Calibração de RF

A calibração de radiofrequência (RF) e micro-ondas abrange as frequências mais altas, além daquelas encontradas na calibração cc e ca de baixa frequência (cc/lf). O limite não é muito claro, mas alguns metrologistas o consideram como a faixa entre 1 e 10 MHz. As atividades de calibração de RF e micro-ondas geralmente são executadas em laboratórios separados nas instalações de calibração, sendo que, ainda por cima, a calibração de micro-ondas é realizada em outra área. Novamente, não há um limite específico, mas as frequências de micro-ondas geralmente são consideradas aquelas acima de alguns GHz. No caso de frequências maiores (em torno de 100 GHz), normalmente usa-se o termo "onda milimétrica". Independente da abordagem das instalações de calibração em relação à segregação de frequência, há muitos elementos comuns.

Qual é a diferença entre a calibração de RF e micro-ondas e a calibração cc/lf?

A principal diferença é que os equipamentos e sistemas de RF e micro-ondas utilizam linhas de transmissão combinadas para interconexão (cabos coaxiais ou guias de ondas com frequências mais altas).

Quais são os parâmetros medidos na calibração de RF?

Os dois parâmetros principais são a potência de RF e uma medida do nível de adequação da potência combinada ou enviada a uma carga a partir de uma fonte. A qualidade da correspondência com a impedância característica da linha de transmissão é tipicamente expressa em termos de relação de ondas estacionárias de tensão (VSWR), coeficiente de reflexão e parâmetros de dispersão, etc.

Os erros relacionados à não correspondência são as maiores contribuições para as incertezas de medição em calibrações de RF. Eles surgem das correspondências entre entrada e saída do equipamento e de cabos e conectores usados para realizar a interconexão do equipamento. O uso de conectores e cabos de alta qualidade para metrologia e o manuseio adequado são essenciais para reduzir o número de fontes de erro e incerteza.

Muitos outros parâmetros e características são medidos no momento da calibração de equipamentos de teste por RF e micro-ondas. Porém, eles são muito numerosos (e, muitas vezes, específicos·a determinados instrumentos) para serem discutidos aqui.

Tradicionalmente, como é realizada a calibração de RF?

Ao contrário da calibração cc/lf, que usa muitos calibradores dedicados, a calibração de RF e micro-ondas praticamente não necessita de dispositivos específicos (exceto as fontes de referência de RF Fluke 9640A). Para calibrar um elemento da carga de trabalho de RF e micro-ondas, é necessário combinar diversos equipamentos de teste a fim de proporcionar a funcionalidade e o desempenho exigidos.

Os equipamentos podem ser montados como um sistema dedicado a um tipo particular de instrumento, montados como um sistema capaz de calibrar diversos tipos de instrumentos da carga de trabalho ou simplesmente coletados do estoque do laboratório para um tarefa de calibração específica, sendo devolvidos após a conclusão da tarefa.

Como a calibração envolve muitos instrumentos de sistema, há diversas configurações obrigatórias para realizar as conexões com a unidade ou o dispositivo sob teste (UUT/DUT). A comutação e a multiplexação não são possíveis em função dos erros de medição e incertezas que seriam introduzidos pela comutação, principalmente no caso de frequências mais altas.

O processo de calibração pode ser realizado manualmente ou automatizado com o uso de software que controle os instrumentos do sistema e o item em fase de calibração. As calibrações automatizadas de RF e micro-ondas são raras em função da dificuldade de automatizar a comutação de sinais sem reduzir a qualidade das medições.

Os sistemas automatizados tradicionais necessitam de intervenções frequentes do usuário para troca de interconexões. Como consequência, surgem diversas oportunidades para erros. Assim, é necessário que haja uma equipe altamente treinada para realizar a tarefa. Muitas vezes, o operador acaba desperdiçando um tempo precioso enquanto espera pela próxima mudança de configuração.

Quais são os tipos de instrumento normalmente encontrados em sistemas de calibração de RF e micro-ondas?

Entre os instrumentos geralmente encontrados em um sistema tradicional, estão: geradores de sinais, gerador de nível, gerador de função, potenciômetros, receptor de medições, analisador de espectro, contadores de RF e micro-ondas, analisador da rede, analisador de áudio, osciloscópio, multímetro digital. Nenhum desses instrumentos é projetado especificamente para calibração; todos são instrumentos de teste para uso geral adaptados ao sistema. Os geradores de sinais não são capazes de obter o desempenho necessário nas calibrações de RF. Portanto, eles devem ser usados com potenciômetros e atenuadores de passos a fim de proporcionar um nível de desempenho adequado e obter precisão em atenuações. Os filtros externos são necessários quando os harmônicos baixos são importantes, como na calibração de um analisador de espectros. As fontes de sinal com desempenho de ruído de fase baixo também são necessárias na calibração de analisadores de espectros de alto desempenho.

O que é a carga de trabalho de calibração de RF e micro-ondas?

Normalmente, os mesmos instrumentos usados em sistemas aparecem como carga de trabalho de calibração. Os geradores de sinais, analisadores de espectros, potenciômetros e sensores de potência são os elementos mais comuns nas cargas de trabalho. Há outros itens envolvidos, como milivoltímetros RF, medidores de nível de sinal, receptores de analisadores de modulação e contadores/cronômetros.

Qual é a melhor oportunidade para aumentar a eficiência e reduzir custos?

A utilização da fonte de referência RF Fluke 9640A (especificamente desenvolvida para calibração de radiofrequência) como componente principal de um sistema de calibração de radiofrequência e micro-ondas permite a substituição de diversos instrumentos e acessórios por apenas um dispositivo. Sua combinação exclusiva de recursos e desempenho torna a série 9640A muito superior aos geradores de sinais de uso geral. Seja por meio do uso manual ou combinado com o software de calibração MET/CAL, os produtos da série 9640A podem reduzir pela metade os custos com sistemas, aumentar a capacidade de sistemas em até 25% e economizar 50% do tempo do operador do sistema, que pode ser empregado em outras tarefas valiosas.

Mais informações

Guia de calibração de analisadores de espectros »
Guia de práticas recomendadas para calibração de RF: conectores coaxiais »
Compreensão do ruído de fase em aplicações de calibração de RF e micro-ondas »
Medição e certificação de desempenho de ruído de fase de uma RF com baixo nível de ruído »

Praticamente não há instrumentos projetados especificamente como calibradores de RF e micro-ondas (com exceção do Fluke 9640A). Os procedimentos de calibração de RF e micro-ondas são complexos e envolvem muitos instrumentos, acessórios, componentes, cabos, adaptadores e conectores, todos de uso geral. Normalmente, as soluções de calibração são criadas por usuários responsáveis pelo desenvolvimento e pela instalação de seus próprios sistemas. Frequentemente, a automação é obtida pelos usuários que criam softwares próprios ou utilizam softwares comerciais de automação de sistemas de teste. As organizações de grande porte têm a possibilidade de contratar integradores de sistemas para compor um sistema de calibração. Alguns fabricantes de equipamentos de teste oferecem pacotes de software para calibração de seus próprios produtos de RF e micro-ondas. Desse modo, somente os produtos desses fabricantes podem ser usados como padrão de calibração, o que impede a calibração de qualquer outra carga de trabalho.

Qual é a solução de calibração de RF oferecida pela Fluke Calibration?

A utilização da fonte de referência RF Fluke 9640A (especificamente desenvolvida para calibração de radiofrequência) como componente principal de um sistema de calibração de radiofrequência e micro-ondas permite a substituição de diversos instrumentos e acessórios por apenas um dispositivo. Sua combinação exclusiva de recursos e desempenho torna a série 9640A muito superior aos geradores de sinais de uso geral. Seja por meio do uso manual ou combinado com o software de calibração MET/CAL, os produtos da série 9640A podem reduzir pela metade os custos com sistemas, aumentar a capacidade de sistemas em até 25% e economizar 50% do tempo do operador do sistema, que pode ser empregado em outras tarefas valiosas.

Quais são os fatores a se considerar durante a escolha de uma solução?

Eficiência

O tempo e os custos envolvidos em uma calibração (inclusive tempo total de calibração, tempo de execução do sistema automatizado e tempo do operador) são fatores essenciais na determinação e no aprimoramento da eficiência.

Em um processo típico e automatizado de calibração de RF, o operador tem de intervir com frequência para alterar as configurações de teste. A automação completa pode aumentar a capacidade do sistema de calibração em até 25%, além de gerar uma economia de até 50% do tempo dos operadores, permitindo que a equipe realize outras tarefas em vez de perder tempo aguardando a próxima alteração na configuração do sistema automatizado. Por exemplo, o procedimento de calibração do fabricante para calibrar o analisador de espectro Agilent E4407B exige 27 configurações de teste diferentes.

Por outro lado, a série 9640A, usada com o Software de gerenciamento de calibração MET/CAL Plus, realiza a maior parte dos testes necessários com uma única configuração. É necessário adicionar somente seis configurações para concluir o processo de calibração. O tempo de calibração é reduzido de quatro horas e meia (tempo típico) para duas horas.

A combinação do 9640A com o software MET/CAL permite obter os principais benefícios relativos ao aprimoramento da eficiência.  Por exemplo, o procedimento E4407B do MET/CAL para o 9640A-LPNX permite um total de 90 minutos de "tempo automático" dentro do tempo de execução total de duas horas.

Cobertura de cargas de trabalho e nível de automação

"Cobertura de carga de trabalho" refere-se ao tipo de instrumento e seu fabricante; "nível de automação" significa o ponto até o qual uma solução é adequada à calibração e permite a automação do processo.

Os analisadores de espectro são elementos essenciais da carga de trabalho de qualquer laboratório de calibração de micro-ondas. O 9640A oferece os recursos e o desempenho necessários para os modelos de analisadores de espectros de baixo e médio desempenho. Com desempenho superior de ruído de fase baixo, o 9640A-LPNX é capaz de calibrar analisadores de espectros de alto nível.

Os produtos da série 9640A realizam de 80% a 100% de todos os testes necessários em analisadores de espectros de alta frequência e alto desempenho. Para cargas de trabalho que exigem frequências acima de 4 GHz, é possível usar fontes de RF e micro-ondas juntamente com os produtos da série 9640A para lidar com os pontos de teste restantes que necessitam de fontes com frequências maiores.

Os recursos e o desempenho da série 9640A também a tornam ideal para outras cargas de trabalho, incluindo milivoltímetros de RF, medidores de nível de sinal, analisadores de modulação, receptores e contadores/cronômetros.

Alguns pacotes de software de calibração de RF são capazes de calibrar somente UUTs de um fornecedor. Além disso, eles exigem instrumentos de sistema desse fornecedor específico. Com um biblioteca cada vez maior de procedimentos de calibração de RF, o software de calibração MET/CAL não possui essa limitação.

Nível de habilidade do operador e possibilidade de erros

A calibração de RF e micro-ondas é um processo complexo. Por isso, encontrar funcionários capacitados pode ser um desafio. Os funcionários com conhecimento e habilidade necessários devem realizar várias tarefas. Desse modo, ao escolher uma solução de calibração, você deve levar em consideração o fato de que o operador precisa ter tempo para executar as tarefas que geram mais valor quando beneficiadas pelas habilidades dele.

Compatibilidade com padrões, automação e processos existentes

Use o recurso Flexible Standards do software MET/CAL para automatizar os outros instrumentos do sistema. Esse recurso permite que você substitua padrões equivalentes nos procedimentos, para que não fique preso a um modelo de referência específico. O suporte ao recurso Flexible Standards está disponível para sintetizadores populares de micro-ondas, incluindo HP8340, HP83630, Agilent E8254 e E8257 e outros modelos da Anritsu e da Rohde & Schwarz.

Os modelos 9640A são projetados para igualar ou superar o desempenho e a funcionalidade do HP3335A e do HP8662/3A no sistema de calibração. Com a emulação de comandos GPIB do HP3335A como padrão em ambos os modelos 9640A e a emulação do HP8662/3A opcional no 9640A-LPNX, a substituição desses produtos populares, mas obsoletos e de difícil manutenção, se torna apenas uma substituição do tipo "plug-and-play". A emulação de comandos GPIB do HP8662/3A é instalada no 9640A-LPNX como uma licença temporária para avaliação, de modo a permitir a realização de testes de compatibilidade de maneira fácil e rápida.

Simplicidade e custos indiretos

Os sistemas com muitos instrumentos são complexos e têm altos custos de suporte e manutenção. A redução no número de instrumentos do sistema obtida com a série 9640A traz diversos benefícios. A metrologia é consideravelmente simplificada; as fontes de erros são reduzidas e as incertezas passam a ser menos frequentes. Os custos de suporte do sistema são reduzidos, uma vez que existem menos instrumentos para calibração e manutenção.

Portabilidade no local

Um sistema reduzido e compacto é ideal para uso interno, reduzindo os custos de transporte e permitindo que o sistema seja levado com facilidade até locais inadequados para um sistema maior.

Quais são as outras aplicações de RF que podem aproveitar os benefícios de uma fonte de sinal a fim de aumentar a precisão e o desempenho?

Muitas aplicações de P&D, testes de fabricação, ATE e pesquisas científicas necessitam de desempenho mais alto do que o oferecido por um gerador de sinais de uso geral. A combinação exclusiva de precisão de atenuação e nível, pureza de sinal e baixa instabilidade, resolução de frequência, faixa dinâmica e modulação de precisão da fonte de referência de RF da série 9640A  proporciona a essas aplicações um desempenho melhor do que o dos geradores de sinais de alto desempenho.