Información de fondo
La empresa para la que trabajo construye hardware de RFID activa que debe cumplir la normativa definida en la norma ETSI EN 300 220 ( Parte 1 ). Nuestra frecuencia de trabajo es de 433,92 MHz. Soy responsable de realizar las comprobaciones previas a la conformidad y hasta ahora hemos completado todas las pruebas del lado del transmisor, excepto las mediciones de potencia transitoria. Tengo problemas para entender lo que se espera en el requisito de medición de la potencia transitoria en el ETSI.
Este documento es bastante largo ya que soy nuevo en preguntar cosas aquí y estoy dando toda la información que puedo reunir de lo que hice hasta ahora. Las preguntas principales están al final.
No soy ingeniero de RF, pero investigué sobre los analizadores de espectro y las técnicas básicas de medición antes de empezar las pruebas. Me siento cómodo con la terminología básica de los analizadores de espectro.
Configuración de la prueba
Estamos haciendo las pruebas de forma dirigida. Para los equipos de antena interna, preparamos muestras con un conector temporal de 50 ohmios. Es posible que esto no se ajuste a los métodos de algunas cláusulas, pero sólo nos sirve para hacernos una idea de nuestros límites superiores.
Para las medidas que estoy utilizando:
- Analizador de señales Agilent N9010A EXA
- Fuente de alimentación para alimentar nuestro equipo (no recuerdo la marca)
- Generador de señales vectoriales R&S SMBV100A (sólo para la medición de pérdidas de cable, para esta prueba)
La ruta de la señal al analizador de señales consiste en un cable coaxial de 11 GHz y un atenuador de 15 dB (<5 GHz) junto con los adaptadores SMA adecuados y un bloque de CC. He barrido las frecuencias de 100 kHz a 4 GHz conectando el generador de señal al analizador utilizando la misma ruta de señal y la respuesta en frecuencia fue casi plana (menos de 1 dB de cambio a lo largo de las frecuencias barridas).
Método de medición
El método definido por el ETSI se encuentra en la norma EN 300 220-1 (p.33, cláusula 7.5.2).
Según el método ETSI que se aplica a nuestro sistema:
- No se utiliza ninguna modulación ya que nuestro esquema de modulación tiene una envolvente constante.
- El transmisor se encenderá y apagará con un ciclo de trabajo y un periodo predefinidos.
- Las mediciones se realizarán en el modo Zero-Span con una frecuencia central posicionada en los desplazamientos apropiados de la frecuencia portadora. En nuestro caso, la primera medición se realizará a f + 200 kHz.
- El RBW del analizador de señales se ajustará a 120 kHz.
- El método de la ETSI requiere el uso de un detector de cuasi-pico, pero el analizador de señales al que tengo acceso no emplea uno, así que utilizo el detector de "pico (máximo)" sabiendo que habrá diferencia.
Se requiere que el método se realice en dos pasos (citando al ETSI tal cual):
Paso 1
El transmisor deberá funcionar encendiéndose y apagándose (por ejemplo, cambiando entre el estado activo y el de espera) al menos 5 veces en un período máximo de 60 segundos. El tiempo de encendido y apagado recomendado es de al menos 1 s respectivamente. Si se utilizan otros tiempos de encendido y apagado, se indicará en el informe de ensayo.
El nivel de potencia medido se registrará durante el período de medición, cubriendo al menos 5 eventos de encendido y apagado para la configuración del receptor de medición por encima y por debajo del canal deseado.
Si el nivel de potencia máxima resultante en el paso 1 está por encima del límite de dominio espurio (cláusula 7.8.3), se realizará el segundo paso de medición.
Paso 2
En la segunda medición, el procedimiento se repetirá con los mismos ajustes del receptor de medición, mientras que el transmisor se pondrá en transmisión continua. Si esto no es posible, las mediciones se llevarán a cabo en un período más corto que la duración de la ráfaga transmitida modulada.
El nivel de potencia medido se registrará para el período de medición idéntico al del paso 1 para la configuración del receptor de medición por encima y por debajo del canal deseado.
El paso 1 de la medición se repetirá dentro de la máscara del espectro cada 120 kHz desde el punto ajustado primariamente a ambos lados de las frecuencias deseadas, hasta que se compruebe claramente que no aparecen aumentos de potencia o superaciones de los límites, o hasta que el desplazamiento de la frecuencia respecto a la frecuencia deseada supere los 2 MHz.
Los límites mencionados son de -36 dBm para nuestro caso. Y el DUT funciona con un nivel de potencia de la portadora de 10 dBm (50 ohmios adaptados).
Lo que hice
En primer lugar, he configurado el dispositivo para que funcione con diferentes combinaciones de ciclo de trabajo/periodo para ver si hay alguna diferencia en la forma de onda que estoy midiendo en el modo cero-span debido a cualquier inestabilidad relacionada con el dispositivo. Como esperaba, no había ninguna diferencia importante, así que seguí utilizando periodos de ráfagas más pequeños que los indicados en la norma ETSI (10 segundos para una sola medición me pareció demasiado).
El ancho de banda de modulación de nuestros dispositivos es de unos ~200 kHz y nuestros productos entran en la categoría de banda ancha definida por el ETSI en el documento correspondiente. El ETSI exige que las mediciones transitorias se realicen a partir de +100 kHz del borde del ancho de banda de modulación. Esto se traduce en +200 kHz desde la frecuencia portadora para nosotros. Por lo tanto, las mediciones que realicé, generalmente cubrían desplazamientos a partir de +200 kHz hasta +2,2 MHz en pasos de 120 kHz (Paso 2).
A continuación se muestran las imágenes de mis mediciones preliminares realizadas con la frecuencia portadora a 433,166 MHz con una potencia de salida de 10 dBm: 
He medido en las siguientes configuraciones para ver si hay alguna correlación importante entre las mediciones y las configuraciones específicas:
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Medición con la rampa del amplificador de potencia aplicada (básicamente sube la potencia en pasos discretos cuando se enciende el transmisor), y la rampa del PA desactivada. Por supuesto, hay una diferencia entre las dos mediciones, ya que la rampa del amplificador de potencia suprime un poco los picos transitorios que observo, pero no tanto como cabría esperar.
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La medición en diferentes canales para ver si el dispositivo tenía un "canal preferido de funcionamiento" en términos de respuesta transitoria, no vio ninguna diferencia importante en cuanto a las mediciones de potencia transitoria.
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Mediciones con diferentes VBW. Normalmente utilizo un VBW al menos con una relación VBW/RBW de 2:1 a menos que esté midiendo señales continuas. Pero, sólo para experimentar, bajé el VBW por debajo del RBW y -como era de esperar- los picos transitorios desaparecieron lentamente.
Así que, mirando las imágenes anteriores, los "picos" en los bordes de la ráfaga son exactamente lo que se entiende por los "efectos transitorios". Mi interpretación de los picos es la siguiente -no dude en comentarlo, ya que no estoy del todo seguro-:
Al ajustar el RBW y la frecuencia central, básicamente formo un receptor de banda limitada centrado en un desplazamiento alejado de la frecuencia portadora del transmisor. Aunque el ancho de banda no cubra la frecuencia portadora, el filtro RBW tiene un tiempo de respuesta finito, como todos los filtros, y tarda un pequeño tiempo finito en dar su respuesta estable, de ahí los altos picos en los bordes. Esencialmente, mi analogía es pensar en esto como un efecto capacitivo e inductivo en un filtro eléctrico de onda cuadrada. Así, los picos están directamente correlacionados con las características del filtro RBW.
Los problemas
1. Los picos no desaparecen
He mirado en pasos de 120 kHz en desplazamientos que llegan hasta 2 MHz de distancia del desplazamiento inicial, las potencias máximas medidas no bajan de -36 dBm en absoluto. He cambiado un poco el procedimiento de medición para ver los efectos transitorios en el modo de analizador de espectro (span no nulo). A continuación se muestra la medición en la que me aseguré de capturar los máximos transitorios (comprobé si coincide más o menos con la medición de span cero en diferentes offsets), los niveles pueden ser diferentes a las mediciones que mostré antes ya que lo hice en otro canal con diferente configuración.
El trazo azul es con la rampa PA activada, el trazo amarillo es con la rampa PA desactivada: 
2. Ambigüedad en el paso 1 y el paso 2 mencionados en el ETSI
No consigo entender el papel del paso 2 en una medición de potencia transitoria. En mi caso, al poner el transmisor en modo de transmisión continua se obtiene una transmisión continua de la frecuencia portadora. La medición de esto en un RBW de 120 kHz, se puede hacer en el modo de analizador de espectro y resultaría en una traza con la forma del filtro RBW centrada en la frecuencia de la portadora (más o menos, ignorar las impurezas espectrales alrededor de la portadora).
En el apartado 7.5.3 de la norma EN 300 220-1, relativo a los límites, se dice lo siguiente
En todas las frecuencias en las que los niveles de emisión medidos en la etapa 1 superen los límites de la máscara espectral del ancho de banda de modulación (véase la cláusula 7.7.3) para los equipos de banda ancha o los límites del dominio no esencial (cláusula 7.8.3) para los equipos de banda estrecha, el nivel de potencia medido en la etapa 1 no superará el nivel de potencia medido en la etapa 2 en más de 3 dB.
Así que, si lo he entendido bien, aunque las mediciones del paso 1 superen los límites, si no superan la medición del paso 2 más de 3 dB, está bien. De todos modos, esto no resuelve el problema, ya que en mi caso, la medición de la portadora CW (paso 2) cae rápidamente después de un desplazamiento de 120 kHz, mientras que las mediciones transitorias del paso 1 se mantienen durante más de 4 MHz.
Las preguntas (por fin)
1. ¿Está permitido utilizar un VBW bajo en la medición de la distancia cero?
En mi opinión, esto sería hacer trampa. Porque creo que el VBW esencialmente suaviza lo que se muestra en la traza y en el modo de cero-span, esto es como suprimir los transitorios con fuerza bruta. Sin embargo, funciona, los transitorios se van y la potencia cae por debajo de -36 dBm rápidamente después del offset primario. Pero esencialmente lo que mido es exactamente lo mismo que si hiciera la medición en una señal continua. No se ve ningún efecto transitorio en el espectro en absoluto.
La razón por la que pienso en esta opción es este informe que he encontrado en el que hicieron exactamente eso (se refieren a la misma versión de la norma ETSI que yo). Utilizaron 100 kHz RBW y 3 kHz VBW, lo que resultó en absolutamente ningún pico transitorio.
Además, TI tiene un informe para cumplir con el ETSI (aunque no está actualizado, no especifica el RBW en ese) en el que eligieron 10 kHz RBW para hacer las mediciones, que también suprime más los transitorios.
2. ¿El uso del detector de cuasi-pico suprimiría los transitorios drásticamente?
Como ya he dicho, hice las mediciones con detección de pico máximo, lo cual no está permitido (si he entendido bien la cláusula 7.5.2 del ETSI). Por lo tanto, si repito las mediciones con el detector de cuasi-pico, ¿crees que los picos transitorios bajarían en una cantidad razonable?
En las notas de aplicación AN818 y AN445 de SiLabs, se muestran las mediciones transitorias con un VBW más alto, que cumplen pero por el aspecto de los transitorios de potencia presentados, parece que su aplicación de prueba tiene tiempos de rampa de subida y rampa de bajada del PA relativamente largos.
3. ¿Estoy haciendo algo conceptualmente incorrecto?
Como ninguno de los informes que he encontrado en Internet tiene problemas con las mediciones de transitorios (ni siquiera subrayan la importancia del VBW), empecé a pensar que tal vez no sé lo que estoy haciendo (y esta es una de las razones por las que me tomé el tiempo de explicar a fondo lo que pienso sobre el tema). O quizás no entendí del todo las especificaciones del documento del ETSI.
