Elektromanyetik spektrumun radyo bantları belki de Dünya üzerindeki en yoğun şekilde kısıtlanan, düzenlenen ve denetlenen kaynaklardır. Bu bantlarda çalışan herhangi bir şeyi üretirken ve test ederken hassasiyet, uyumluluk ve güvenlik çok önemli ve zorunludur.
Radyo frekansı (RF) analizörleri, bu tür görevler için çok değerli olan bir dizi test ve ölçüm cihazıdır.
Bu makalede, yeteneklerini ve sektör uygulamalarını anlayarak RF analizörlerinin çok yönlülüğünü keşfedin.
RF Analizörü Nedir?
RF analizörü (veya RF spektrum analizörü), ağ analizi kullanarak bir cihazın veya devrenin RF sinyallerine tepkisini karakterize etmek için kullanılan özel bir spektrum analizörü türüdür. Ağ analizi, radyo frekansı sinyallerinin bir bütün olarak ağ ile etkileşimleriyle nasıl değiştirildiğini ölçmek için test edilen cihazı bir elektrik ağı olarak ele alır.
RF analizörleri, RF cihazları üzerinde hem spektrum hem de ağ analizi ve aşağıdaki gibi parametrelerin karakterizasyonunu sağlar:
- farklı frekanslarda RF sinyal genliği
- saçılma parametreleri (S-parametreleri)
- tüm ağın empedansı
- ağ üzerinden iletilirken RF sinyal gücünde kazanç
- bir sinyalin gücündeki geri dönüş ve ekleme kayıpları
- bir sinyaldeki faz kaymaları
Bu hususlar, işlevsel gereksinimleri karşıladıklarından ve yönetmeliklere uygun olduklarından emin olmak için RF devrelerinin tasarlanması, test edilmesi ve sorunlarının giderilmesi için kritik öneme sahiptir.
"RF analizörlerinin" bant genişliklerinden bağımsız olarak bu cihazların genel adı olduğunu unutmayın. Bazı modeller RF bandıyla sınırlıdır - 3 kilohertz (kHz) ila 3 gigahertz (GHz) - diğerleri ise mikrodalga bandında (30 GHz'e kadar) ve hatta milimetre dalga veya mmWave bandında (110 GHz'e kadar) ölçüm yapabilir.
RF analizörlerinin spektrum analizörlerinden farkı nedir?
RF analizörleri, aşağıdaki farklılıklara sahip özel bir spektrum analizörü türüdür:
- İşlevsellik: RF analizörleri, demodülasyon, modülasyon kalitesi ve spektrum izleme gibi radyo frekansı analizi için kritik parametrelere odaklanarak RF sinyallerini analiz etmek için uzmanlaşmıştır. Buna karşılık, genel amaçlı spektrum analizörleri RF ile sınırlı olmayan daha geniş bir sinyal spektrumunu ölçebilir, bu da onları elektronik bileşenlerin ve devrelerin test edilmesi de dahil olmak üzere RF analizinin ötesinde çok çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir.
- Hassasiyet ve doğruluk: RF analizörleri, özel tasarımları nedeniyle RF sinyalleri için daha yüksek hassasiyet ve doğruluk sunarken, genel amaçlı spektrum analizörleri daha geniş uygulama aralıkları göz önüne alındığında RF sinyalleri için daha düşük hassasiyet ve doğruluğa sahip olabilir.
- Analiz özellikleri: Genel amaçlı spektrum analizörleri tipik olarak hızlı Fourier dönüşümü (FFT), süpürme ayarlı ve gerçek zamanlı modlar gibi spektrum analizi için çok yönlü özellikler içerir. RF analizörleri ayrıca ağ analizi özelliklerini de içerir.
- Sinyal ölçümü: Genel amaçlı spektrum analizörleri, dahili olarak basit dedektörler kullanarak esas olarak sinyallerin skaler genliğine odaklanır. RF analizörleri, özellikle de vektör ağ analizörleri, RF sinyallerinin hem genliğini hem de fazını ölçmek ve sinyalin tam vektör formunu yakalamak için tasarlanmıştır. Bunu faza duyarlı dedektörler kullanarak başarırlar.
RF analizörleri hangi temel parametreleri ölçer?
RF analizörlerinin ölçtüğü bazı temel ağ ve spektrum parametrelerini anlayalım.
Bir sinyalin farklı frekanslardaki genlikleri ve faz kaymaları
Normal spektrum analizörleri gibi, RF analizörleri de farklı frekanslardaki genliği veya gücü ölçer. Ancak bunlar aynı zamanda sadece genlikleri değil faz kaymalarını da raporlayan vektör ağ analizörleridir.
S-Parametreleri
Şekil 1. S-parametreleri test düzeneği
S-parametreleri, sinyallerin bir RF cihazına girdiği veya çıktığı bağlantı noktalarında veya konektörlerde RF sinyal gücünün ne kadarının yansıtıldığını ve ne kadarının iletildiğini gösterir.
İki portlu bir cihaz için faydalı S-parametreleri şunları içerir:
- S11: Port 1'e bir sinyal gönderildiğinde sinyalin ne kadarının port 1'den yansıdığını gösterir.
- S21: Port 1'e giren sinyal gücünün ne kadarının port 2'den çıkarken bozulmadan kaldığını gösterir.
RF analizörleri bir frekans bandını tararken S-parametrelerini ölçer ve bunları aşağıda gösterildiği gibi her frekansta desibel (dB) veya desibel-milliwatt (dBm) cinsinden rapor eder.
Şekil 2. S-parametreleri eğrisi
Empedans ölçümleri ve eşleştirme
İdeal olarak, bir kaynaktan (verici gibi) yazılım tanımlı radyo (SDR) veya anten gibi bir yüke aktarılan sinyal gücünü herhangi bir frekansta en az yansıma ile en üst düzeye çıkarmak isteriz. Bunun için empedans eşleştirmesi gereklidir.
RF analizörleri, bir RF düzeneğinin kapasitif ve endüktif empedanslarını ölçmek için bir dizi frekansın taranmasına izin verir. Farklı frekanslarda bu karmaşık empedansları görselleştirmek ve RF cihazlarının performansını optimize etmeye yardımcı olmak için Smith grafikleri üretebilirler. Bir Smith grafiğinin üst yarı dairesi endüktif empedansları temsil ederken, alt kısmı kapasitif empedansları gösterir.
Örnek bir Smith şeması aşağıda gösterilmiştir.
Şekil 3. Smith tablosu
Gürültü seviyeleri
RF analizörleri, seçilen frekans aralığında görüntülenen ortalama gürültü seviyesini (DANL) rapor edebilir. Ayrıca gürültünün azaltılması için çözünürlük bant genişliğinin (RBW) ayarlanmasına da izin verirler. Çözünürlük bant genişliğinin daraltılması gürültüyü azaltır ve gürültü tabanına yakın düşük genlikli sinyallerin algılanmasını sağlar.
Gerçek zamanlı spektrum analizi (RTSA)
Genel olarak spektrum analizi, frekans aralığını bir süre örnekleyerek, FFT kullanarak işleyerek, verileri görüntüleyerek, ardından tekrar örnekleyerek vb. yapılır. Örneklemedeki bu boşluklar genellikle Bluetooth iletişiminde veya elektronik savaşta yaygın olan hızlı sinyalleri ve darbeleri kaçırabilir.
Buna karşın, RTSA frekans aralığını herhangi bir boşluk olmadan sürekli olarak örneklerken aynı zamanda verileri arka planda işler. Bu, dijital kablosuz sinyallerin yanı sıra güvenlik ve askeri uygulamalar için son derece kullanışlıdır.
Modülasyon analizi
Tüm radyo iletişimi, radyo dalgaları üzerinden veri taşımak için bir tür modülasyon kullanır.
Radyo yayıncılığı, analog sesin yanı sıra ilişkili dijital meta verileri (şarkı adı gibi) iletmek için genlik ve frekans modülasyonu kullanır. Uydu konumlandırma sistemleri gibi diğer radyo teknolojileri de çeşitli modülasyon şemaları kullanır.
Modern kablosuz sistemler, iletişim kapasitelerini artırmak için çeşitli modülasyon şemaları kullanmaktadır. Ortogonal frekans bölmeli çoğullama (OFDM) gibi şemalar kullanarak arama yapabilen veya veri alabilen mobil abone sayısını en üst düzeye çıkarırlar. Yüksek dereceli karesel genlik modülasyonu (QAM) kullanılarak yoğun kentsel alanlarda yüzlerce Wi-Fi erişim noktası bir arada bulunabilir.
Doğru spektrum analizörü yazılımı ile RF analizörleri, modülasyon şemasını tanımlamak ve hatta bazı sinyalleri demodüle etmek için sinyal analizörleri gibi davranabilir.
Doğru RF analizörünün seçilmesi
Bu bölümde, kullanım durumunuz için doğru RF analizörünü seçmenize yardımcı olabilecek bazı temel özellikleri ve teknik özellikleri analiz ediyoruz.
RF analizörlerinde frekans aralığı ve çözünürlüğün önemi nedir?
Modern RF sistemlerinin çoğu geniş bant genişliklerinde çalışır. Bir RF analizörünün bu frekansları tek bir taramada kapsayabilmesi verimli ve doğru ölçümler yapılmasını sağlar.
Bir diğer önemli özellik de çözünürlük bant genişliğidir. RBW, RF analizörünün aşağıda gösterildiği gibi iki farklı yakın aralıklı, dar dalga formu veya darbe arasında ne kadar iyi ayrım yapabileceğini belirler. RBW çok genişse, belirli frekanslardaki önemli davranışlar gözden kaçabilir.
Ayrıca, dar RBW daha az gürültü anlamına gelir ve RF analizörünün zayıf sinyalleri tespit etme yeteneğini geliştirir.
Aşağıdaki çizim geniş ve dar çözünürlük bant genişlikleri arasındaki farkı göstermektedir.
Şekil 4. C
Bir RF analizörü seçerken hangi özellikler ve yetenekler göz önünde bulundurulmalıdır?
Bir RF analizöründe aranacak temel özellikler şunlardır:
- hızlı taramalar ile geniş frekans aralığı
- kullanım durumu için yaygın olan çok dar sinyalleri tespit edebilen çözünürlük bant genişliği
- S-parametrelerini ve benzer yönleri karakterize etmek için vektör ağı analizi
- gerçek zamanlı spektrum analizi
- birden fazla kanalda kapsama alanını ve gücü kontrol etmek için kanal tarama
- girişim analizi ve spektrogram
- modülasyon analizi ve demodülasyon gibi sinyal analiz yetenekleri
- izleme jeneratörü, antenlerin, RF cihazlarının ve kabloların frekans tepkisini karakterize etmek için tarama frekansı ile senkronize edilen bir tür sinyal jeneratörü
- doğru okumaları sağlamak için dahili sinyal kalibrasyonu
RF analizörleri hangi sektörlerde veya uygulamalarda yaygın olarak kullanılıyor ve hangi zorlukların üstesinden geliyor?
Bu bölümde, RF analizörlerinin çeşitli sektörlerdeki zorlukları çözmeye nasıl yardımcı olduğuna bakacağız.
Kablosuz telekomünikasyon
RF analizörleri, kablosuz ses ve veri iletişiminde yer alan tüm RF ekipmanlarını ve tüketici cihazlarını test etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır:
- 6G, 5G ve Uzun Vadeli Evrim (LTE) gibi mobil radyo teknolojileri
- Wi-Fi ağları
- Bluetooth üzerinden cihazlar arası veri kanalları
Örneğin, RF analizörleri mobil radyo ağı testlerinde aşağıdaki zorluklar için kullanılır:
Yol kaybı karakterizasyonu: 5G/6G mmWave kapsama alanı yağmurdan, yapraklardan, binalardan, dağlardan ve daha fazlasından olumsuz etkilenir. Mobil radyo dalgalarının gücündeki müteakip kayba yol kaybı denir. RF analizörleri, yol kaybını ölçmeye ve kötü arazi ve hava koşullarında mobil kapsama kalitesinin sağlanmasına yardımcı olur. Tipik olarak iki adet el tipi RF analizörü kullanılır. Verici bir kazanç boynuzlu anten ile donatılmıştır. Alıcıya çok yönlü bir anten takılır, RTSA moduna ayarlanır ve hedef alanın etrafında sürülür (veya uçurulur).
Baz istasyonu kapsama alanı testi: 5G ve 6G çoklu giriş çoklu çıkış ve hüzmeleme kullandığından, RF analizörleri coğrafi koordinatlar, azimut ve yükseklik ile birlikte sinyal gücünü ölçmek için faz dizili antenlerle donatılmıştır.
Bileşen taşıyıcı gücü ölçümleri: Mobil sağlayıcılar, baz istasyonlarının optimum güçle iletim yaptığından emin olmak için bileşen taşıyıcı güç seviyelerini ölçmelidir. Mühendisler bu tür testler için RF analizörlerinin kanal tarama özelliklerini kullanabilir.
Havadan parazit testi: Diğer baz istasyonları, uydu yer istasyonları ve diğer radyo teknolojilerinden kaynaklanan parazit, mobil radyoda yaygın bir sorundur. RF analizörlerinin RTSA özellikleri bu tür parazitlerin tespit edilmesini sağlar.
Ağ kalitesi ve ışın performansı doğrulaması: RF analizör yazılımı, referans sinyal alınan gücü (RSRP), referans sinyal alınan kalitesi (RSRQ), alınan sinyal gücü göstergesi (RSSI) ve daha fazlası gibi temel performans ölçümlerini raporlayabilir.
Elektromanyetik alan (EMF) maruziyet değerlendirmesi: Telekom operatörleri, düzenleyici sınırlara uymak ve halk ve çalışanlar için güvenli bir ortam sağlamak için sahadaki EMF maruziyet seviyelerini doğrulamalıdır. RF analizörleri bu seviyeleri ölçmelerini sağlar.
Savunma ve elektronik savaş
RF analizörleri, çeşitli savunma ve elektronik savaş kullanım durumları için kullanılır:
- darbe modülasyonlu radar sistemlerinin test edilmesi ve karakterize edilmesi
- sinyal karıştırma veya elektromanyetik darbeler gibi saldırgan önlemlerin tespit edilmesi
- drone si̇nyali̇ tespi̇ti̇ ve kariştirma
Uydu yer istasyonu testi
RF analizörleri, amplifikatörlerin, frekans dönüştürücülerin, kablosuz sinyal kalitesinin, iletim gücünün ve daha fazlasının performansını doğrulayarak uydu testlerine yardımcı olabilir.
Girişim ve uyumluluk testi
Elektromanyetik parazit (EMI), ister kasıtsız ister kötü niyetli olsun, her türlü RF sisteminde önemli bir zorluktur. Günümüzün kalabalık frekans spektrumu ortamında sinyal avcılığı karmaşık hale gelebilir.
Ayrıca, elektromanyetik uyumluluk (EMC) testi, herhangi bir RF tabanlı ekipman veya tüketici cihazı için düzenleyici onaylar almak için gereklidir. RF analizörlerinin spektrum analizi ve kanal tarama özellikleri, bir cihazın yasaklanmış frekanslarda veya yasal sınırların üzerindeki güç seviyelerinde iletim yapmadığının belirlenmesine yardımcı olur.
RF analizörleri parazitlerin tespitine ve analizine ne şekilde yardımcı olur?
RF analizörleri, paraziti azaltmaya yardımcı olmak için aşağıdaki şekillerde kullanılabilir:
- Yönlü çubuk antenler ve coğrafi konum yazılımı ile donatılmış RF analizörleri, parazitli bir sinyalin kaynağını üçgenlemek için kullanılır.
- Gerçek zamanlı spektrum analizi yetenekleri, hızla kaybolan sinyallerin tespit edilmesini sağlar.
- Yüz binlerce FFT veri noktasını barındıracak geniş bir belleğe sahip yetenekli bir RF analizörü, 1 kHz gibi çok dar bir çözünürlük bant genişliğine izin verir. Bu, dar ve zayıf parazit sinyallerin tespit edilmesine ve gürültü tabanının azaltılmasına yardımcı olur.
Kablo testi
Birçok kritik RF uygulaması, sinyallerin fiziksel kablolar aracılığıyla iletilmesini gerektirir. Bunlar şunları içerir:
- kulelere veya direklere yerleştirilmiş antenlere giden besleme hatları
- RF alıcı-vericileri ve antenleri arasındaki bağlantılar
- yayın istasyonlarındaki çeşitli uç noktalara sinyal dağıtımı
- Kalite güvencesi amacıyla laboratuvar ve üretim ortamlarındaki test ekipmanları arasındaki bağlantılar
- parazit önleme
Kablo testi, mesafe-hata (DTF) ölçümü ve zaman alanı reflektometrisi gibi teknikleri kullanarak hataları ve hasarları arayarak RF kablolarının ve bağlantılarının bütünlüğünü ve performansını doğrulamak için çok önemli bir süreçtir.
FieldFox gibi el tipi RF spektrum analizörleri, bir kablonun uzunluğu boyunca sinyal empedansını görüntüleyebilir. Keskin açılar ve hasarlar, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi daha fazla yansıma, daha yüksek empedans ve daha az sinyal iletimi ile sonuçlanır.
Şekil 5. RF analizörü kullanılarak kablo arızaları ve kablo test sonuçları
Testlerinizde RF analizörlerinin gücünü kullanın
Bu makale, her türlü RF kullanım durumunu kapsamlı bir şekilde test edip doğrulayabilen bu güçlü ve çok yönlü ölçüm cihazlarına bir göz atmanızı sağladı.
RF testlerinizi ve uyumluluğunuzu iyileştirme konusunda uzman tavsiyesi ve ürün önerileri için bizimle iletişime geçin.
