|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Jak sprawić, by tani analizator widma był drogi. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Technologia pomiarowa Jeśli konieczne jest oszacowanie szerokości pasma emitowanego sygnału, niestabilność częstotliwości roboczej, tłumienie emisji pozapasmowych i fałszywych, zniekształcenie sygnału pasma podstawowego nadajnika radiowego, co zrobimy? Zgadza się, weź swój analizator widma (AC) HP 8560 seria E i zmierz wszystko, czego potrzebujesz! Ale powiem ci, nie mam HP, mam najzwyklejszy analizator najbardziej rodzimej produkcji na świecie! W tym przypadku zgodzisz się ze mną, że czułość analizatora widma nigdy nie jest zbyt wysoka! Wrażliwość, szczerze mówiąc, zawsze nie wystarcza, ponieważ. radzenie sobie z bardzo małymi sygnałami. Drugą rzeczą, z którą na pewno się zgodzisz, jest to, że zakres dynamiki zawsze jest niewielki, zawsze chcesz więcej! Duży zakres dynamiki jest potrzebny, gdy chcesz zobaczyć widmo sygnału w obecności bardzo silnych zakłóceń lub innego sygnału. Najczęściej taki problem pojawia się przy ocenie poziomu drugiej lub trzeciej harmonicznej sygnału nadajnika. Studiując broszury wybitnych producentów sprzętu pomiarowego, czasami staje się wstydem dla własnego analizatora. Aby więc mieć coś do odpowiedzi „imperialistom”, podzielimy się z Wami kilkoma wskazówkami i zaleceniami, jak osiągnąć czułość i zakres dynamiczny niezbędny do rozwiązania problemów, które mogą rozwiązać tylko drogie urządzenia z importu. Zakres dynamiczny Zakres dynamiczny dowolnego aktywnego urządzenia odbiorczego jest szacowany przez pewien z góry określony parametr, który charakteryzuje różne zniekształcenia występujące w tym urządzeniu, gdy przechodzi przez nie sygnał RF. Innymi słowy jest to różnica między maksymalnymi i minimalnymi wartościami poziomów sygnału, przy których nie obserwuje się jeszcze zniekształceń. Powodem tych zniekształceń jest nieliniowość toru wzmacniającego danego urządzenia. Istnieją różne rodzaje nieliniowości, dlatego do oszacowania zakresu dynamicznego wykorzystywane są różne charakterystyki. Najważniejszymi cechami są liniowy zakres dynamiczny i zakres dynamiki IMD trzeciego rzędu w punkcie IP3 (rys. 3). Rozważając oba, nie można obejść się bez użycia takiego pojęcia jako charakterystyki amplitudowej, za pomocą której można ocenić stopień zniekształcenia nieliniowego.
Uogólnioną charakterystykę amplitudową (ACH) rozpatrywanego urządzenia przedstawiono w podwójnej skali logarytmicznej na rys. 1 (krzywa 1). Uważa się, że minimalny wykrywalny sygnał jest o 3 dB wyższy niż własny hałas urządzenia. Dlatego początek liniowego odcinka charakterystyki od dołu jest uważany za punkt na AX, odpowiadający przekroczeniu 3 dB własnego szumu na wyjściu i odpowiadającemu minimalnemu wejściu P.w.min i wyjście Rwyjście min moc. Górna granica liniowego odcinka AX to punkt, w którym rzeczywista charakterystyka odbiega od idealnej (liniowej) o 1 dB. Ten punkt odpowiada wejściu Р1dBv i wyjście R1dBout moc nasycenia (punkt kompresji). Różnica (w decybelach) między wejściową mocą nasycenia a minimalną mocą sygnału wejściowego określa liniowy zakres dynamiki. Jak wiadomo, efektem każdej zmiany sygnału na elemencie nieliniowym jest wzbogacenie jego widma – pojawiają się harmoniczne i kombinacyjne składowe częstotliwościowe. Podczas badania widma sygnałów wiele kłopotów powoduje kombinacja częstotliwości nieparzystych rzędów, które mieszczą się bezpośrednio w paśmie badanego sygnału. Najniebezpieczniejsze składowe kombinacyjne trzeciego rzędu, czyli składowe o częstotliwościach 2f1-f2 i 2f2-f1, gdzie f1 i f2 są dwiema najbardziej znaczącymi składowymi widmowymi sygnału wejściowego (na przykład nośna i boczna, pierwsza i druga harmoniczna , sygnał i silne zakłócenia itp.). Rozważmy szkodliwy wpływ składowych kombinacyjnych trzeciego rzędu na typowy, w odniesieniu do rozważanego problemu, przykład - pomiar poziomu drgań bocznych nadajnika. Na ryc. 2 przedstawia kombinacyjne zniekształcenia widma sygnału na wyjściu nadajnika.
W przypadku, gdy stosunek poziomu drugiej i wyższych harmonicznej do pierwszej harmonicznej jest wystarczająco mały, istnieje niebezpieczeństwo przekroczenia granicy liniowego odcinka charakterystyki amplitudowej toru wzmacniającego analizatora, gdyż próbując dostrzec słabe sygnały wyższych harmonicznych, nadmiernie (w stosunku do silnej pierwszej harmonicznej) zwiększamy wzmocnienie urządzenia. Następnie w wyniku oddziaływania sygnału poliharmonicznego (zawierającego dwie lub więcej składowych spektralnych) na tor nieliniowy powstają kombinacyjne składowe spektralne, z których dwie (w najprostszym przypadku, uwzględniając tylko składowe kombinacyjne z pierwszej i drugie harmoniczne, a pomijając resztę) przy częstotliwościach 2f1-f2 i 2f2-f1 wchodzą bezpośrednio w pasmo robocze badanego sygnału. Należy tutaj zauważyć, że składowe kombinacyjne trzeciego rzędu nie powstają z żadną nieliniowością (nie powstają z nieliniowością kwadratową). Na ryc. 2, te kombinacje częstotliwości są wyróżnione pogrubioną czcionką. Widać, że składowa 2f2-f1 spada na częstotliwość trzeciej harmonicznej i zniekształca jej prawdziwą wartość. W rezultacie obserwator wyciąga błędne wnioski na temat widma sygnału! Dogodne jest wyznaczenie wartości zakresu dynamicznego od zniekształceń kombinacyjnych trzeciego rzędu za pomocą krzywej 2 na rys. 1, który pokazuje zależność poziomu danych składowych kombinacyjnych od poziomu sygnału wejściowego. Rozszerzenia liniowych części tonu trzeciego rzędu i kombinacji charakterystyk częstotliwościowych przecinają się w punkcie zwanym charakterystycznym punktem mocy (lub punktem kompresji) zniekształcenia trzeciego rzędu IP3. Odpowiada to wejściu (PIP3in) i wyjście (РIP3out.) charakterystyczne moce zniekształceń trzeciego rzędu. Zakres dynamiczny dla kombinacyjnych zniekształceń trzeciego rzędu (w punkcie IP3) określa się jako różnicę między mocą wejściową odpowiadającą brakowi zniekształceń a mocą minimalnego sygnału wejściowego. Im wyższy punkt IP3, tym odpowiednio wyższy zakres dynamiki. Z powyższego wynika, że zakres dynamiczny można określić według różnych kryteriów. W praktyce dokładnie tak się robi, a następnie, zgodnie z wynikami, najgorszą wartością jest wartość zakresu dynamicznego. Daj wrażliwość! W celu zwiększenia czułości głośników, tj. aby zapewnić możliwość przetwarzania sygnałów niskopoziomowych bez wchodzenia do wnętrza urządzenia, wystarczy umieścić przedwzmacniacz przed jego wejściem. Natychmiast pojawia się szereg pytań. Pierwsze pytanie to jaki wzmacniacz zastosować, jakie powinny być jego główne parametry: wzmocnienie (zwane dalej po prostu wzmocnieniem), współczynnik szumów i zakres dynamiki. Drugie, nie mniej ważne pytanie, to jak włączenie przedwzmacniacza na wejściu AC wpływa na działanie całego układu. Postaramy się odpowiedzieć na te pytania, abyś mógł wybrać odpowiedni wzmacniacz do swojej aplikacji. Używając przedwzmacniaczy należy zawsze pamiętać, że maksymalny poziom sygnału na wejściu przedwzmacniacza nie może przekraczać maksymalnego dopuszczalnego poziomu sygnału na wejściu analizatora widma, pomniejszonego o wzmocnienie przedwzmacniacza. Dla uproszczenia wyjaśnienia posłużymy się konkretnym przykładem. Załóżmy, że nasz analizator widma ma współczynnik szumów -30dB, a kombinowany punkt zniekształceń trzeciego rzędu IP3 wynosi +10dBm. Przekonajmy się, jak różne typy przedwzmacniaczy wpływają na charakterystykę obwodu pomiarowego. Rysunek 3 przedstawia schemat podłączenia przedwzmacniacza do analizatora.
Powiedzmy, że wzmocnienie przedwzmacniacza wynosi 20 dB, poziom szumów 6 dB, a punkt IP3 +15 dBm. Konieczne jest wyznaczenie wartości szumów i zakresu dynamicznego obwodu pokazanego na rysunku 3. Aby obliczyć współczynnik szumów obwodu na ryc. 3, używamy wzoru na urządzenia kaskadowe: Ř = Ř1+(Ř2-1)/K1 +(ŘЗ-1)/K1K2, (1) gdzie:
Liczba szumów (w razach) jest powiązana z liczbą szumów w decybelach w następujący sposób: N = 10 log(f) Wartość szumów (w razach) dla obwodu z rys. 3, obliczona ze wzoru (1). wynosi 13,99. Naprawdę: W = 4+ 1000 -1/100 = 13,99 Wyraźmy tę wartość hałasu w decybelach: 10log(13.99) = 11,5 dB. W ten sposób podłączenie przedwzmacniacza pozwoliło na zmniejszenie szumu analizatora widma o 18,5 dB, co w rzeczywistości było tym, co staraliśmy się osiągnąć. Zobaczmy teraz, jak przedwzmacniacz wpłynie na punkt IP3. W tabeli 1 przedstawiono zależność między punktem IP3 przedwzmacniacza a redukcją wartości punktu IP3 dla układu z rys. 3. Dane w Tabeli 1 odpowiadają najgorszemu przypadkowi, kiedy poziom kombinacyjnych składników samego analizatora jest maksymalny. Lewa kolumna tabeli wskazuje przekroczenie punktu IP3 przedwzmacniacza nad punktem IP3 analizatora.
Tabela 1
W naszym przykładzie: przedwzmacniacz IP3 - +15dBm i analizator widma IP3 -+10dBm, różnica wynosi 5dB. Najbliższe wartości różnicy w tabeli. 1-6 dB i 3 dB. Redukcja IP3 wynosi odpowiednio 3,5 dB i 4,6 dB. W naszym przypadku spadek IP3 obliczony przez interpolację liniową między tymi wartościami wynosi 3,9 dB. Oznacza to, że punkt IP3 obwodu na ryc. 3 będzie odpowiadał +6,1 dBm. Oznacza to, że na wejściu przedwzmacniacza punkt IP3 będzie niższy o 20 dB, co odpowiada -13,9 dBm. Dodając przedwzmacniacz, poprawiliśmy zdolność analizatora widma do obsługi sygnałów o niskim poziomie i obniżyliśmy jego wydajność w obszarze dużego sygnału. Nic w tym dziwnego, skoro wraz z podłączeniem przedwzmacniacza do obwodu pomiarowego dodano jeszcze jedno nieliniowe urządzenie o dalekim od nieskończonego zakresu dynamiki. Z tabeli 1 wynika, że im większa jest nadwyżka IP3 przedwzmacniacza nad IP3 analizatora, tym mniej spada IP3 całego układu. Na przykład dla wartości różnicy 20 dB spadek IP3 wynosi tylko 0,8 dB. Dlatego najkorzystniejsze jest zastosowanie przedwzmacniacza o zakresie dynamicznym znacznie większym niż zakres dynamiczny analizatora widma, ponieważ pozwala to prawie całkowicie uniknąć zmniejszenia zakresu dynamicznego całego obwodu pomiarowego. W niektórych przypadkach, aby uzyskać dobre wzmocnienie, konieczne staje się szeregowe połączenie kilku przedwzmacniaczy. Zastanów się, co się dzieje, gdy kaskadujesz dwa przedwzmacniacze przed analizatorem widma. Przeanalizujmy obwód pokazany na ryc.4.
Oba przedwzmacniacze mają te same charakterystyki pokazane na rys. 4. Całkowite wzmocnienie przedwzmacniaczy wynosi 40 dB (10000 XNUMX razy). Całkowity poziom hałasu to:
Teraz obliczmy spadek IP3. Oba wzmacniacze mają taką samą wartość IP3 +30 dBm. Zgodnie z tabelą. 1, przy różnicy 0 dB, redukcja w IP3 na wyjściu przedwzmacniacza 2 wynosi 6 dB. Tak więc IP3 na wyjściu przedwzmacniacza 2 jest równe
To o 14 dB więcej niż wartość IP3 analizatora widma. Ponownie spójrz na stół. 1 i uzyskaj przez interpolację pomiędzy najbliższymi wartościami: -2,4 dB dla 10 dB i -1,4 dB dla 15 dB, wartość -1,6 dB. Oblicz wartość IP3 dla analizatora
odkrycia. W ten sposób czułość analizatora podczas korzystania z przedwzmacniacza poprawia się, a zakres dynamiczny generalnie pogarsza się, a im mniej zakres dynamiczny przedwzmacniacza przekracza zakres dynamiczny samego analizatora, tym jest silniejszy. Przedwzmacniacze mogą być używane do analizy słabych sygnałów. Należy unikać stosowania przedwzmacniaczy przy analizie silnych sygnałów, a także przy analizie słabych sygnałów w obecności silnego szumu. Daj zakres dynamiczny! Jak wspomniano powyżej, niebezpieczeństwo wyjścia poza zakres dynamiki jest największe przy ocenie poziomu drugiej lub trzeciej harmonicznej sygnału nadajnika, tj. gdy pierwsza harmoniczna jest silną interferencją, co prowadzi do pojawienia się składowych kombinacji z badaną harmoniczną. Zastanówmy się, jak można wyeliminować to nieprzyjemne zjawisko i zmierzyć poziom harmonicznych. Problem ten można rozwiązać, stosując filtr wycinający na wejściu analizatora widma, który tłumi nośną, gdy druga lub trzecia harmoniczna wchodzi do pasma przepustowego. W rzeczywistości zakres dynamiczny analizatora nie jest rozszerzany, lecz zmniejsza się różnica pomiędzy obserwowanymi sygnałami wejściowymi. Należy pamiętać, że określony maksymalny poziom sygnału wejściowego dla analizatora widma nie może zostać przekroczony. Podany maksymalny poziom wejściowy nie powinien być mylony z punktem kompresji 1dB lub punktem IP3. Maksymalny dopuszczalny poziom sygnału wejściowego to poziom, przy którym tłumik wejściowy lub mikser pozostają w dopuszczalnych granicach operacyjnych. Punkt IP3 jest zwykle o 10 do 15 dB wyższy niż punkt kompresji 1 dB. Rozważ obwód na ryc.5.
Tłumik służy do ograniczenia sygnału wyjściowego przetwornika do poziomu bezpiecznego dla działania analizatora. Załóżmy, że maksymalny poziom wejściowy analizatora wynosi +30 dBm, punkt kompresji 1 dB wynosi 0 dBm, a moc wyjściowa nadajnika wynosi 100 W (50 dBm). Jeżeli tłumienie w tłumiku zainstalowanym pomiędzy nadajnikiem a analizatorem widma wynosi 20 dB, to poziom sygnału na wejściu analizatora jest równy maksymalnemu dopuszczalnemu. Lepiej zastosować tłumik 30 dB, który da nam 10 dB zapasu. Załóżmy, że zakres dynamiczny analizatora widma wynosi 70 dB. Oznacza to, że możemy zmierzyć poziomy dwóch sygnałów, jeśli różnica między nimi nie przekracza 70 dB. Również poziom większego sygnału powinien być kilka decybeli poniżej punktu kompresji 1 dB lub punktu IP3 analizatora. Rozważmy przykład, kiedy musimy zmierzyć poziomy drugiej i wyższej harmonicznej badanego sygnału w odniesieniu do nośnej. Załóżmy, że poziom drugiej harmonicznej jest 80 dB poniżej poziomu nośnej. Zakres dynamiczny analizatora wynosi 70 dB, dlatego harmoniczne badanego sygnału będą zniekształcone przez składowe kombinowane nieparzystych rzędów. Aby obejść tę trudność, montujemy filtr pomiędzy tłumikiem a analizatorem w celu obniżenia poziomu nośnej i wprowadzenia minimalnych strat do drugiej harmonicznej. Aby nasze pomiary były dokładne, musimy znać straty spowodowane przez filtr wycinający przy częstotliwości drugiej harmonicznej. Może to być rezonator lub filtr LC, ten ostatni jest dość mały i wygodny w porównaniu z konwencjonalnymi filtrami rezonatorowymi. Z reguły wystarcza 20...30 dB tłumienia nośnej, więc wykonanie i ustawienie kompaktowego filtra LC nie jest trudne. Najpierw określamy straty w filtrze, w tym celu generator sygnału i analizator widma są dostrojone do częstotliwości nośnej. Następnie, zgodnie z odczytami analizatora, filtr jest ustawiany na maksymalne tłumienie nośników. Następnie generator sygnału jest dostrajany do częstotliwości drugiej harmonicznej, a poziom sygnału jest ustawiany na 0 dBm. Na podstawie odczytów analizatora określamy straty w filtrze. Na przykład, jeśli analizator ma -3 dBm, to strata filtra wynosi 3 dB. Teraz określamy wartość drugiej harmonicznej. Zmontujmy instalację pokazaną na Rys.6.
Umieszczamy filtr wycinający i ustawiamy go na maksymalne tłumienie nośnej. Teraz, zwiększając czułość analizatora widma, zwiększając wzmocnienie wzmacniacza wejściowego, określamy poziom drugiej harmonicznej sygnału. Załóżmy, że poziom drugiej harmonicznej wynosi -60 dBm, a tłumienie filtra przy tej częstotliwości wynosi 3 dB. Dlatego rzeczywisty poziom drugiej harmonicznej wynosi -60 dBm - (-3 dBm) = -57 dBm. Ponieważ poziom nośnej wynosi +20 dBm, poziom drugiej harmonicznej jest o 77 dB poniżej poziomu nośnej. Dokładność takich pomiarów zależy od wielu czynników, na przykład od strat w kablach połączeniowych itp. Przy dużych mocach może dojść do wycieku części mocy. Dlatego do pomiarów i umieszczania przetwornika z dala od analizatora zalecamy stosowanie dobrze ekranowanych przewodów połączeniowych. Stosując takie podejście, można uzyskać bardzo dokładne wyniki pomiarów. odkrycia. Zastosowanie filtrów wycinających umożliwia badanie widm sygnałów, które nie mieszczą się w zakresie dynamicznym analizatora widma lub sygnałów w obecności silnych zakłóceń, powodujących pojawienie się składowych kombinacji w paśmie badanego sygnału. W tym przypadku o dokładności pomiarów decydują w dużej mierze parametry tych filtrów. Autor: G. Mielnikow, Moskwa; Publikacja: radioradar.net
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Uczniowie, którzy opuszczają śniadanie, osiągają gorsze wyniki
▪ sekcja witryny Cuda natury. Wybór artykułu ▪ artykuł Malbrook rusza z kampanią. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Prawdziwa pistacja. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Ulepszony metronom muzyczny. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Kwiat kameleona. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony