|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ Ucuz bir spektrum analizörü nasıl pahalı hale getirilir? Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Ölçüm teknolojisi Yayılan sinyalin bant genişliğini, çalışma frekansının istikrarsızlığını, bant dışı ve sahte emisyonların bastırılmasını, radyo vericisinin modülasyon sinyalinin bozulmasını değerlendirmeye ihtiyaç varsa ne yaparız? Aynen öyle, HP 8560 E Serisi Spektrum Analizörünüzü (AC) alın ve ihtiyacınız olan her şeyi ölçün! Ama şunu söyleyeyim, HP'm yok, dünyanın en yerli üretiminin en sıradan analizörüne sahibim! Eğer öyleyse, bir spektrum analizöründe çok fazla hassasiyet diye bir şeyin olmadığı konusunda benimle aynı fikirde olacaksınız! Açıkçası hassasiyet her zaman eksiktir, çünkü... çok küçük sinyallerle uğraşmanız gerekir. Muhtemelen katılacağınız ikinci şey, dinamik aralığın her zaman yeterli olmadığı, her zaman daha fazlasını istediğinizdir! Çok güçlü bir girişimin veya başka bir sinyalin varlığında bir sinyalin spektrumunu görüntülemeniz gerektiğinde yüksek dinamik aralık gereklidir. Çoğu zaman bu görev, verici sinyalinin ikinci veya üçüncü harmoniğinin seviyesini değerlendirirken ortaya çıkar. Ölçüm ekipmanları üreten ünlü firmaların reklam broşürlerini incelerken bazen kendi analizörünüze kızıyorsunuz. Bu nedenle, "emperyalistlere" cevap verecek bir şeyimiz olması için, yalnızca pahalı ithal cihazların başarabileceği sorunları çözmek için gerekli hassasiyet ve dinamik aralığın nasıl elde edileceğine dair birkaç ipucu ve tavsiyeyi sizlerle paylaşacağız. Dinamik aralık Herhangi bir aktif alıcı cihazın dinamik aralığı, bir radyo frekansı sinyali içinden geçtiğinde bu cihazda meydana gelen çeşitli bozulmaları karakterize eden önceden belirlenmiş bazı parametrelerle değerlendirilir. Yani henüz distorsiyonun görülmediği sinyal seviyelerinin maksimum ve minimum değerleri arasındaki farktır. Bu bozulmaların nedeni, söz konusu cihazın amplifikasyon yolunun doğrusal olmamasıdır. Doğrusal olmamanın farklı türleri vardır, dolayısıyla dinamik aralığı değerlendirmek için farklı özellikler kullanılır. En önemli özellikler, IP3'te doğrusal dinamik aralık ve 3. derece intermodülasyon distorsiyon dinamik aralığıdır (Şekil 1). Her ikisini de göz önünde bulundururken, doğrusal olmayan distorsiyonun derecesinin yargılanabileceği genlik karakteristiği gibi bir kavram kullanılmadan yapılamaz.
Söz konusu cihazın genelleştirilmiş genlik karakteristiği (AC), Şekil 1'de (eğri 1) çift logaritmik ölçekte sunulmaktadır. Minimum tespit edilebilir sinyalin, cihazın doğal gürültüsünün 3 dB üzerinde olduğu kabul edilir. Bu nedenle, karakteristiğin aşağıdan doğrusal bölümünün başlangıcı, çıkıştaki kendi kendine gürültünün 3 dB fazlalığına ve karşılık gelen minimum giriş P'ye karşılık gelen AX üzerindeki nokta olarak kabul edilir.minimum giriş ve çıkış Pminimum çıkış güç. AX'in doğrusal bölümünün üst sınırı, gerçek özelliğin idealden (doğrusal) 1 dB saptığı nokta olarak kabul edilir. Bu nokta P girişine karşılık gelir1dBin ve çıkış P1dBout doyma gücü (sıkıştırma noktası). Doyum giriş gücü ile minimum giriş sinyali gücü arasındaki fark (desibel cinsinden), doğrusal dinamik aralığı belirler. Bilindiği gibi, değişen herhangi bir sinyalin doğrusal olmayan bir eleman üzerindeki etkisinin sonucu, spektrumunun zenginleşmesidir - harmonikler ve kombinasyonel frekans bileşenleri ortaya çıkar. Sinyal spektrumunu incelerken, doğrudan incelenen sinyalin bandına düşen tek sıralı frekansların kombinasyonlarından birçok sorun ortaya çıkar. En büyük tehlikeyi üçüncü dereceden kombinasyon bileşenleri, yani 2f1-f2 ve 2f2-f1 frekanslarındaki bileşenler oluşturur; burada f1 ve f2, giriş sinyalinin en önemli iki spektral bileşenidir (örneğin, taşıyıcı ve yan, birinci ve ikinci). harmonikler, sinyal ve güçlü girişim vb.). Söz konusu problem için tipik bir örnek kullanarak, vericinin sahte salınımlarının düzeyini ölçerek, üçüncü dereceden birleşimsel bileşenlerin zararlı etkisini ele alalım. İncirde. Şekil 2 verici çıkışındaki sinyal spektrumundaki Raman bozulmalarını göstermektedir.
İkinci ve daha yüksek harmoniklerin seviyesinin birinciye oranının yeterince küçük olması durumunda, analizörün amplifikasyon yolunun genlik karakteristiğinin doğrusal bölümünün sınırını terk etme tehlikesi vardır, çünkü Daha yüksek harmoniklerin zayıf sinyallerini görmeye çalışırken, cihazın kazancını aşırı derecede (güçlü ilk harmoniğe göre) arttırıyoruz. Daha sonra, bir poliharmonik (iki veya daha fazla spektral bileşen içeren) sinyalin doğrusal olmayan yol üzerindeki etkisinin bir sonucu olarak, kombinasyon spektral bileşenleri ortaya çıkar; bunlardan ikisi (en basit durumda, yalnızca birinci ve daha sonraki kombinasyon bileşenlerini dikkate alarak) 2f1-f2 ve 2f2-f1 frekanslarındaki ikinci harmonikler ve geri kalanını ihmal etmek, doğrudan incelenen sinyalin çalışma bandına düşer. Burada herhangi bir doğrusal olmama durumunda üçüncü dereceden kombinasyon bileşenlerinin ortaya çıkmadığına dikkat edilmelidir (ikinci dereceden doğrusal olmama durumunda ortaya çıkmazlar). İncirde. Şekil 2'de bu kombinasyon frekansları kalın harflerle vurgulanmıştır. 2f2-f1 bileşeninin üçüncü harmoniğin frekansına düşerek gerçek değerini bozduğu görülmektedir. Sonuç olarak gözlemci sinyal spektrumu hakkında hatalı sonuçlara varır! Üçüncü dereceden Raman distorsiyonuna dayalı dinamik aralığın büyüklüğü, Şekil 2'deki eğri 1 kullanılarak uygun şekilde belirlenebilir. Bu birleşimsel bileşenlerin seviyesinin giriş sinyali seviyesine bağımlılığını gösteren Şekil 3. Perdenin ve üçüncü dereceden kombinasyon frekans özelliklerinin doğrusal kısımlarının uzantıları, üçüncü dereceden distorsiyon IPXNUMX'ün güç karakteristiği noktası (veya sıkıştırma noktası) adı verilen bir noktada kesişir. Girişe karşılık gelir (PIP3 girişi) ve çıkış (PIP3 çıkışı.) üçüncü dereceden distorsiyonların karakteristik güçleri. Üçüncü dereceden Raman distorsiyonu için dinamik aralık (IP3 noktasında), distorsiyonun yokluğuna karşılık gelen giriş gücü ile minimum giriş sinyalinin gücü arasındaki fark olarak tanımlanır. IP3 noktası ne kadar yüksek olursa dinamik aralık da o kadar yüksek olur. Yukarıdan dinamik aralığın farklı kriterlere göre belirlenebileceği anlaşılmaktadır. Pratikte de tam olarak yapılan budur ve daha sonra sonuçlara göre en kötü değer dinamik aralık değeri olarak alınır. Bana hassasiyet ver! Hoparlörlerin hassasiyetini arttırmak için, ör. Düşük seviyeli sinyalleri cihazın içine girmeden işleyebilmeyi sağlamak için girişinin önüne bir ön amplifikatör takmak yeterlidir. Hemen bir dizi soru ortaya çıkıyor. İlk soru hangi amplifikatörün kullanılacağı, ana parametrelerinin neler olması gerektiğidir: kazanç (bundan sonra sadece kazanç olarak anılacaktır), gürültü rakamı ve dinamik aralık. Daha az önemli olmayan ikinci soru, hoparlör girişine bir ön amplifikatörün dahil edilmesinin tüm devrenin çalışmasını nasıl etkilediğidir. Görevinize uygun amplifikatörü seçebilmeniz için bu soruları cevaplamaya çalışacağız. Ön yükselticileri kullanırken, ön yükseltici girişindeki maksimum sinyal seviyesinin, spektrum analizörü girişinde izin verilen maksimum sinyal seviyesinden ön yükseltici kazancı çıkarıldıktan sonra aşmaması gerektiğini her zaman hatırlamanız gerekir. Açıklama kolaylığı için belirli bir örnek kullanacağız. Diyelim ki spektrum analizörümüz -30 dB'lik bir gürültü rakamına ve +3 dBm'lik üçüncü dereceden Raman bozulma noktasına (IP10) sahip. Farklı ön yükseltici türlerinin ölçüm devresinin özelliklerini nasıl etkilediğini öğrenelim. Şekil 3 ön yükselticiyi analizöre bağlama şemasını göstermektedir.
Preamp kazancının 20 dB, gürültü rakamının 6 dB ve IP3 noktasının +15 dBm olduğunu varsayalım. Şekil 3'te gösterilen devrenin gürültü rakamını ve dinamik aralığını belirlemek gerekir. Şekil 3'teki devrenin gürültü rakamını hesaplamak için basamaklı cihazlara yönelik formülü kullanıyoruz: Ø = Ø1+(Ø2-1)/К1 +(ШЗ-1)/К1К2, (1) burada:
Gürültü rakamı (zaman cinsinden) desibel cinsinden gürültü rakamıyla aşağıdaki şekilde ilişkilidir: N = 10log(f) Şekil 3'teki devre için formül (1) kullanılarak hesaplanan gürültü değeri (süre cinsinden). 13,99'a eşittir. gerçekten: Ш = 4+ 1000 -1/100 = 13,99 Bu gürültü faktörünü desibel cinsinden ifade edelim: 10log(13.99) = 11,5 dB. Böylece, bir ön yükselticinin bağlanması, spektrum analizörünün gürültü rakamını 18,5 dB kadar azaltmayı mümkün kıldı ki biz de bunu başardık. Şimdi ön yükselticinin IP3 noktasını nasıl etkilediğini görelim. Tablo 1, ön yükselticinin IP3 noktası ile Şekil 3'teki devre için IP3 azaltımı arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Tablo 1'deki veriler, analizörün kombinasyon bileşenlerinin seviyesinin maksimum olduğu en kötü duruma karşılık gelir. Tablonun sol sütunu, ön yükselticinin IP3 noktasının analizörün IP3 noktasına göre fazlalığını gösterir.
Tablo 1
Örneğimizde: Ön amplifikatörün IP3'ü +15 dBm'dir ve spektrum analizörünün IP3'ü +10 dBm'dir, fark 5 dB'dir. Tablodaki en yakın fark değerleri. 1-6 dB ve 3 dB. IP3 değerindeki azalma sırasıyla 3,5 dB ve 4,6 dB'dir. Bizim durumumuzda bu değerler arasında doğrusal enterpolasyonla hesaplanan IP3 düşüşü 3,9 dB'dir. Yani Şekil 3'teki devrenin IP3 noktası +6,1 dBm'ye karşılık gelecektir. Bu, ön amplifikatör girişinde IP3 noktasının 20 dB daha düşük olacağı anlamına gelir, bu da -13,9 dBm'ye karşılık gelir. Böylece, bir ön yükseltici ekleyerek spektrum analiz cihazının küçük sinyalleri işleme yeteneğini geliştirdik ve büyük sinyal bölgesindeki performansını düşürdük. Bu şaşırtıcı değil, çünkü ön yükselticinin bağlanmasıyla ölçüm devresine sonsuz dinamik aralıktan uzak başka bir doğrusal olmayan cihaz eklendi. Tablo 1'den, ön yükselticinin IP3'ünün analizörün IP3'ünü aşması ne kadar büyük olursa, tüm devrenin IP3'ünün o kadar az düştüğü görülebilir. Örneğin 20 dB'lik bir fark değeri için IP3 düşüşü yalnızca 0,8 dB'dir. Bu nedenle, spektrum analiz cihazının dinamik aralığından çok daha büyük bir dinamik aralığa sahip bir ön yükselticinin kullanılması en çok tercih edilendir çünkü bu, tüm ölçüm devresinin dinamik aralığının azaltılmasını neredeyse tamamen önler. Bazı durumlarda, iyi bir amplifikasyon elde etmek için birkaç ön amplifikatörün seri olarak bağlanması gerekli olabilir. İki ön yükseltici bir spektrum analizörünün önüne sıralandığında ne olacağını düşünelim. Şekil 4'te sunulan devreyi analiz edelim.
Her iki ön yükseltici de Şekil 4'de gösterilen aynı özelliklere sahiptir. 40. Ön yükselticilerin toplam kazancı 10000 dB'dir (XNUMX kez). Toplam gürültü rakamı:
Şimdi IP3'teki azalmayı hesaplayalım. Her iki amplifikatör de +3 dBm'lik aynı IP30 değerine sahiptir. Tabloya göre. Şekil 1'de, 0 dB'lik bir farkla, ön amplifikatör 3'nin çıkışındaki IP2'teki azalma 6 dB'dir. Yani preamp 3'nin çıkışındaki IP2 eşittir
Bu, spektrum analizörünün IP14 değerinden 3 dB daha fazladır. Tabloya tekrar bakın. 1 ve en yakın değerler arasında enterpolasyon kullanıldığında: 2,4 dB için -10 dB ve 1,4 dB için -15 dB, değer -1,6 dB'dir. Analizör için IP3 değerinin hesaplanması
Bulgular. Böylece, bir ön yükseltici kullanıldığında analizörün hassasiyeti artar, ancak genel olarak dinamik aralık kötüleşir ve ön yükselticinin dinamik aralığı, analizörün kendisinin dinamik aralığını ne kadar az aşarsa. Küçük sinyalleri analiz etmek için ön yükselticiler kullanılabilir. Güçlü sinyalleri analiz ederken ve ayrıca güçlü parazit varlığında zayıf sinyalleri analiz ederken ön yükselticilerin kullanımından kaçınılmalıdır. Bana dinamik aralık ver! Yukarıda bahsedildiği gibi, dinamik aralığın aşılması tehlikesi, verici sinyalinin ikinci veya üçüncü harmoniğinin seviyesi değerlendirilirken en fazladır; İlk harmonik güçlü bir girişimi temsil ettiğinde, incelenen harmonikle birleşimsel bileşenlerin ortaya çıkmasına neden olur. Bu hoş olmayan fenomeni nasıl ortadan kaldıracağımızı ve harmonik seviyeyi nasıl ölçeceğimizi düşünelim. Bu sorun, spektrum analizörünün girişinde, ikinci veya üçüncü harmonikler geçiş bandına düşerken taşıyıcıyı reddeden bir çentik filtresi kullanılarak çözülebilir. Gerçekte analizörün dinamik aralığı genişletilmez, yalnızca gözlemlenen giriş sinyalleri arasındaki fark azaltılır. Spektrum analizörü için belirtilen maksimum giriş sinyali seviyesinin aşılmaması gerektiğini unutmamak önemlidir. Belirtilen maksimum giriş seviyesini 1 dB sıkıştırma noktası veya IP3 noktasıyla karıştırmayın. Kabul edilebilir maksimum giriş sinyali seviyesi, giriş zayıflatıcının veya karıştırıcının kabul edilebilir çalışma sınırları içinde kaldığı seviyedir. IP3 noktası genellikle 10 dB sıkıştırma noktasını 15...1 dB kadar aşar. Şekil 5'teki diyagrama bakalım.
Zayıflatıcı, verici çıkışını analizörün çalışması için güvenli bir seviyeye sınırlamak için kullanılır. Analizörün maksimum giriş seviyesinin +30 dBm ve 1 dB sıkıştırma noktasının 0 dBm, verici çıkış gücünün ise 100 W (50 dBm) olduğunu varsayalım. Verici ile spektrum analizörü arasına takılan zayıflatıcıdaki zayıflama 20 dB ise, analizör girişindeki sinyal seviyesi izin verilen maksimum seviyeye eşittir. Bize 30 dB marj sağlayacak olan 10 dB zayıflamaya sahip bir zayıflatıcı kullanmak daha iyidir. Spektrum analizörünün dinamik aralığının 70 dB olduğunu varsayalım. Bu, aralarındaki fark 70 dB'i aşmıyorsa iki sinyalin seviyesini ölçebileceğimiz anlamına gelir. Ayrıca, daha büyük sinyalin seviyesi, analizörün 1 dB sıkıştırma noktasının veya IP3 noktasının birkaç desibel altında olmalıdır. Taşıyıcıya göre incelenen sinyalin ikinci ve daha yüksek harmoniklerinin seviyelerini ölçmemiz gerektiğinde bir örnek düşünelim. İkinci harmonik seviyenin taşıyıcı seviyenin 80 dB altında olduğunu varsayalım. Analizörün dinamik aralığı 70 dB'dir, bu nedenle incelenen sinyalin harmonikleri, tek sıralı kombinasyon bileşenleri tarafından bozulacaktır. Bu zorluğun üstesinden gelmek için zayıflatıcı ile analizör arasına, taşıyıcı seviyesini düşüren ve ikinci harmoniğe minimum kayıp veren bir filtre yerleştiriyoruz. Ölçümlerimizin doğru olabilmesi için çentik filtresinin ikinci harmonik frekansında neden olduğu kayıpların bilinmesi gerekmektedir. Bu bir rezonatör veya LC filtresi olabilir, ikincisi geleneksel rezonatör filtreleriyle karşılaştırıldığında oldukça küçük ve kullanışlıdır. Kural olarak, 20...30 dB'lik taşıyıcı bastırma yeterlidir, dolayısıyla kompakt bir LC filtresinin yapılması ve ayarlanması zor değildir. Öncelikle filtredeki kayıpları belirliyoruz, bunun için sinyal üreteci ve spektrum analizörü taşıyıcı frekansa ayarlanıyor. Daha sonra analizörün okumalarına göre filtre maksimum taşıyıcı baskılamaya ayarlanır. Daha sonra sinyal üreteci ikinci harmonik frekansa ayarlanır ve sinyal seviyesi 0 dBm'ye ayarlanır. Analizör okumalarına göre filtredeki kayıpları belirliyoruz. Örneğin analizör -3 dBm ise filtredeki kayıp 3 dB'dir. Şimdi ikinci harmoniğin büyüklüğünü belirliyoruz. Şekil 6'da gösterilen kurulumu gerçekleştirelim.
Bir çentik filtresi takalım ve onu maksimum taşıyıcı bastırmaya ayarlayalım. Şimdi giriş amplifikatörünün kazancını artırarak spektrum analizörünün hassasiyetini artırarak sinyalin ikinci harmoniğinin seviyesini belirliyoruz. İkinci harmonik seviyenin -60 dBm olduğunu ve bu frekanstaki filtre kaybının 3 dB olduğunu varsayalım. Dolayısıyla gerçek ikinci harmonik seviyesi -60 dBm - (-3 dBm) = -57 dBm'dir. Taşıyıcı seviye +20 dBm olduğundan ikinci harmonik seviye taşıyıcı seviyenin 77 dB altındadır. Bu tür ölçümlerin doğruluğu birçok faktöre bağlıdır; örneğin bağlantı kablolarındaki kayıplar vb. Yüksek güçlerde, gücün bir kısmı sızıntı yapabilir. Bu nedenle ölçüm yaparken iyi korumalı bağlantı kabloları kullanmanızı ve vericiyi analizörden uzağa yerleştirmenizi öneririz. Bu yaklaşımı kullanarak çok doğru ölçüm sonuçları elde edilebilir. Bulgular. Çentik filtrelerinin kullanılması, spektrum analizörünün dinamik aralığına uymayan sinyallerin spektrumlarının veya incelenen sinyalin bandında birleşimsel bileşenlerin ortaya çıkmasına neden olan güçlü girişimin varlığında sinyallerin incelenmesini mümkün kılar. Bu durumda ölçümlerin doğruluğu büyük ölçüde bu filtrelerin parametreleri tarafından belirlenir. Yazar: G. Melnikov, Moskova; Yayın: radyoradar.net
Optik Sinyalleri Kontrol Etmenin ve Yönetmenin Yeni Bir Yolu
05.05.2024 Primium Seneca klavye
05.05.2024 Dünyanın en yüksek astronomi gözlemevi açıldı
04.05.2024
▪ DNA dizilerindeki karbon transistörler ▪ Bağırsak bakterileri bağırsak saatini kontrol eder ▪ Kadınlar erkeklerden daha fazla satranç kazanıyor ▪ Stres tehlikeli değil, ona verilen tepki
▪ saha bölümü Alan gücü dedektörleri. Makale seçimi ▪ Kıyamet makalesi. Popüler ifade ▪ makale Mağara adamları aletlerini nasıl yaptılar? ayrıntılı cevap ▪ Valerian Yunan makalesi. Efsaneler, yetiştirme, uygulama yöntemleri ▪ makale Udmurt atasözleri ve sözler. Geniş seçim
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri