Innovaciones en instrumentos para pruebas de onda milimétrica

​En esencia, el VST combina un generador vectorial de señales de banda ancha, un analizador 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 extender la arquitectura VST con innovaciones enfocadas en abordar la creciente complejidad e incertidumbre de los estándares, protocolos y tecnologías inalámbricos.

​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) PXIe-5655 requerido. Al ocupar solo cuatro ranuras PXI Express, el PXIe-5842 proporciona una cobertura de frecuencia continua de hasta 23 GHz y hasta 2 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 de LO dual PXIe-5655 para proporcionar dos LO independientes adicionales para los dos puertos de RF bidireccionales en el módulo de medidas remotas RMM-5585. También se agrega un conmutador de puerto RF PXIe-5443 para proporcionar conexiones desde y hacia los puertos DUT de onda milimétrica y los puertos DUT IF. En total, la configuración de onda milimétrica ocupa seis ranuras PXI Express e incluye la adición del módulo de medidas remotas RMM-5585.

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

​Con la adición del módulo de medidas remotas RMM-5585, el PXIe-5842 puede extender la cobertura de frecuencia hasta 54 GHz con 2 GHz de ancho de banda de RF instantáneo. 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.

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

​El PXIe-5842 ofrece una amplia variedad de características que simplifican las configuraciones de pruebas de onda milimétrica, permiten una mayor versatilidad en la cobertura de la prueba y ofrecen medidas de RF de alto rendimiento en un solo instrumento PXIe perfectamente sincronizado.  

​Cobertura de amplia frecuencia

​Las asignaciones de espectro de radio cambian constantemente y se reservan diferentes bandas para comunicaciones inalámbricas, celulares, por satélite, 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 VST ofrece cobertura de espectro completo para WLAN, UWB, 5G FR-1 y lo que es más importante, todas las bandas de frecuencia 5G FR-2 (24.25 GHz a 52.6 GHz), es decir, solo un instrumento es necesario para realizar pruebas en todos estos diferentes estándares. La cobertura de alta frecuencia también significa que puede usar el PXIe-5842 para varias aplicaciones aeroespaciales y de defensa desde UHF hasta la banda V. Las aplicaciones incluyen simulación de objetivos de radar, monitoreo de espectro en guerra electrónica y comunicaciones satelitales, o para pruebas paramétricas de componentes de arreglos escaneados electrónicamente (ESA) comúnmente utilizados en sistemas de comunicación satelital y de radar.

​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 instrumento, con la frecuencia máxima aumentando de 44 GHz a 54 GHz, incluyendo cobertura de 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 multi-banda con puertos de pruebas IF y onda milimétrica

​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 la flexibilidad necesaria para adaptarse a los diferentes requisitos de cada paso en la cadena de señal, el VST PXIe-5842 cuenta con puertos de pruebas bidireccionales para frecuencias intermedias y de onda milimétrica. 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 proporcionan cobertura de frecuencia de 200 MHz a 23 GHz y ofrecen una interfaz directa para dispositivos multifrecuencia como convertidores ascendentes/descendentes de frecuencia o circuitos integrados de formadores de haz con conversión de frecuencia integrada. Estos puertos dan al PXIe-5842 con extensión de frecuencia de 54 GHz la capacidad de interactuar con dispositivos multi-banda sin instrumentación adicional o acondicionamiento de señales externas.

​Hasta 2 GHz de ancho de banda instantáneo

​Desde tecnologías inalámbricas de la próxima generación como 5G y 802.11be (Wi-Fi 7) hasta aplicaciones avanzadas aeroespaciales y de defensa como pruebas de radar y monitoreo de espectro, sigue creciendo la demanda de un ancho de banda de señal más amplio para lograr velocidades de datos pico más altas. Aprovechando los convertidores digital a analógico (DAC) y los convertidores de analógico a digital (ADC) de alta linealidad, muestreo rápido y los mecanismos de calibración interna de banda ancha, el PXIe-5842 ofrece 2 GHz de ancho de banda de RF instantáneo con una excelente precisión de medidas.

Figura 6: Ancho de banda instantáneo de transceptores vectoriales de señales PXI

​Con el amplio ancho de banda instantáneo y los frentes calibrados de los VSTs de NI, usted puede implementarlos de manera efectiva para aplicaciones exigentes como simulación de objetivos de radar, agregación de múltiples dispositivos, implementaciones de algoritmos de predistorsión digital (DPD), generación de prototipos 5G y análisis de espectro en tiempo real. Además, los VSTs incorporan algoritmos patentados para la corrección de amplitud y fase para lograr una alta precisión de amplitud absoluta y una baja desviación de la fase lineal a lo largo de su amplio ancho de banda instantáneo.

​Rendimiento de medidas de la magnitud del vector de error

​El VST utiliza técnicas de calibración IQ avanzadas y patentadas para ofrecer el mejor rendimiento de magnitud del vector de error (EVM) en su clase 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 proporcionan en conjunto capacidades de sincronización y escala para medidas 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 7: 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, usted puede sincronizar dos PXIe-5842 con VST de extensión de frecuencia de 54 GHz en un solo chasis PXI. Puede expandir aún más sus sistemas usando MXI para integrar múltiples chasis como un sistema PXI.

Figura 8: 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 el software, puede utilizar la tecnología T-Clock (TClk) patentada de NI para sincronizar fácilmente varios instrumentos utilizando la API de NI-TClk .

​Integración de múltiples instrumentos con la plataforma PXI

^{​Figura 9: 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 PXIe, el PXIe-5842 VST con extensión de frecuencia de 54 GHz comparte los mismos recursos fundamentales con cualquier instrumento PXIe de NI para agilizar el desarrollo de pruebas, simplificar el disparo y la sincronización y maximizar la velocidad de las medidas. Usted puede usar la misma tecnología NI-TClk que utiliza para sincronizar múltiples VSTs para sincronizar otros instrumentos y crear una solución unificada de pruebas automatizadas y medidas automatizadas.

​Otro producto de la familia de VSTs de NI con extensiones de frecuencia es el 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 de RF conmutados, el PXIe-5831 es muy adecuado para pruebas de arreglos en fase multicanal, arquitecturas de beamforming y generación de prototipos de radar; y es una alternativa útil para el PXIe-5842 para este tipo de aplicaciones.

Cabezales de radio de onda milimétrica con conmutación integrada

​Figura 10: Cabezales de radio de onda milimétrica con conmutación integrada: PXIe-5831

​En el PXIe-5831, como en el PXIe-5842, la conversión de frecuencia hacia y desde onda milimétrica se realiza en un cabezal de radio remoto que está cableado al subsistema IF basado en PXI, extendiendo la cobertura de frecuencia hasta 44 GHz para el PXIe-5831 con cabezales de radio remotos. 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 interruptores que está integrada en las rutinas de calibración del instrumento, así las especificaciones de rendimiento son precisas hasta los puertos de prueba.

^{​Figura 11: Vista detallada del VST PXIe-5831}

​Elegir opciones cuando se trata de VSTs de frecuencia extendida de NI significa que puede seleccionar la mejor opción para una aplicación determinada. Esto puede permitir un nivel de versatilidad y escalabilidad que a menudo es necesario para maximizar la eficiencia de las pruebas.

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^{​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 de las medidas.

​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.

​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 medidas basadas en estándares para 5G NR, Wi-Fi 7, Bluetooth y más.

^{​Figura 12: Medidas 5G NR} realizadas con NI RFmx en LabVIEW y .NET

​La Figura 12 ilustra una medida de potencia de canal compatible con 5G NR usando un ejemplo de RFmx LabVIEW y .NET con solo unas pocas llamadas de función. Usted puede comenzar con uno de los más de 100 programas de ejemplo en C, .NET y LabVIEW que están 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, NI-RFmx tiene características que simplifican enormemente la complejidad del software de paralelismo de múltiples medidas y medidas de múltiples DUT. Usted puede lograr velocidades de medidas líderes en la industria, utilizando las últimas tecnologías de procesador y medidas de hilos múltiples fáciles de programar para reducir el tiempo de pruebas.

^{​Figura 13: 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.}

​Watch an online demo of the PXIe-5842 and how it integrates with InstrumentStudio and RFmx

​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, así como el número de antenas utilizadas, hacen que las pruebas realizadas 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 14: 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 la prueba OTA. La arquitectura del módulo de medidas remotas significa que la pérdida de trayectoria a frecuencias de onda milimétrica es mínima debido a su proximidad a la cámara de prueba. El PXIe-5842 está integrado en el sistema de manera similar al PXIe-5831, lo que significa una fácil transición 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.