Qué es el analizador de redes: Funcionamiento y sus aplicaciones

En las industrias de RF y microondas, la tecnología de medición clave es el analizador de redes. Hace unos años se introdujeron los primeros productos de un analizador de redes, que tiene una gran influencia en el diseño y las pruebas de los componentes electrónicos activos y pasivos. Entonces, estos analizadores se centraban principalmente en las mediciones de transmisión y reflexión. Después, se convirtieron en la base de la caracterización de los parámetros s. Con el paso del tiempo, se han incluido capacidades y mediciones adicionales. Y también se han incluido algunas funciones para hacer frente a los crecientes requisitos del mercado, como el ruido, la potencia con corrección de errores, el convertidor, etc. Así que este artículo trata de una introducción a la analizador de redes y su funcionamiento con aplicaciones.

¿Qué es el analizador de redes?

Definición de analizador de redes: Es un instrumento que se utiliza para medir los parámetros de red de una red eléctrica. En la actualidad, estos instrumentos se utilizan normalmente para medir los parámetros S porque la transmisión y la reflexión de las redes eléctricas son muy sencillas de calcular a altas frecuencias, aunque existen otros tipos de conjuntos de parámetros de red como los parámetros Y, Z y H. Estos analizadores se utilizan con frecuencia para diferenciar las redes de dos puertos, como los filtros y amplificadores, y los filtros.

Lo básico principio de funcionamiento de un analizador de redes consiste en medir la fase y la amplitud de las ondas reflejadas e incidentes en los diferentes puertos del dispositivo bajo prueba (DUT). Este analizador incluye una fuente y un conjunto de receptores. Una fuente se utiliza para producir una señal de estímulo conocida, mientras que los receptores se utilizan para decidir los cambios en la señal de estímulo causados por el DUT.

¿Por qué necesitamos un analizador de redes?

Un analizador de red proporciona información sobre lo que ocurre en una red, permitiéndote observar los datos reales que suministran paquete a paquete a través de ella. Generalmente, un analizador de red tiene la capacidad de entender diferentes protocolos, lo que le permite mostrar las conversaciones que se producen entre los hosts a través de una red.

Un analizador de red caracteriza y mide la respuesta del dispositivo o de la red. Así, el operador puede controlar cómo funciona la red o el dispositivo en un circuito de radiofrecuencia. Por lo general, estos dispositivos se utilizan para medir diferentes piezas como filtros, mezcladores, redes sensibles a la frecuencia, transistores y otros dispositivos basados en la RF.

Se utiliza en las mediciones de transmisión y reflexión. Las mediciones de transmisión comprenden la ganancia, la pérdida de inserción y el coeficiente de transmisión, mientras que las mediciones de reflexión comprenden la pérdida de retorno, el coeficiente de reflexión, la impedancia, etc. Las frecuencias de funcionamiento de estos analizadores van de 1 Hz a 1,5 THz. Estos analizadores también se pueden utilizar para el análisis de la estabilidad en la medición de ultrasonidos, componentes de audio y bucles abiertos.

Mediciones

Las mediciones del analizador de redes son de tres tipos: transmisión, reflexión y parámetro de dispersión.

• Las mediciones de transmisión se utilizan para medir la pérdida de inserción, la ganancia y el coeficiente de transmisión.
• Las mediciones de reflexión se utilizan para medir la VSWR, el coeficiente de reflexión, la impedancia y la pérdida de retorno.
• Las mediciones de los parámetros de dispersión se utilizan para medir los parámetros s, como S11, S12, S21 y S22.

Diagrama de bloques del analizador de redes

A continuación se muestra el diagrama de bloques de este analizador. Este diagrama de bloques incluye principalmente cuatro componentes esenciales como la fuente de la señal, la separación de la señal, el receptor o detector y el procesador o pantalla.

Fuente de la señal

La función principal de la fuente de señal en el analizador de redes es proporcionar la señal incidente que excita el dispositivo bajo prueba, también conocido como DUT. Este dispositivo de prueba simplemente responde reflejando elementos de la señal incidente y transmitiendo la parte sobrante. La respuesta del DUT puede determinarse de forma sencilla mediante el barrido de la respuesta en frecuencia de la fuente. Las fuentes están disponibles en dos tipos: oscilador de barrido y generador de señales sintetizadas.

Separación de señales

La siguiente parte de este diagrama de bloques es una separación de señales que se utiliza para dividir diferentes señales como la incidente, la reflejada y la transmitida. Cuando se dividen estas tres señales, se puede realizar de forma sencilla la medición de su fase y amplitud y se pueden identificar sus variaciones. Para ello se pueden utilizar divisores de potencia, sondas o puentes de alta impedancia y acopladores direccionales.

Receptor/Detector

El receptor o detector de este diagrama de bloques se utiliza para cambiar la tensión de radiofrecuencia a una frecuencia intermedia más baja o a una señal de corriente continua para permitir una medición más precisa. Hay tres métodos principales de receptor que se utilizan para lograr este diodo, la mezcla fundamental y la mezcla armónica.

Un diodo es un tipo de detector de banda ancha que se utiliza para cambiar la señal de RF a la tensión continua relativa. Este método se utiliza con mayor frecuencia en los analizadores de redes escalares o SNA.

Los dos restantes son métodos de receptor sintonizado de banda ancha que se utilizan para cambiar la señal de RF a la señal de frecuencia intermedia de baja frecuencia. Estas dos señales tendrán un BPF en las frecuencias IF para rechazar las falsas frecuencias y ampliar el piso de ruido.

Procesador/Pantalla

La pantalla es la parte final de este analizador que genera los resultados que prefiera el operador. El procesador de señal o pantalla procesa la señal de frecuencia intermedia y muestra la información en la pantalla del tubo de rayos catódicos.

Funcionamiento

El funcionamiento del diagrama de bloques del analizador de redes anterior es, en primer lugar, que la fuente de la señal genera una señal incidente hacia el DUT. Después, el dispositivo de separación de señales divide las señales incidente, reflejada y transmitida. El receptor o detector cambia la frecuencia de microondas a FI inferior para simplificar el procesamiento posterior. Por último, el procesador o la pantalla procesan la señal de FI y muestran los datos en la pantalla CRT.

Tipos de analizadores de red

Los analizadores de redes se clasifican en tres tipos: SNA, VNA y analizadores de redes de señales grandes, que ayudan a medir tanto la fase como la magnitud.

Analizador de redes escalares

El término SNA significa analizador de redes escalares y es un analizador de redes de tipo RF que se utiliza para medir simplemente las propiedades de amplitud de un DUT. Al contrario que un VNA, el SNA no mide tanto la fase como la amplitud del DUT. Un analizador de tipo escalar se utiliza principalmente para medir diferentes parámetros, como la pérdida de retorno o la relación de transmisión de potencia (VSWR), que simplemente necesitan la medición de la magnitud de la señal a una frecuencia específica.

El desarrollo de este analizador puede hacerse con un analizador de espectro y un generador de seguimiento. Cuando estos dos funcionan a una frecuencia similar y la salida del generador de seguimiento se da a la entrada del analizador de espectro, este analizador mostrará una línea plana en su pantalla para indicar el nivel de salida del generador de seguimiento.

Si situamos un DUT entre el analizador de espectro y el generador de seguimiento, el nivel de señal que obtenemos en el analizador de espectro será una función del DUT. Por tanto, podemos medir las propiedades de amplitud del dispositivo con una mezcla de un analizador de espectro y un generador de seguimiento. Así, esta respuesta puede medirse de forma sencilla en un rango de frecuencias.

Los analizadores escalares se utilizan para medir la ganancia de los amplificadores, las respuestas del filtro, la conversión del mezclador y la pérdida de retorno.

Analizador vectorial de redes

Los VNA se utilizan principalmente para probar las especificaciones de los componentes y también para verificar las simulaciones de diseño y confirmar que los sistemas y sus componentes funcionan correctamente o no. El VNA es una forma más práctica de analizador de redes de RF en comparación con el SNA, porque es capaz de determinar parámetros adicionales relativos al DUT (dispositivo bajo prueba).

Estos analizadores no sólo miden la respuesta de amplitud, sino que también miden la fase. Por eso se llama a este analizador un analizador de redes automático, o bien un medidor de ganancia y fase.

Analizador de redes a gran escala

El término LSNA significa Analizador de Redes de Gran Señal. Es muy especializado para los analizadores de redes de RF, ya que es capaz de investigar las características del dispositivo en condiciones de gran señal.
Este analizador también es capaz de observar las no linealidades y los armónicos de una red en diferentes condiciones, como proporcionar un análisis de funcionamiento completo. La versión anterior del LSNA se llama MTA o Analizador de Transición de Microondas.

Parámetros S en el analizador de redes

Los parámetros S también se conocen como parámetros de dispersión, que describen las principales relaciones entre los puertos de entrada y salida de un sistema eléctrico. A máxima frecuencia, resulta especialmente esencial explicar una red determinada en términos de ondas en lugar de corriente o tensión. Así que en los parámetros de dispersión utilizamos las ondas de potencia. Para una red de 2 puertos, los parámetros de dispersión pueden definirse simplemente como

• S11 es el coeficiente de reflexión de la tensión del puerto i/p.
• S12 es la ganancia de la tensión inversa.
• S21 es la ganancia de la tensión directa.
• S22 es el coeficiente de reflexión de la tensión del puerto o/p.

La matriz de parámetros de dispersión se utiliza simplemente para concluir las ganancias de transmisión y los coeficientes de reflexión de ambas caras de una red de 2 puertos. Además, este concepto se utiliza para decidir los parámetros de dispersión de una red multipuerto. Estos conceptos pueden utilizarse además para determinar la pérdida de retorno, la ganancia, la pérdida de inserción y la VSWR.

Analizador de redes frente a analizador de espectro

El diferencia entre analizador de redes y analizador de espectro incluye lo siguiente.

Analizador de redes	Analizador de Espectro
Los analizadores de red permiten a los usuarios controlar los parámetros de la red, en particular de una red eléctrica.	El analizador de espectro se utiliza para medir la magnitud de la señal de entrada frente a la frecuencia dentro de un instrumento.
El analizador de redes incluye la fuente y el receptor.	El analizador de espectro incluye un receptor.
Mide señales conocidas de circuitos, componentes, dispositivos, etc.	Mide las características de la señal, como las bandas laterales, el nivel de potencia de la portadora, el ruido de fase y los armónicos en señales desconocidas.
Incluye un mínimo de dos canales y más.	Incluye un único canal.
Puede ser posible realizar mediciones racionales.	No es posible realizar mediciones proporcionales.
Son más precisas y proporcionan una calibración avanzada.	Son menos precisos y su capacidad de calibración es limitada.
Se limita a señales pulsadas y analógicas.	Funciona muy bien con señales moduladas digitalmente.
Utiliza menos filtros de ancho de banda de FI (BW).	Utiliza filtros de ancho de banda de FI (BW) elevados.
Se utiliza para medir la fase y la amplitud.	Se utiliza sólo para las mediciones de las componentes escalares.
Utiliza una corrección de errores avanzada.	No incluye la corrección avanzada de errores.
Están disponibles en dos tipos Analizador de redes escalares y Analizador de redes vectoriales.	Los analizadores de espectro están disponibles en tres tipos: de barrido, de señal vectorial y de espectro en tiempo real.

Especificaciones del analizador de redes

Las especificaciones del analizador de redes son las siguientes

• Rangos de frecuencia de 100 kHz a 20 GHz.
• Los parámetros medidos son S11, S21, S2 y S22.
• El nivel de ruido es de 133dB.
• El rango dinámico es de 1MHz a 20 GHz.
• El rango de ajuste de la potencia de salida es de -60 dBm a +10 dBm.
• El tiempo de medición de cada punto es <12us.
• La precisión de la frecuencia de onda continua es de + o - 2×10^-6.
• La resolución de ajuste de la frecuencia es de 1 Hz.

Ventajas

El ventajas de un analizador de redes incluyen las siguientes.

• Los analizadores de redes escalares son más baratos.
• En comparación con los de tipo VNA, los SNA realizan el barrido más rápidamente.
• En el SNA, el hardware necesario para la detección de potencia y la conversión descendente es bastante sencillo.
• El VNA se utiliza para medir tanto la fase como la magnitud, no como el SNA.

Desventajas

El desventajas de un analizador de redes incluyen las siguientes.

• El tipo SNA no es aplicable a las mediciones relacionadas con la fase.
• En comparación con el tipo SNA, el VNA realiza un barrido más lento.
• Los VNA son muy complejos debido a la arquitectura heterodina completa que se utiliza en su receptor.
• Los VNA son caros en comparación con los SNA.

Aplicaciones

El aplicaciones de los analizadores de redes incluyen las siguientes.

• Los VNA se utilizan para comprobar las especificaciones de los componentes y también para diseñar simulaciones.
• Los analizadores de redes de RF se utilizan simplemente para medir circuitos, dispositivos, componentes, etc.
• Se utilizan en diversas industrias para comprobar diferentes equipos, medir materiales y observar la integridad de la señal.
• Los VNA son esenciales para la caracterización de dispositivos y componentes utilizados en los sistemas de microondas y RF.
• Se utilizan para medir los parámetros S, la pérdida de inserción, la reflexión, la transmisión y la pérdida de retorno.
• Se utilizan principalmente para fines de investigación y desarrollo.
• Estos instrumentos se utilizan en redes lineales para medir las funciones de transferencia e impedancia mediante pruebas de ondas sinusoidales.
• Estos analizadores se utilizan para medir los parámetros de red dentro de las redes eléctricas.

Por tanto, se trata de una visión general de un analizador de redes que normalmente mide los parámetros S porque, en las redes eléctricas, la transmisión y la reflexión son sencillas de medir a frecuencias máximas. Se suelen utilizar para diferenciar dispositivos activos y pasivos de dos puertos, aunque también se pueden utilizar en redes que incluyan un número arbitrario de puertos. Te hago una pregunta: ¿podrías mencionar algunos de los fabricantes de analizadores de redes?