Vanwege de hoge kosten voor de benodigde apparatuur maken veel mkb’ers zelf testsystemen om te helpen bij de ontwikkeling van de draadloosfunctionaliteit in hun embedded producten; voor dit soort werk is immers niet de precisie vereist die een onderzoeksinstituut of testlaboratorium nodig heeft. Het Eindhovense Megiq besloot zijn in-huis ontwikkelde testapparatuur naar de markt te brengen. Dat is niet alleen goedkoper maar ook slimmer voor de doorsnee embedded-ontwikkelaar.
Op de afgesproken tijd voor het interview zit Megiq-directeur Roger Denker nog even aan de telefoon. ‘Dat was Philips Lighting’, vertelt hij even later opgetogen. ‘Ze willen ons radiation measurement-systeem gaan aanbevelen aan fabrikanten die verlichtingsoplossingen voor het Hue-ecosysteem ontwikkelen. Normaal moeten die hun ontwerp naar Philips Innovation Services hier in Eindhoven sturen om te laten doormeten in een anechoïsche kamer, maar als ze ons meetsysteem gebruiken, is het testrapport voldoende.’
Het is een knappe prestatie voor een systeem dat zijn leven enkele jaren terug begon als min of meer houtje-touwtje-opstelling. Denkers adviesbureau, Codec Telecom, bouwde het om tijdens het ontwikkelen van draadloze systemen de antennesignalen te kunnen meten. Dat is niet ongebruikelijk voor bedrijven die zich bezighouden met rf en draadloos; de benodigde apparatuur is schreeuwend duur, zelfs de instapmodellen kosten al net zo veel als een kleine gezinsauto.
Dat is voor veel mkb’ers niet op te hoesten, en vaak slaan ze daarom zelf aan het knutselen. Meestal blijft dat binnen de vier muren van het bedrijf; een zelfgemaakte tool is vaak niet iets dat je wilt delen met derden. Codec realiseerde zich echter enkele jaren terug dat zijn gereedschapskist ook best interessant kon zijn voor anderen. Spin-off Megiq werd opgericht om de tools door te ontwikkelen tot product dat ze wel durfden aan te bieden aan derden.
Met vijf man is Codec Telecom dan wel Megiq geen groot bedrijf, maar wie een draadloze thermostaat van Honeywell of een Hue-lamp van Philips in huis heeft, heeft waarschijnlijk te maken met hun werk. Het adviesbureau zorgde er bij een aanzienlijk deel van de modellen voor dat ze fatsoenlijk draadloos kunnen communiceren.
Dat lijkt op het eerste gezicht niet zo lastig; radiochipjes voor elk draadloosprotocol zijn off the shelf beschikbaar en hoeven alleen nog te worden gekoppeld aan een koperen spoortje op een printplaatje dat als antenne dient. ‘Maar juist dat antennetje kan nog flink wat problemen opleveren. En trouwens dat radiochipje ook; dat doet zijn werk wel, maar de omgeving kan flink storen’, legt Denker uit. ‘De behuizing en de elektronica kunnen storen en dempen, en dan ook nog de omgeving waarin het systeem komt te staan. Het is nog een heel traject om de componenten op een goede manier aan te sluiten en te matchen en dan te verifiëren dat alles ook goed werkt.’
Denker pakt er een Hue-lamp bij om het te laten zien. ‘De voet bestaat grotendeels uit metaal voor de koeling, maar daar moet toch een antenne in die uitstraalt’, schetst hij de problematiek. ‘Dat ontwikkeltraject heeft vijf patenten opgeleverd, allerlei manieren van antenne-implementatie om toch iets naar buiten te krijgen.’
Daarnaast is er ook de interferentie met de rf-straling van de elektronische componenten. ‘Een snelle processor kan flink wat ruis maken in je systeem, en andersom kan het draadloosgedeelte storen op de elektronica. We hebben diverse search and rescue-missies gedaan voor bedrijven die allerlei storing en ruis in hun prototype hadden en het niet werkend kregen.’
Professioneel spul
Om inzicht te krijgen in deze onzichtbare signalen moeten rf-ontwerpers dus over het nodige gereedschap beschikken. In de regel gaat het om drie typen apparaten, vertelt Denker. ‘Ten eerste heb je de spectrum-analyzer, een apparaat dat laat zien hoeveel signaal er op elke frequentie zit. Dat vertelt je hoe zuiver het zendsignaal is dat je maakt. Het volgende waar je tegen aanloopt, is dat je de frequentie wilt meten van de antenne die je ontwerpt. Daarvoor heb je de vector network analyzer, een vna. Het woord ‘vector’ slaat erop dat ze ook de fase kunnen meten en niet alleen de amplitude. De golflengte van een antenne is namelijk afhankelijk van de lichtsnelheid, en die wordt beïnvloed door je materialen. Vooral het materiaal van je printplaatje heeft een heel sterke invloed. Niet ten nadele, maar je moet het wel kunnen meten.’
En als derde is er dus het radiation measurement-systeem (rms), bedoeld om het uitgestraalde vermogen in de ruimte te karakteriseren. ‘Op een gegeven moment heb je je antenne ontworpen en perfect getuned en gematcht en ingebouwd. Dan wil je, plat gezegd, nog weten hoe ver ie komt’, verduidelijkt Denker.
Megiq heeft twee van die drie instrumenten in zijn aanbod; de spectrum-analyzer ontbreekt omdat Codec daarvoor wel geïnvesteerd had in een commercieel exemplaar. ‘Maar die wil ik nog wel op het programma zetten zodat we dan een compleet systeem hebben’, vertelt Denker.
Maar met de vna en het rms denkt Megiq ook al een bijzonder interessant aanbod te hebben voor ontwikkelaars. Dat gaat uit van het besef dat de gangbare meetapparaten eigenlijk fors overgedimensioneerd zijn voor wie alleen een embedded systeempje wil ontwikkelen. ‘Als je geen onderzoeksinstituut bent of geaccrediteerd testlaboratorium maar gewoon een antennetje wilt aanpassen, dan hoeven de metingen niet zo supernauwkeurig te zijn’, legt Denker uit.
Met dat idee in het achterhoofd kan het dus allemaal wel wat eenvoudiger. In plaats van een vna met de afmetingen van een pc-kast die voorzien is van tientallen knoppen ligt er voor Denker op het bureau een sigarenkistje met alleen twee aansluitingen, dat met een pc verbonden kan worden voor de bediening. Dankzij die simpele aanpak en door overal net niet het beste van het beste te eisen, bedraagt de prijs tussen de vijf en tien procent van een gangbaar instrument. ‘Het is wel professioneel spul hoor’, zegt Denker. ‘Tegenwoordig zijn er ook vna’s te koop van rond de vijf-, zeshonderd euro voor hobbyisten en zendamateurs. Maar die zijn niet temperatuurstabiel en die geven allerlei storingspiekjes waar je omheen moet lezen. Kwalitatief is ons systeem gewoon vergelijkbaar met een traditionele vna, alleen met een andere insteek.’
Notenhouten kistjes
Kosten zijn echter slechts de helft van het verhaal. Ook de manier waarop de vna wordt gebruikt, is bij Megiq veel meer gericht op de ontwikkelpraktijk. ‘Wij denken heel goed na over hoe je van je apparaat op je printje komt, en eigenlijk is dat uniek’, aldus Denker. ‘Bij die grote fabrikanten moet je ook speciale kabels aanschaffen die top of the line zijn – die zijn alleen al duurder dan onze analyzer. Dan moet je nog zelf iets maken om die kabel aan te sluiten op je antenne. En zo’n bordje met die antenne is erg klein, dus als je zo’n forse kabel aansluit, heb je er ineens flink wat aarding aan hangen die de boel beïnvloedt.’
Megiqs vna vervangt dit door een relatief dun draadje dat op een standaard klik-connectortje van een paar millimeter aansluit. Die aanpak levert weliswaar iets in op signaalkwaliteit, maar dat wordt ruimschoots goedgemaakt door gebruiksgemak. Het benodigde ufl-connectortje neemt nauwelijks ruimte in beslag op een pcb en kan daarom voor testdoeleinden worden meegenomen en in productie worden weggelaten. Voor wie geen connector heeft toegevoegd, heeft Megiq een kitje beschikbaar met verschillende verloopstukjes en kabeltjes om kleine printjes aan te sluiten, zonder de balancering van de antenne te verstoren.
Ook de kalibratie die voorafgaand aan elke meting moet gebeuren, kan wel wat slimmer, vindt Megiq. ‘Je moet altijd drie metingen doen: een kortsluiting, een open verbinding en een weerstand van vijftig ohm – dat is de weerstand waar je altijd alles op wilt aanpassen eigenlijk’, licht Denker toe. ‘Nou hebben de heren fabrikanten daar van die hele mooie notenhouten kistjes voor met allerlei gouden onderdelen – tienduizend euro ben je zo kwijt. Wij hebben onze kalibratiekit op een printplaatje gemaakt, met dezelfde connector als op je project. Daarmee kun je je meting kalibreren tot op het puntje van je connector. Dat krijg je met zo’n traditionele vna nooit goed voor elkaar.’
Ook de bediening via een pc is handiger dan de knoppen op een traditionele vna, vindt Denker. Het biedt bovendien de mogelijkheid om extra mogelijkheden toe te voegen. ‘We hebben een unieke feature: onze software kan bij een meting een voorstel doen voor aanpassingen aan de circuits om de juiste matching te krijgen. Ik liet dat laatst aan een klant zien die de problemen met het matchen van antennes kent. Hij vloog me bijna om de nek.’
Stickertjes
Het rms volgt ook de filosofie dat het voor ontwikkelwerk allemaal wel wat eenvoudiger kan. ‘Normaal begin je daar met een anechoïsche testkamer, die helemaal bedekt is met van die piramides om de verstoringen van reflecties op de wanden tegen te gaan. Maar als je nou even wat slimmer gaat kijken, dan blijkt dat je ook gewoon in je eigen labruimte of kantoor heel aardig kunt meten, zolang je maar op een paar dingen let’, stelt Denker.
Bij een rms wordt het device under test op een draaitafel geplaatst en begint het met uitzenden. Terwijl het ronddraait, brengt een antenne verderop de sterkte van het signaal in beeld – eigenlijk twee antennes, om zowel de horizontale als de verticale polarisatie van het signaal te bepalen. Door dit achtereenvolgens voor drie verschillende oriëntaties te doen, wordt de afstraling in drie dimensies in beeld gebracht.
Net als de vna is het rms van Megiq pc-gebaseerd. Sterker nog: de meting wordt uitgevoerd met een iets aangepaste versie van de vna. Om het geschikt te maken voor metingen buiten het dure testlab zijn er twee belangrijke dingen, vertelt Denker: ‘De antenne is zo gemaakt dat-ie een hele smalle bundel heeft. Reflecties van de zijkanten worden daardoor al flink onderdrukt. Daarnaast meten we op een korte afstand; dat dempt reflecties ook aardig ten opzichte van het signaal. We zoeken eigenlijk wel een beetje de grens op want volgens de officiële meetstandaarden moet je minstens drie meter afstand aanhouden om uit het near field te blijven dat antennes naast het far field hebben. Wij zitten net op het minimum om daaruit te blijven.’
Ook bleken enkele lowtech ingrepen een wereld van verschil te maken. ‘In testlaboratoria wordt er vaak niet zo heel nauwkeurig naar het assenstelsel gekeken, en daar kun je veel aan fout doen. Je krijgt dan geen goed orthogonaal stelsel’, legt Denker uit. ‘Met een goede houder en stickertjes kun je echt een x-, y- en z-meting doen in de juiste hoekverdraaiingen.’
Door verder een beetje rekening te houden met wat er aan metaal in de testruimte staat en wellicht nog enkele absorbers te plaatsen, kan het systeem heel aardig de afstraling bepalen. Denker: ‘Laatst heb ik dit bij Philips gedemonstreerd met een lamp die zij ook al bij hun testlab hadden gemeten. Het verschil was slechts een halve decibel. Nou, dan spring je echt wel een gat in de lucht als je dat hoort.’
In de vingers
Megiq heeft nog een ander product om ontwikkelaars een handje te helpen: de vna-sandbox, een printplaatje met een handvol connectortjes en simpele elektronische schakelingen, plus een wifi- en gps-antenne. Bij elke schakeling staat een tekeningetje hoe de grafiek op een vna eruit hoort te zien.
‘Dit is eigenlijk een zandbak om een beetje te stoeien met antennetechniek’, verduidelijkt Denker. ‘Als je je handen daarbij houdt, of je legt hem op tafel of op een stuk plastic, zie je hoe de output verandert. Mijn klanten noemen me weleens Harry Potter. ‘Jij komt van Zweinstein af, want jij kunt omgaan met antennes’, zeggen ze dan. De naam Megiq is daar een beetje een knipoog naar. Maar met dit bordje kun je die invloeden in de vingers krijgen, vrij letterlijk.’
De vraag dringt zich op of Codec via Megiq zijn eigen glazen niet een beetje ingooit. Als het ontwikkelaars zo veel makkelijker wordt gemaakt om zelf draadloze systemen te ontwikkelen, blijft er immers nog maar weinig over voor het adviesbureau. ‘Dat klopt wel een beetje’, geeft Denker toe. ‘Ik moest er ook wel even over nadenken. Maar ik vind het gewoon erg leuk om dit soort dingen ter beschikking te stellen, en Megiq moet Codec gewoon langzaam vervangen. Maar voorlopig hebben we met Codec nog best veel werk hoor.’