I tecnici e gli ingegneri che si occupano dell'installazione e della manutenzione di sistemi wireless si trovano quotidianamente a fare i conti con una varietà di elementi che sono altrettante potenziali cause di malfunzionamento del sistema complessivo. Tra questi elementi citiamo antenne, cavi, filtri, multiplexer, amplificatori, isolatori, circolatori e amplificatori a basso rumore. In aggiunta, questi tecnici sono in genere alle prese con sistemi a radiofrequenza e a microonde che operano dalla banda broadcast (100-800 MHz) fino alla banda Ku (una porzione della banda K che va da 12 a 18 GHz) dei radar. Infine, tutti coloro che si occupano di manutenzione, sia in campo civile che in quello militare, si trovano spesso nelle condizioni di dover valutare e isolare i guasti in tempi brevi in sistemi avionici già pronti per l'installazione (package) senza rimuoverli dalla struttura meccanica del velivolo.In tutti questi casi, le prestazioni di un sistema a radiofrequenza o a microonde dipendono da una notevole serie di componenti di elevata precisione, molti dei quali sono soggetti, sul lungo periodo, agli effetti dovuti all'invecchiamento e alle condizioni atmosferiche. Per esempio cavi, antenne, filtri e interconnessioni si deteriorano nel corso del tempo a causa di fenomeni di corrosione, umidità e invecchiamento naturale. Inoltre, per ottimizzare la copertura di un sistema di comunicazioni wireless, i percorsi di trasmissione e di ricezione devono prevedere componenti in grado di separare i segnali al fine di evitare interferenze, garantire la conformità con le maschere spettrali (spectrum mask) adottate in campo industriale e soddisfare le esigenze in termini di range dinamico. Le misure e la regolazione di precisione di dispositivi a due porte come ad esempio filtri a cavità, combinatori, multiplexer e così via (necessari per attenuare le problematiche di co-locazione e consentire ai sistemi di soddisfare le normative contenute negli standard di conformità alle emissioni) sono operazioni da effettuare direttamente sul posto (on-site) e spesso devono essere completate in ambienti particolarmente difficili, come ad esempio all'interno degli alloggiamenti dei transceiver (bay), in prossimità di linee di volo attive oppure sulla sommità delle torri d'antenna.
Soluzioni di test con più strumenti
La complessità e la varietà delle misure richieste per l'installazione e la manutenzione di reti wireless hanno dato origine a numerose problematiche di collaudo. Ingegneri, tecnici e altro personale qualificato che opera in questo settore hanno fatto tradizionalmente ricorso a soluzioni basate su un certo numero di “ingombranti” strumenti da banco più adatti per l'ambiente produttivo che per uso esterno. Analizzatore di strumenti vettoriale (Vna), riflettometro nel dominio del tempo (TDR), analizzatore di modulazione e analizzatore di spettro sono gli strumenti più utilizzati. Un analizzatore Vna viene impiegato per misurare i parametri S sui componenti in coassiale e guide d'onda, al fine di identificare eventuali deterioramenti. Il TDR viene impiegato per identificare guasti su cavi, comprese le discontinuità di lieve entità, che si potrebbero verificare a causa si connessioni imperfette, presenza di umidità, corrosione o altri effetti imputabili all'invecchiamento. Gli analizzatori di spettro sono richiesti per analizzare lo spettro elettromagnetico e rilevare le fonti di interferenza. Gli analizzatori di spettro che includono l'analisi di segnali modulati sono infine utilizzati per verificare le prestazioni del sistema in termini di deviazione in frequenza, ampiezza di banda occupata, conformità alle emissioni, bande laterali e altri parametri.
Anche se configurazioni di test del tipo appena descritto sono in grado di effettuare le misure necessarie, sussistono alcune limitazioni. Poiché è richiesto un gran numero di strumenti - a causa del fatto che parecchi di essi sono dedicati e quindi non in grado di effettuare tutte le misure - è necessario configurare “carrelli di strumentazione” pesanti e di notevoli dimensioni. Ciò rende difficile, se non impossibile, l'impiego di una soluzione tipicamente “da banco” sul campo o in ambienti dove esistono problemi di altezza o limitazioni di spazio. Senza dimenticare il fatto che per utilizzare strumentazione da banco sul campo è necessario disporre di un cavo di alimentazione c.a. o perfino di un generatore portatile per alimentare l'apparato. Un altro problema che sorge con l'uso sul campo degli strumenti da banco è derivato dal fatto che i loro display non sono stati progettati per l'uso alla luce solare. In parecchi strumenti, l'angolo di visualizzazione non è ottimizzato per uso esterno, specialmente nel caso si stia operando su sistemi dove lo spazio di accesso fisico è limitato. A causa di questi problemi, la visualizzazione dei risultati può essere problematica. Dal punto di vista degli investimenti, l'acquisto di strumenti da banco da utilizzare sul campo non è certamente la scelta ottimale. Questi strumenti, di solito piuttosto costosi e non ingegnerizzati per uso esterno, possono essere soggetti a danni e deterioramenti provocati da agenti atmosferici esterni. La soluzione ottimale per i responsabili del personale che si occupa del funzionamento delle reti wireless impiegate nei più svariati settori, militare, aeronautico, broadcast e commerciale, è rappresentata da un unico strumento espressamente ideato per soddisfare requisiti stringenti in termini di prestazioni e verifica di conformità. Esso deve abbinare doti di portabilità e durata, oltre a garantire prestazioni spinte e la possibilità di effettuare tutte le misure necessarie.
Analizzatori di reti vettoriali portatili
Per soddisfare nel modo migliore possibile le esigenze legate all'assistenza e all'installazione sul campo, Anritsu ha sviluppato gli analizzatori di reti vettoriali portatili modelli MS202xC/3xC e MS202xB/3xB della serie Vna Master.
Questi nuovi strumenti integrano tutte le caratteristiche chiave richieste dai tecnici operanti nel comparto della radiofrequenza e delle microonde per espletare compiti di manutenzione e ricerca di interferenze in una vasta gamma di applicazioni sul campo. Operanti nel campo di frequenze comprese tra 5 kHz e 20 GHz, la serie MS202xC/3xC mette a disposizione la più estesa ampiezza banda rispetto a qualunque Vna di tipo portatile. Dal punto di vista delle prestazioni, questi analizzatori possono competere con i Vna da banco mentre in termini di funzioni di misura possono sostituire diversi strumenti da laboratorio come ad esempio analizzatori scalari, voltmetri vettoriali, misuratori di potenza e analizzatori di spettro. La tecnologia utilizzata per la realizzazione degli analizzatori Vna Master è ottimizzata per le misure di precisione dei parametri S necessarie per una verifica accurata di cavi antenne e filtri. Gli analizzatori portatili MS20xC/3xC sono Vna a due porte che consentono di determinare simultaneamente tutti i parametri S. Un algoritmo per la correzione degli errori su 12 termini consente agli strumenti della linea MS202/3xC di garantire un livello di accuratezza nella misura dei parametri S all'incirca 10 volte superiore rispetto a quello di uno strumento scalare. L'architettura a 2 porte consente la misura delle caratteristiche differenziali di dispositivi seriali ad alta velocità. Gli strumenti MS202/3xC permettono anche di eseguire misure di guide d'onda dispersive. La velocità di sweep (spazzolamento) minima di 350 μs/pt assicura aggiornamenti della visualizzazione in tempo reale in fase di regolazione dei filtri. Questi strumenti sono caratterizzati da un range dinamico maggiore di 95 dB per le misure sui filtri, dispongono di risorse avanzate di analisi nel dominio del tempo per le misure sui materiali e di funzionalità TDR. Il gating nel dominio del tempo (in pratica la finestratura temporale) per l'isolamento e la localizzazione dei problemi durante l'analisi Dtf (Distance-to-Fault), ovvero distanza da un guasto) rende questi Vna particolarmente adatti per l'isolamento e la localizzazione di problemi che sorgono in cavi lunghi di difficile accessibilità, nonché per l'analisi “phase matching” dei cavi, quando richiesto.
Analisi di reti vettoriale e di spettro
Oltre all'analisi di rete vettoriale, i modelli MS203xC della linea Vna Master permettono di effettuare l'analisi di spettro, funzionalità solitamente appannaggio degli strumenti da banco. Due versioni - in grado di coprire la gamma di frequenze da 9kHz a 9GHz e a 20GHz rispettivamente - sono in grado di rilevare qualsiasi segnale presente, anche di ridotta intensità e proveniente da sorgenti di interferenza. Utilizzando il preamplificatore standard, il valore tipico di sensitività del livello di rumore medio visualizzato dallo strumento o Danl (Display Average Noise Level) è pari a -160 dBm con banda di risoluzione di 1Hz. Il range dinamico è superiore a 104 dB con banda di risoluzione di 1 Hz. Il rumore di fase a 1 GHz è pari a -100 dBc/Hz a 10kHz dalla portante, in modo da consentire al personale che opera sul campo di utilizzare MS203xC per rilevare interferenze e ricercare segnali non autorizzati.
Soluzioni specifiche al di sotto di 6 GHz
Caratterizzati da un rapporto tra prestazioni e prezzo decisamente competitivo, i modd. MS202xB/3xB della serie Vna Master sono stati progettati per mettere a disposizione tutte le risorse necessarie a coloro che devono operare a frequenze uguali o inferiori a 6 GHz. Essi abbinano la stessa gamma di funzioni della serie MS202xC/3xC limitatamente alle frequenze al di sotto dei 6GHz, e dispongono di un display touchscreen LCD di tipo TFT realizzato in tecnologia resistiva in modo da poter essere utilizzati da operatori che indossano guanti. Entrambe le famiglie di analizzatori sono state costruite per l'impiego sul campo: gli strumenti sono ospitati in un alloggiamento particolarmente robusto in grado di funzionare nell'intervallo di temperatura compreso tra -10 e +55 °C, sono operativi in solo cinque minuti e integrano una batteria che può essere sostituita sul campo e che permette l'utilizzo per un massimo di tre ore senza necessità di ricarica.
Massima libertà di utilizzo
Per garantire le prestazioni richieste, tecnici e ingegneri preposti all'installazione e alla manutenzione di reti wireless hanno fino ad ora fatto ricorso a strumenti da banco. Sebbene una soluzione che prevede la presenza di più strumenti da banco possa risultare adeguata alle esigenze di collaudo, il suo impiego dà origine a numerosi problemi e limitazioni: in alcuni casi non è materialmente possibile far funzionare sul campo una soluzione di tal genere, a causa delle limitazioni di spazio o di alimentazione in c.a.. Gli analizzatori di spettro e i Vna portatili non sono certo una novità, ma finora nessun costruttore prima di Anritsu aveva proposto strumenti operanti nei range di frequenza che arrivano alle bande Ku/K. Grazie agli strumenti della serie Vna Master è possibile sostituire le ingombranti e obsolete apparecchiature da banco con dispositivi portatili di semplice uso, in modo da consentire agli utilizzatori di operare con la massima libertà nei siti di interesse e realizzare misure rapide e precise per la ricerca di guasti, l'installazione e la manutenzione di routine su qualsiasi rete wireless operante entro i 20 GHz.
