Un analizador de redes vectoriales (VNA) puede medir una antena, un filtro o un amplificador con una exactitud notable, pero también puede entregar curvas impecables y totalmente equivocadas. La diferencia casi nunca está en el instrumento: está en la calibración, en el estado de los conectores y en entender qué representa cada parámetro S. Esta guía práctica está pensada para ingenieros de pruebas, calidad y desarrollo que trabajan con RF en plantas de electrónica, automotriz y telecomunicaciones.
Parámetros S: el lenguaje del VNA
El VNA envía una señal de estímulo conocida al dispositivo bajo prueba (DUT) y mide, en magnitud y fase, lo que se refleja y lo que se transmite en cada puerto. En un dispositivo de dos puertos se obtienen cuatro parámetros de dispersión:
- S11: reflexión en el puerto 1 (pérdida de retorno, VSWR, impedancia de entrada).
- S21: transmisión del puerto 1 al 2 (pérdida de inserción, ganancia, retardo de grupo).
- S12: transmisión inversa (aislamiento inverso de un amplificador).
- S22: reflexión en el puerto 2 (acoplamiento de salida).
La relación entre el coeficiente de reflexión |Γ| y las magnitudes que se reportan es directa: pérdida de retorno = −20·log10|Γ| y VSWR = (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|). Por ejemplo, un VSWR de 2:1 equivale a unos 9.5 dB de pérdida de retorno y un VSWR de 1.5:1 a unos 14 dB. Como el VNA mide fase, también puede mostrar la carta de Smith, el retardo de grupo y, con la opción correspondiente, la respuesta en el dominio del tiempo para localizar discontinuidades.
Calibración: SOLT, TRL y módulos electrónicos
Un VNA sin calibrar mide el DUT junto con los errores de sus propios cables, adaptadores y receptores: directividad, acoplamiento de fuente y carga, seguimiento de reflexión y transmisión, y aislamiento. La calibración de usuario mide estándares conocidos y calcula un modelo de error (en una calibración completa de dos puertos, el modelo de 12 términos) que el instrumento resta de cada medición. El resultado es que el plano de referencia queda en el extremo de los cables de prueba, justo donde se conecta el DUT.
SOLT (Short‑Open‑Load‑Thru)
Es el método más común en coaxial. Utiliza un corto, un abierto y una carga de 50 Ω en cada puerto y una conexión directa (thru) entre puertos. Su exactitud depende de qué tan bien están definidos los estándares; por eso cada kit tiene su archivo de definición (coeficientes del abierto, del corto, retardos) que debe coincidir con el kit físico cargado en el VNA.
TRL (Thru‑Reflect‑Line)
Usa una conexión directa, un estándar de reflexión alta que no necesita conocerse con precisión y una o varias líneas de impedancia conocida. Es la opción preferida para fixtures, placas de prueba y mediciones fuera del entorno coaxial, porque los estándares pueden fabricarse en el mismo medio que el DUT. Su limitación es el ancho de banda útil de cada línea, lo que obliga a usar varias líneas para cubrir rangos amplios.
Calibración electrónica (ECal)
Un módulo electrónico contiene estándares de impedancia conmutados y caracterizados por el fabricante. Con una sola conexión por puerto el VNA ejecuta la calibración completa en segundos, lo que reduce errores del operador y desgaste de conectores. Es ideal en producción y en laboratorios con muchas configuraciones, siempre que el módulo esté vigente en su caracterización.
Por qué importan el kit de calibración y la verificación
La calibración solo es tan buena como los estándares. Un kit con conectores desgastados, un archivo de definición equivocado o un módulo electrónico vencido introducen errores sistemáticos que el VNA no puede detectar por sí mismo. Por eso conviene:
- Enviar periódicamente a calibración el VNA, el kit mecánico o el módulo electrónico, con trazabilidad documentada.
- Verificar la calibración de usuario midiendo un dispositivo conocido (un atenuador, una línea de aire o un estándar de verificación) antes de medir el DUT.
- Revisar conectores con galgas: un pin central fuera de tolerancia puede dañar los puertos del VNA.
- Aplicar el torque correcto con llave dinamométrica: los valores de uso común son 0.56 N·m (5 lb·in) para SMA, 0.9 N·m (8 lb·in) para 3.5 mm y 2.92 mm, y 1.36 N·m (12 lb·in) para tipo N. Confirme siempre con el fabricante del conector.
- No mover los cables de prueba después de calibrar y usar cables estables en fase.
Aplicaciones típicas
Antenas: pérdida de retorno, VSWR y acoplamiento
Con S11 se obtiene la frecuencia de resonancia, el ancho de banda útil y la impedancia de la antena. Calibre en el punto donde se conecta la antena o use extensión de puerto para compensar el cable, y mida con la antena en su entorno real: objetos metálicos, la carcasa o la mano del usuario desplazan la resonancia. La carta de Smith ayuda a diseñar la red de acoplamiento. Recuerde que S11 indica cuánta potencia entra en la antena, no cuánta radia ni en qué dirección; ganancia y patrón requieren una cámara o un sitio de pruebas.
Cables y líneas de transmisión
S21 da la pérdida de inserción frente a la frecuencia y S11 revela desacoplamientos. Con la función de dominio del tiempo se localizan conectores mal crimpados, dobleces o daños a lo largo del cable.
Filtros
S21 muestra la banda de paso, la frecuencia de corte y el rechazo fuera de banda; S11 y S22 muestran el acoplamiento. Para filtros de alto rechazo, reduzca el ancho de banda de FI y aumente el promedio para bajar el piso de ruido.
Amplificadores
S21 da la ganancia, S12 el aislamiento inverso y S11/S22 el acoplamiento. Ajuste la potencia del puerto para no comprimir el amplificador y use atenuadores a la salida para proteger el receptor del VNA. Un barrido de potencia permite encontrar el punto de compresión de 1 dB.
Lista de verificación antes de medir
- Deje calentar el VNA el tiempo que indique el fabricante.
- Defina rango de frecuencia, número de puntos, potencia y ancho de banda de FI antes de calibrar.
- Inspeccione, limpie y verifique con galga todos los conectores.
- Cargue la definición correcta del kit o use el módulo electrónico vigente.
- Calibre en el plano de referencia del DUT y verifique con un dispositivo conocido.
- Apriete con llave de torque y no mueva los cables después de calibrar.
- Guarde el estado de calibración y documente instrumento, kit, fecha y condiciones.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un VNA y un analizador de cables y antenas?
Un analizador de cables y antenas suele ser un instrumento portátil enfocado en S11, VSWR y localización de fallas en campo. Un VNA mide los cuatro parámetros S con fase y mayor rango dinámico, por lo que se usa para caracterizar filtros, amplificadores y componentes.
¿Cada cuánto debo recalibrar en el banco?
Cada vez que cambie la configuración (frecuencia, potencia, cables o adaptadores) y cuando la verificación muestre desviación. La deriva térmica y el movimiento de cables degradan la calibración con el tiempo.
¿Puedo usar un kit SOLT de otra marca?
Sí, si carga en el VNA el archivo de definición exacto de ese kit. Con una definición incorrecta la calibración “termina bien” pero las mediciones quedan sesgadas.
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