueden actualizar a la configuración de onda milimérica, obteniendo capacidades de onda milimérica sin necesidad de instrumentación adicional. Todas estas características se combinan para proporcionar una amplia gama de capacidades de prueba y medición de RF a través de un único instrumento y plataforma.

^{​Tabla 1: Especificaciones del PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz}

El PXIe-5842 ofrece una amplia gama de características que simplifican las configuraciones de prueba de onda milimétrica, permiten una mayor versatilidad en la cobertura de pruebas y proporcionan mediciones RF de alto rendimiento en un único instrumento PXI perfectamente sincronizado.

En esta sección, se describen características como la amplia cobertura de frecuencia, cobertura multibanda con puertos de prueba IF y onda milimétrica (RF), rendimiento en medición de magnitud de vector de error, sincronización coherente de fase e integración multiinstrumento con la plataforma PXI.

​Cobertura de amplia frecuencia

​Las asignaciones del espectro radioeléctrico cambian constantemente, reservándose diferentes bandas para inalámbricos, celulares, comunicaciones satelitales, navegación y radioastronomía. Es fundamental garantizar la cobertura de frecuencia necesaria para desarrollar las aplicaciones de onda milimétrica del mañana.

Con una cobertura de frecuencia de hasta 54 GHz, el PXIe-5842 ofrece cobertura completa del espectro para WLAN, UWB, 5G FR-1 y, lo que es crucial, todas las bandas de frecuencia 5G FR-2 (24,25 GHz a 52,6 GHz), lo que significa que solo se necesita un instrumento para pruebas en todos estos estándares. La cobertura de alta frecuencia también permite usar el PXIe-5842 en diversas aplicaciones aeroespaciales y de defensa desde UHF hasta las bandas K y V. Las aplicaciones incluyen simulación de objetivos radar, monitoreo de espectro en guerra electrónica y comunicaciones satelitales, y pruebas paramétricas de componentes de arreglos escaneados electrónicamente (ESA) usados comúnmente en sistemas de radar y comunicaciones satelitales.

​Figura 3: Aplicaciones comerciales que abarcan el espectro de RF y la proliferación de SATCOM

​Anteriormente, se necesitaban dos VST para cubrir todo el espectro desde baja frecuencia hasta onda milimétrica. El PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz puede consolidar la cobertura en un único instrumento, aumentando la frecuencia máxima de 44 GHz a 54 GHz e incluyendo cobertura para WLAN sub-6 GHz, celular, IoT y otras bandas de frecuencia con el mismo instrumento. La menor complejidad de la instrumentación significa que usted puede crear un solo banco de pruebas capaz de optimizar el desarrollo de RFIC de onda milimétrica, lo que permite que coexistan múltiples aplicaciones y bandas de frecuencia diferentes.

​Cobertura multibanda con puertos de prueba IF y de onda milimétrica (RF)

Los RFICs de onda milimétrica amplían las cadenas de señales de RF de los diseños de hoy en día con pasos adicionales para conversión de frecuencia, beamforming y radiación de arreglo en fase. Un enfoque de pruebas ideal debe poder asignarse a estos puntos de prueba con suficiente flexibilidad para adaptarse conforme evolucionan los diseños y los requisitos y ser capaz de crecer en cuestión de velocidad y costos para satisfacer las demandas de volumen.

​^{Figura 4: Configuración de prueba bidireccional de RF a RF con un módulo de medidas remotas}

Para proporcionar flexibilidad que se adapte a los requisitos variables en cada etapa de la cadena de señal, el VST PXIe-5842 incluye puertos de prueba bidireccionales para frecuencias intermedias (IF) y de onda milimétrica (RF). Los puertos de pruebas bidireccionales eliminan la necesidad de acondicionamiento y conmutación de señales adicionales fuera del instrumento y mejoran aún más la calidad de la medida, reduciendo la complejidad general del sistema.

^{​Figura 5: Configuración de prueba bidireccional de RF a IF con un módulo de medidas remotas}

El PXIe-5842 incluye dos puertos de pruebas IF que se pueden usar de forma independiente o en conjunto con el módulo de medidas remotas de onda milimétrica. Estos puertos ofrecen cobertura de frecuencia de 30 MHz a 26,5 GHz y proporcionan una interfaz directa para dispositivos multifrecuencia como convertidores ascendentes/descendentes de frecuencia o circuitos integrados formadores de haz con conversión integrada de frecuencia. Estos puertos permiten al PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz interactuar con dispositivos multibanda sin necesidad de instrumentación adicional o acondicionamiento externo de señales.

Hasta 2 GHz de ancho de banda instantáneo para la onda milimétrica

Desde tecnologías inalámbricas de próxima generación como 5G NR y 802.11be/bn (Wi-Fi 7/8) hasta aplicaciones aeroespaciales y de defensa avanzadas como pruebas de radar y monitoreo de espectro, la demanda de un ancho de banda de señal más amplio para alcanzar mayores velocidades pico de datos está creciendo. Aprovechando convertidores digital a analógico (DAC) y analógico a digital (ADC) de alta linealidad y muestreo rápido, además de mecanismos de calibración interna de banda ancha, el PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz ofrece 2 GHz de ancho de banda instantáneo de RF con excelente precisión de medición.

Con esta capacidad, puede implementar eficazmente el PXIe-5842 para aplicaciones exigentes como simulación de objetivos de radar, agregación multicanal, implementaciones de algoritmos de predistorsión digital (DPD), investigación y prototipado 5G, y análisis de espectro en tiempo real. Además, los VST PXI integran algoritmos patentados para corrección de amplitud y fase, que logran alta precisión absoluta de amplitud y baja desviación de fase lineal a lo largo de su amplio ancho de banda instantáneo.

​Rendimiento de medidas de la magnitud del vector de error

Los VST PXI emplean técnicas avanzadas y patentadas de calibración IQ para ofrecer un rendimiento de magnitud del vector de error (EVM) líder en la industria para señales de banda ancha. Un componente crítico de los dispositivos inalámbricos de la próxima generación son los requisitos de rendimiento de EVM aún más estrictos en anchos de banda cada vez mayores. Con esquemas de modulación de orden superior y configuraciones de señal de múltiples dispositivos de banda ancha, los frentes de RF de los actuales dispositivos inalámbricos requieren una mejor linealidad y ruido de fase para brindar el rendimiento de modulación requerido. En consecuencia, la instrumentación para la prueba de dispositivos inalámbricos debe ofrecer un rendimiento de RF aún más preciso. El PXIe-5842 ofrece el mejor rendimiento EVM de su clase para esquemas de modulación de orden superior como 5G NR.

​Tabla 2: PXIe-5842 con EVM medido de extensión de frecuencia de 54 GHz

​Sincronización de fase coherente

La arquitectura modular del PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz y la plataforma PXI en conjunto proporcionan capacidades de sincronización y escalado para mediciones multicanal que requieren coherencia de fase. Puede lograr una sincronización de sub-nanosegundos entre dos VST listos para usar para aplicaciones como la prueba de antena de doble polarización por aire:

Figura 6: Prueba inalámbrica de antena de doble polarización

Puede extender el mismo nivel de sincronización a los sistemas de pruebas MIMO. Los estándares de comunicaciones modernos, como 5G NR, están utilizando esquemas MIMO para muchas antenas en un solo dispositivo para proporcionar una combinación de velocidades de datos más altas a través de flujos más espaciales o comunicaciones más sólidas a través de beamforming. No es sorprendente que la tecnología MIMO agregue una significativa complejidad en el diseño y las pruebas. No solamente aumenta la cantidad de puertos en un dispositivo, sino que también introduce requisitos de sincronización multicanal. Con su tamaño compacto, puede sincronizar dos PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz VST en un solo chasis PXI. Puede expandir aún más sus sistemas usando MXI para integrar múltiples chasis como un sistema PXI.

Figura 7. Los ingenieros pueden sincronizar dos PXIe-5842 con VSTs de extensión de frecuencia de 54 GHz en un solo chasis PXI.

​Como un solo instrumento, usted puede sincronizar cada VST de una manera completamente de fase coherente. En el hardware, un VST puede sincronizar cada LO para los módulos de medidas remotas y el subsistema basado en IF, así como compartir el LO con otros VSTs para que todos los componentes del sistema de RF puedan sincronizarse. En software, puede utilizar la tecnología T-Clock patentada de NI para sincronizar fácilmente múltiples instrumentos mediante la API NI-TClk.

​Integración de múltiples instrumentos con la plataforma PXI

^{​Figura 8: Integración de múltiples instrumentos con la API de NI-TClk}

La mayoría de las aplicaciones de pruebas de RF requieren E/S adicionales más allá de la generación y el análisis de formas de onda de RF o de banda base. Esto puede incluir una fuente de alimentación o una unidad de medida de fuente (SMU), un dispositivo digital basado en patrones para el control del DUT o una amplia variedad de otros instrumentos analógicos, digitales y de DC. Como parte de la plataforma PXI, el PXIe-5842 VST con extensión de frecuencia de 54 GHz comparte los mismos recursos fundamentales con cualquier instrumento PXI de NI para agilizar el desarrollo de pruebas, simplificar el disparo y la sincronización y maximizar la velocidad en las mediciones. Puede usar la misma tecnología NI-TClk que utiliza para sincronizar múltiples VST para sincronizar otros instrumentos y crear una solución unificada de pruebas automatizadas y mediciones automatizadas.

Otra opción para VSTs de frecuencia extendida es el NI PXIe-5831. Tiene un VST basado en PXI similar a la configuración del módulo de medidas remotas, con algunas distinciones importantes. Basado en los VST de segunda generación, el PXIe-5831 ofrece capacidades de conmutación únicas con dos cabezales de radio de onda milimétrica conectados a un solo PXIe-5831. Con hasta 32 puertos RF conmutados, el PXIe-5831 es ideal para pruebas de arreglos phased multicanal, arquitecturas de beamforming y prototipado de radar, y es una alternativa útil al PXIe-5842 para estos tipos de aplicaciones.

Cabezales de radio de onda milimétrica con conmutación integrada

​Figura 9: cabezales de radio ^{de la onda milimétrica con conmutación integrada: PXIe-5831}

En el PXIe-5831, como en el PXIe-5842, la conversión de frecuencia hacia y desde la onda milimétrica se realiza en un cabezal de radio remoto cableado al subsistema IF basado en PXI, extendiendo la cobertura de frecuencia hasta 44 GHz para el PXIe-5831. Cada cabezal de radio de onda milimétrica está disponible en tres configuraciones diferentes (2, 9 y 16 puertos) para adaptarse a las necesidades del dispositivo bajo prueba. Los puertos adicionales se crean con una red de conmutadores integrada en las rutinas de calibración del instrumento, por lo que las especificaciones de rendimiento son precisas hasta los puertos de prueba.

^{​Figura 10: Vista detallada del VST PXIe-5831}

La variedad de opciones en VST de frecuencia extendida de NI le permite seleccionar la mejor opción para una aplicación dada manteniendo la misma plataforma de prueba y entorno de software. Esto puede habilitar un nivel adicional de versatilidad y escalabilidad que suele ser necesario para maximizar la eficiencia en las pruebas.

^{​Tabla 3: Comparación de especificaciones del PXIe-5831 y PXIe-5842 con extensiones de frecuencia.}

En entornos de pruebas de validación y producción, el rendimiento del dispositivo, la automatización y el tiempo de prueba impactan directamente en el éxito empresarial. La arquitectura de hardware y software del VST PXIe-5842 está optimizada para velocidad sin sacrificar el rendimiento en las mediciones.

El PXIe-5842 utiliza muchas de las mismas herramientas de software que las generaciones anteriores de VST, lo que garantiza una transición rápida al PXIe-5842 y permite las mismas optimizaciones de prueba líderes en la industria que los clientes disfrutaban con los VST anteriores.

​NI RFmx: Controlador nativo de velocidad optimizada para lenguajes comunes de desarrollo de pruebas

​La familia de VSTs de frecuencia extendida de NI está configurada y controlada por el software de aplicación RFmx . RFmx proporciona una API de programación intuitiva que ofrece facilidad de uso y configuración de medidas avanzadas para medidas específicas del estándar y genérica de RF. Cuenta con una API altamente optimizada para realizar tareas que van desde medidas espectrales de RF, incluyendo potencia del canal, potencia del canal adyacente y espectro de potencia, hasta medidas en señales moduladas digitales y analógicas. También puede usarlo para automatizar sus programas con mediciones basadas en estándares para 5G NR, Wi-Fi 7, Bluetooth y otras.

^{​Figura 11: Medidas 5G NR} realizadas con NI RFmx en LabVIEW y .NET

La Figura 11 muestra una medición de potencia de canal compatible con 5G NR usando un ejemplo de RFmx LabVIEW y .NET con solo unas pocas llamadas a funciones. Puede comenzar con uno de más de 100 programas de ejemplo en C, .NET y NI LabVIEW diseñados para simplificar la automatización de instrumentos. La API de NI-RFmx incluye parámetros de alto nivel que optimizan de manera inteligente la configuración del instrumento para ayudarlo a lograr medidas de la más alta calidad con la menor cantidad de llamadas de software. Además, RFmx incluye características que simplifican enormemente la complejidad del software para paralelismo de múltiples mediciones y mediciones de múltiples DUT. Puede lograr velocidades de medición líderes en la industria usando las últimas tecnologías de procesadores y mediciones multihilo fáciles de programar para reducir el tiempo de prueba.

^{​Figura 12: El VST combina un generador vectorial de señales de gran ancho de banda, un analizador vectorial de señales, una interfaz digital de alta velocidad y un potente FPGA en un solo instrumento PXI. El módulo de medidas remotas amplía la arquitectura VST con innovaciones enfocadas en abordar la creciente complejidad (e incertidumbre) de los estándares, protocolos y tecnologías inalámbricos.}

Vea una demostración en línea del PXIe-5842 y aprenda cómo se integra con el software NI InstrumentStudio™ y RFmx

En esta sección, abordamos la validación aérea de onda milimétrica, pruebas de producción RFFE, guerra electrónica y radar, telemetría SATCOM y sistemas de validación de enlaces de datos. 

​Validación por aire (OTA) de onda milimétrica

Las aplicaciones de pruebas por aire (OTA) pueden ser de gran importancia en las frecuencias de onda milimétrica. En aplicaciones como beamforming para arreglos de antenas MIMO, las características espaciales de las formas de onda y el número de antenas utilizadas hacen que las pruebas conducidas no sean prácticas en muchas situaciones. Para estos casos de pruebas, a menudo se requiere la prueba OTA y el uso de una cámara anecoica.

Figura 13: Prueba OTA de 5G de onda milimétrica con el PXIe-5842

La arquitectura de referencia de validación OTA 5G de onda milimétrica combina el PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz con un conjunto cohesivo de hardware y software para agilizar las pruebas OTA. La arquitectura del módulo de medición remota minimiza la pérdida de trayecto a frecuencias de onda milimétrica debido a su proximidad a la cámara anecoica de prueba. El PXIe-5842 VST está integrado en el sistema de forma similar al PXIe-5831 VST, facilitando una transición sencilla de un VST a otro.

​Aprenda más sobre la validación OTA de onda milimétrica 5G

​Prueba de producción RFFE

​Puede integrar VSTs con extensiones de frecuencia en el sistema de prueba de semiconductores (STS) y otras soluciones de prueba de producción RFFE de manera similar a los otros VST PXI.     

​Aprenda más sobre las soluciones de NI para pruebas de producción RFFE de alto volumen.

​Radar y guerra electrónica (EW)

​Los sistemas de radar y guerra electrónica (EW) están experimentando una alteración tecnológica, ya que los arreglos activos escaneados electrónicamente, la tecnología de banda ultra ancha y los sistemas cognitivos presentan nuevos desafíos de diseño y pruebas.

​La instrumentación modular y las tecnologías de software abierto de NI brindan a los ingenieros las herramientas para ofrecer una emulación adaptable de amenazas con módulos vectoriales de transceptor de señales de RF y co-procesadores FPGA. Escale la validación a nivel del sistema para soportar múltiples emisores de amenazas por canal, monitoree y analice el rendimiento de su sistema en tiempo real o grabe y reproduzca señales sensibles de forma segura, todo en una plataforma de instrumentos común y modular.

​Puede utilizar el NI VST para pruebas funcionales y paramétricas de EW, así como para la validación a nivel del sistema, realizando generación de amenazas de RF de múltiples emisores, monitoreo y análisis de señales en tiempo real, y grabación y reproducción de RF de banda ancha. 

​Aprenda más sobre las soluciones de NI para radar y guerra electrónica.

​Sistema de validación de enlace de datos y telemetría SATCOM

​El PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz ofrece las mismas ventajas y beneficios para telemetría SATCOM que el PXIe-5842 estándar.

​​Aprenda más sobre las soluciones de NI para sistemas de validación de enlace de datos y telemetría SATCOM.