La prueba de dos tonos es un medio para probar componentes y sistemas electrónicos, particularmente sistemas de radio , para detectar distorsión de intermodulación . Consiste en inyectar simultáneamente dos señales sinusoidales de diferentes frecuencias (tonos) en el componente o sistema. La distorsión de intermodulación generalmente ocurre en componentes activos como amplificadores , pero también puede ocurrir en algunas circunstancias en elementos pasivos como conectores de cable, especialmente a alta potencia.
La medición en pruebas de dos tonos se realiza más comúnmente examinando la salida del dispositivo bajo prueba (DUT) con un analizador de espectro con el que se pueden observar directamente los productos de intermodulación. A veces esto no es posible con sistemas completos y en cambio se observan las consecuencias de la intermodulación. Por ejemplo, en un sistema de radar el resultado de la intermodulación podría ser la generación de objetivos falsos.
Se puede probar un dispositivo electrónico aplicando una sola frecuencia a su entrada y midiendo la respuesta en su salida. Si hay alguna no linealidad en el dispositivo, esto provocará una distorsión armónica en la salida. Este tipo de distorsión consiste en múltiplos de números enteros de la frecuencia de la señal aplicada, así como en la frecuencia original que está presente en la salida del dispositivo. La distorsión de intermodulación puede producir salidas en otras frecuencias. Las nuevas frecuencias creadas por la intermodulación son la suma y diferencia de las frecuencias inyectadas y los armónicos de estas. Los efectos de intermodulación no se pueden detectar con pruebas de un solo tono, pero pueden ser tan o más indeseables que la distorsión armónica dependiendo de su frecuencia y nivel . [1]
También se pueden utilizar pruebas de dos tonos para determinar la discriminación de un receptor de radio. Es decir, la capacidad del receptor para distinguir entre transmisiones de frecuencia cercana. [2]
Los componentes del circuito, como los amplificadores, se pueden probar utilizando el método de dos tonos con una configuración de prueba como la que se muestra en la figura. Dos generadores de señales , configurados en dos frecuencias diferentes F1 y F2, se alimentan a un combinador de potencia a través de circuladores . El combinador debe tener un buen aislamiento para evitar que la señal de un generador se envíe a la salida del otro. Si esto sucede, puede producirse intermodulación en las partes no lineales del circuito interno del generador. Los productos de intermodulación resultantes darán un resultado falso a la prueba. Los circuladores están ahí para proporcionar aún más aislamiento entre los generadores y entre cualquier señal que pueda reflejarse desde el dispositivo bajo prueba (DUT) y el generador. Los circuladores tienen un puerto conectado a una carga resistiva para que actúen como aisladores . También se pueden proporcionar filtros de paso bajo en las salidas del generador para eliminar cualquier distorsión armónica. Estos armónicos podrían causar productos de intermodulación inesperados en el DUT, dando nuevamente resultados engañosos. La salida del DUT se envía a un analizador de espectro donde se observan los resultados, posiblemente a través de un atenuador para reducir la señal a un nivel que el instrumento pueda soportar. [3]
Generalmente se espera que los componentes pasivos, como cables, conectores y antenas, sean lineales y, por lo tanto, no puedan generar ninguna intermodulación. Sin embargo, especialmente a alta potencia, una serie de efectos pueden conducir a la no linealidad mediante la formación de una unión metal-semiconductor en lo que se supone que es una unión metal-metal. Estos efectos incluyen corrosión, oxidación de la superficie, suciedad y la simple falta de contacto mecánico completo. Algunos materiales pasivos son intrínsecamente no lineales. Estos incluyen ferritas , metales ferrosos y compuestos de fibra de carbono . [4]
La distorsión de intermodulación es un problema particularmente difícil en las estaciones base celulares de las redes celulares de telefonía móvil . Estos tienen que hacer frente a múltiples transmisiones en frecuencias muy espaciadas y es necesario garantizar que no interactúen entre sí. Una especificación típica es que los productos de intermodulación no deben exceder los −125 dBm en presencia de transmisiones de 40 dbm . Esto equivale al requisito de una relación señal/intermodulación de 165 dB , una especificación extremadamente estricta. Para lograrlo, los materiales y componentes deben elegirse con mucho cuidado y la instalación y el mantenimiento deben realizarse con un alto nivel. Del mismo modo, las pruebas de dos tonos de estos componentes deben realizarse con gran cuidado y precisión, ya que los productos de intermodulación en estos niveles bajos pueden generarse fácilmente y accidentalmente dentro de la configuración de prueba. [5]
Existe una norma internacional, IEC 62037 "Dispositivos pasivos de RF y microondas, medición del nivel de intermodulación", para medir la distorsión intermodulación de componentes pasivos. Las pruebas según el estándar garantizan que las especificaciones de diferentes fabricantes se realicen en las mismas condiciones y puedan compararse entre sí. [6] Los militares normalmente utilizarán sus propios estándares para las pruebas. Por ejemplo, los contratos de adquisiciones estadounidenses pueden especificar MIL-STD-461 . [7]
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En la figura se muestra una configuración de prueba adecuada para probar receptores en frecuencias de microondas . Los dos generadores de señales, F1 y F2, se combinan mediante un acoplador direccional en sentido inverso. Es decir, los dos generadores están conectados a lo que normalmente serían los puertos de salida acoplados y transmitidos respectivamente. La señal combinada aparece en lo que normalmente sería el puerto de entrada. La ventaja de utilizar un acoplador direccional en lugar de un simple circuito sumador es que el acoplador direccional proporciona aislamiento entre los dos generadores. Al igual que con la prueba de componentes, la inyección de otra señal en la salida de un generador de señales puede causar distorsión de intermodulación dentro del generador. Los aisladores se incluyen en la configuración de prueba al igual que en la prueba de componentes. [10]
La señal de prueba combinada se puede inyectar directamente en el receptor si la antena es extraíble. Se puede utilizar un segundo acoplador direccional, conectado en la configuración convencional, para proporcionar una alimentación de la entrada a un analizador de espectro. Esto permite confirmar que la señal de entrada está libre de productos de intermodulación. Si la señal de prueba no se puede inyectar directamente, por ejemplo, porque el receptor utiliza una antena activa , entonces la señal de prueba se transmite a través de su propia antena transmisora. Se puede proporcionar una alimentación para un analizador de espectro conectando una antena receptora a su entrada. Las pruebas realizadas mediante este último método normalmente se realizan en una cámara anecoica para evitar transmitir la señal de prueba al mundo en general. [11]
Las consecuencias de la distorsión por intermodulación dependen de la naturaleza y finalidad del receptor. Para un equipo que recibe audio, esto puede manifestarse como una señal de interferencia que hace que la estación deseada sea ininteligible. En un receptor de radar, puede manifestarse como una detección falsa de un objetivo. [12]
Para los transmisores diseñados para la transmisión de voz o música, se pueden inyectar dos frecuencias dentro de la banda de audio en la entrada normal del transmisor. La salida del transmisor se puede examinar con un analizador de espectro para buscar productos de intermodulación. Este tipo de prueba de extremo a extremo prueba la no linealidad de todas las partes del transmisor: desde la etapa de audio, pasando por la mezcla y el amplificador IF , hasta el amplificador de potencia de RF final . Asimismo, a un transmisor utilizado para pasar datos se le pueden inyectar dos frecuencias dentro de la banda base del flujo de datos. En algunos casos, no hay ninguna entrada accesible a un transmisor. Los transmisores de radar, por ejemplo, no reciben información; El circuito que genera la señal del radar es interno al transmisor. En tales casos los tonos deben inyectarse en algún punto interno del dispositivo, o bien los amplificadores y otras etapas deben probarse como componentes separados. [13] Se puede conectar una carga ficticia a la salida del transmisor para evitar que realmente transmita, y se puede utilizar un acoplador direccional, posiblemente junto con un atenuador, para proporcionar alimentación al analizador de espectro. [14]
El espacio de frecuencia entre los dos tonos tiene cierta importancia en las pruebas de transmisores. El espaciado determina si los productos de intermodulación estarán dentro de banda o fuera de banda . Es decir, si ocurren o no dentro de la banda para la que está diseñado el transmisor. La intermodulación dentro de banda es problemática porque interfiere con el funcionamiento del transmisor. Sin embargo, la intermodulación fuera de banda puede ser un problema aún mayor. En la mayoría de los países, la autoridad de telecomunicaciones otorga licencia al operador para utilizar frecuencias específicas. Es necesario suprimir prácticamente por completo las señales fuera de banda. Sin embargo, la mayor diferencia de frecuencia entre la señal deseada y la no deseada hace que los productos de intermodulación fuera de banda sean relativamente fáciles de eliminar con filtros . [15]
Así como dos tonos proporcionan una prueba más realista que un solo tono, se pueden utilizar pruebas de múltiples tonos para simular aún mejor el comportamiento de una señal real. La idea es distribuir los tonos en el ancho de banda de la señal real con una densidad de potencia de frecuencia similar. Para obtener resultados precisos, es importante tener en cuenta la fase de los tonos entre sí. Generalmente no es deseable que los tonos estén en una relación de fase sincronizada ya que esto puede dar resultados engañosos. Por esta razón, a menudo se intenta generar tonos con fases aleatorias en pruebas multitono. [dieciséis]