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Mediciones de fase, unas técnicas de calibración cruciales

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Opciones de calibración de alta frecuencia

El enfoque de calibración tradicional pretende presentar un estándar conocido, como Short-Open-Load-Through (SOLT) o Short-Short-Short-Through (SSST). Los estándares compensan las pérdidas internas y permiten medir las características del dispositivo. Ahora, la Figura 3 muestra los algoritmos de calibración, así como sus ventajas y desventajas.

Figura 3: Algoritmos de calibración comunes.
Figura 3: Algoritmos de calibración comunes.

Con las técnicas de calibración, hay que abordar muchas incertidumbres, como ruido de fondo, ruido de traza y errores de calibración residuales. Sin embargo, las dos más importantes a frecuencias altas, como mmWave, son deriva y repetibilidad.

SOLT/SOLR no se suelen recomendar para frecuencias superiores, debido a la dificultad de crear un estándar abierto razonable más allá de 65 GHz. Una brida de guía de ondas abierta irradia con bastante eficiencia. El resultado es la inestabilidad y una pérdida de retorno relativamente alta. Un estándar de circuito abierto coaxial tiene que usar un enfoque cerrado. En el extremo abierto del conductor interno, se forma la capacidad marginal dependiente de la frecuencia. Incluso si se pudiera construir físicamente un estándar abierto con longitud cero, se podría producir una capacidad marginal. Se puede crear un cortocircuito coaxial con casi todas las características ideales, haciendo posible la reflexión total de la energía incidente. En el cortocircuito, habrá un offset de pequeña longitud. En coaxial, un corto con longitud cero y una apertura perfectamente blindada exhiben una separación de fase de 180 °, en tanto que una carga compartida ofrecerá una separación de magnitud de 40 a 50 dB desde el corto al abierto.

Para las guías de ondas, se recomienda el enfoque SSST/SSSR con frecuencias más altas, ya que no se requiere un estándar de carga. El conocimiento de la precisión de las longitudes de offset de corto también resulta algo crítico.

Los nuevos métodos de calibración se han desarrollado para diseños mmWave. Hasta la fecha, los ingenieros sólo tenían acceso a los ficheros de los coeficientes de cálculo (CCF). Los valores de inductancia y capacidad para los abiertos y los cortos del kit de calibración, con longitudes compensadas para ellos, se incluían en estos archivos. Todos los datos estaban modelados, por lo que los residuos eran altos.

Figura 4: Información estándar proporcionada por el método de calibración tradicional.
Figura 4: Información estándar proporcionada por el método de calibración tradicional.

Una nueva forma de kits de calibración, definida popularmente como un kit de calibración de base de datos, contiene el parámetro-S exacto frente a la respuesta de frecuencia de cada componente del kit de calibración. El resultado es un menor número de errores residuales en el cálculo y una mayor precisión total de los algoritmos de calibración. Al usuario se le suministra la relación entre el parámetro-S y la respuesta de frecuencia en lugar de solamente los coeficientes de cálculo (CCF). Esto se puede hacer a partir de simulación electromagnética (EM) o mediante medidas de transferencia y/o reales, realizadas en las instalaciones del fabricante. Un menor rizado es otro objetivo, ya que ayuda a mejorar las medidas. La Figura 5 muestra un ejemplo de las entradas del kit de calibración de base de datos.

Figura 5: Ejemplo de entradas de kit de calibración de base de datos.
Figura 5: Ejemplo de entradas de kit de calibración de base de datos.

Estas técnicas de calibración se realizan a través de cable coaxial de alto rendimiento, guía de ondas o en oblea.

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