Josef Wolf, ansvarig utvecklingschef för spektrum- och nätverksanalysatorer hos Rohde & Schwarz tror inte på PXI-lösningar för avancerade radiomätinstrument för högre frekvenser.  Därför fortsätter företaget att satsa på integrerade, kompletta instrument.

– PXI eller ”one box”-instrument? PXI kan vara en lösning, men det hela beror på vad kunden vill ha. PXI är i princip inget annat än en digital buss. När det gäller radioinstrument för ”high end”-segmentet är PXI inget lämpligt format. Det blir problem med både utrymme och kylning. PXI kan eventuellt passa för mellansegmentet av RF-instrument, men det är inget vi satsar på.
Utrymme och kylning är aspekter som kommer in på konstruktionsstadiet. Vad Josef Wolf trycker ännu starkare på är instrumentens handhavande:
– PXI-modulerna kan liknas vid ett legosystem som ger många möjligheter. Att sätt samman avancerade PXI-moduler är något som få kunder klarar av. Om de inte har nödvändiga kunskaper måste de anlita konsulter med expertkunskap. Detta kostar pengar. Visserligen uppnår man en flexibilitet, men kunden behöver dyrbar support för programmering och underhåll. Det handlar om kundnöjdhet.
– Ett allt viktigare krav från kunderna är snabbhet:  Denna kan bäst optimeras  internt i instrumentet. Observera att jag inte är helt emot modullösningar. R&S har exempelvis tagit fram signalgeneratorn SGS  som har ”halv 19 tums” bredd och är en enhet hög. Den har inga knappar på frontpanelen utan styrs helt från en dator. En modul behöver inte ha PXI-format!

Allt högre frekvenser
Frågan om att välja rätt byggsätt och format blir allt mer tillspetsad ju högre frekvenser det handlar om.
– Kunderna börjar alltmer fråga efter instrument som klarar 28 GHz och ända upp till 70 GHz. Utvecklingen av 5G och MIMO, med höga datahastigheter är några av drivkrafterna.
Rohde & Schwarz topp-produkt bland spektrumanalysatorer heter FSW. Den har det lägsta fasbruset och högsta dynamiken och finns idag i versioner upp till 67 GHz. Helt nyligen presenterade R&S en option för att få 500 MHz bandbredd, vilket är högst på marknaden bland spektrumanalysatorer.
– 500 MHz bandbredd kan låta extremt mycket, men vi har idag kunder som skulle vilja ha 1 GHz och vi siktar på att nå  2 GHz bandbredd.
Att sträcka ut frekvensområdet upp till 67 GHz kräver förstås speciella tekniker:
– Det handlar exempelvis om utformningen av YIG-filter, ingångssteg (”front end”) och dämpsats.
På frågan om R&S använder komponenter i galliumarsenid (GaAs) eller indiumfosfid (InP) blir svaret lite överaskande kiselgermanium (SiGe)!
– Det är fullt möjligt att åstadkomma SiGe-komponenter med en transitfrekvens (ft) upp till 500 GHz!
Tillräckligt bra halvledarkomponenter för instrumentens ingångsdel, fasdetektorer, frekvensdelare och för A/D-omvandlare finns inte att köpa på öppna marknaden. Dessa utvecklar R&S i eget renrum. Exempelvis tog R&S fram en A/D-omvandlare som kunde klockas med 10 GHz och som då ger mer än 6 effektiva bitars upplösning. Denna kom att bli kärnan i de oscilloskop man introducerade för några år sedan.
Äldre spektrumanalysatorer var uppbyggda likt dåtidens radiomottagare, med kristallfilter i mellanfrekvensdelen vilka bestämde upplösningsbandbredden.  Numera är tekniken ”software defined radio” vilket innebär att man samplar med en A/D-omvandlare och utför filtrering och detektering i en efterföljande ASIC eller FPGA.
För att kunna sampla med 500 MHz bandbredd i FSW har R&S utvecklat en 12 bit A/D-omvandlare som samplas med 1,25 GSa/s. Vid lägre bandbredder samplar man med 14 – 16 bit A/D-omvandlare.

Realtidsanalys
Genom att sampla att större frekvensområde kan man göra FFT av detta för att uppnå realtidsanalys.
– FFT-analyserna måste överlappa varandra och det gäller att ha god datorkapacitet för att kunna räkna fram så att man får ett kontinuerligt flöde. Realtids spektrumanalys har blivit mycket efterfrågad och krävs för analys av en radio för multistandard. Exempelvis vill man kunna undersöka om GSM och WCDMA stör varandra.

Snabba detektorer
Tack vare att signalbehandlingen görs i en ASIC eller FPGA ges stor valfrihet i hur signalerna skall detekteras: Toppvärde, minsta toppvärde, medelvärde, RMS eller quasi-peak.
I mätmottagaren ESR, avsedd för att mäta på störningar exempelvis inför en EMC-kvalificering (ESRP för precompliance), har man en quasi-peak-detekter utförd med ”firmeware”. Tack vare detta är detektorn 6000 gånger snabbare än en analogt utförd detektor! Den senare kräver ca 2 sekunder per mätning. Det betyder att användaren av instrumentet mycket snabbt kan genomföra mätningar som annars skulle ha tagit timmar att genomföra.

Multiports VNA
Josef Wolf berättar att utvecklingen inom vektoriella nätverksanalysatorer (VNA, vector network analyzer) går mot att använda allt fler portar.
– Mobiltelefoner arbetar på allt fler frekvensband, enligt olika tekniker och standarder. Till det kommer nu dessutom ”carrier aggregation”.  Därför har det uppstått ett behov av VNA med 20 portar eller mer. Till analysatorn ZNB (som lanserades för två år sedan) presenterade R&S nyligen en tillsats för att få 48 portar.
– Lösningen är unik, framhåller Josef Wolf. Det som krävs är en lösning som är snabb, enkel att använda, som kopplas om elektroniskt utan förluster och som kan ge mycket goda mätprestanda.  Exempelvis får man möjlighet att med en enkelt utförd mätning se vad som händer mellan port 19 eller 13.
ZVB går upp till 40 GHz. För den som kräver högre frekvenser finns ZVA, t ex universiteten. Med en yttre konverter kan man utföra mätningar upp till 500 GHz. 

Lättare att använda
Ett generellt problem i västvärlden är att allt färre personer nu studerar RF-mätteknik.
– Därför måste vi se till att våra instrument blir allt lättare att använda. Vi spenderar mycket på att utforma användargränssnitten och på utbildning. Fast, till syvende som sist, användaren av instrumentet måste veta vad det gör och hur för att undvika mätfel!

Filed under: Utländsk Teknik