magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

eyecatcherAz eddigiekben leírt jelidentifikációs képességekkel lényegbe vágó méréseket lehet végezni. Néhányak számára viszont kézenfekvő a következő kérdés: „Milyen pontosan tudom mérni a megtalált jeleket?”

 

Minőségmérések végrehajtása

A válasz sok tényezőtől függ. Néhány esetben a fő szempont a jelanalizáló dinamikatartománya a vizsgált spektrum által elvárt dinamikához képest. A mérés dinamikatartományának pontos értelmezéséhez – és ahhoz, hogyan lehet azt „lefordítani” a valóságos teljesítőképességre – több dologra van szükség, mint az adatlap egy-két specifikációs pontja.

A dinamikatartomány hagyományos értelmezése

Gyakorlatilag minden jelanalizáló hetero-din rendszerű: az első keverővel alacsonyabb frekvenciatartományba toljuk, „lekeverjük” a jelet, ami a nagy teljesítményű jelek esetén torzítások forrása lehet. Gyakran előosztást és szűrést is használnak ezeknek a problémáknak a kiküszöbö-lésére, amelyek viszont kedvezőtlenül hatnak a sávszélességre és a kisebb jelek érzékelésének képességére.
Egy jelanalizátor esetében a legismertebb dinamikatartomány-specifikáció a harmadrendű metszéspont[1] (Third Order Intercept – TOI) a megjelenített átlagos zajszint (Displayed Average Noise Level – DANL) függvényében; ezenkívül szokás ábrázolni a fáziszajt is. Ez ad bizonyos jelzést arra nézve, milyen jól kezeli az analizátor a nagy jeleket, miközben továbbra is méri a kicsiket. A fáziszaj pedig arról ad tájékoztatást, milyen jól képes mérni az analizátor a vivőjel közelében. Ezek a paraméterek a vektormérésekre és a valósidejű analízisre jellemzőek.

A 11. ábra egy szokásos dinamikatartomány-diagramot mutat sweep-típusú spektrumanalizátorok jellemzésére[2]. Az X-tengelyen az első keverőfokozatnál mérhető teljesítményszintet mutatja; ez az, amely az analizátor bemeneti osztójával befolyásolható.

figure11

11. ábra A jobbra lejtő zöld vonal a műszer saját zajszintje; a jobbra emelkedő kék vonal pedig a harmadrendű, a piros vonal pedig a másodrendű metszéspont diagramja. Az optimális dinamikatartomány a zaj és a torzítás görbéjével alkotott metszéspontoknál van. A fáziszajt sárga vonal jelzi


Az Y-tengelyen pedig a dinamikatartományt ábrázoltuk dBc-ben. A Keysight jóminőségű X-sorozatú jelanalizátorai viszonylag újszerű technikát alkalmaznak a kiszajú útvonal (Low Noise Path – LNP) elvét követve, amellyel megkerülhető bizonyos zajosabb alkatrészek használata, amelyeket pedig széles körben alkalmaznak a jelanalizátorokban. A minőségjavulás mértéke a magasabb vivőfrekvenciáknál jelentősebb. Ez a dinamikatartomány-diagramnál válik fontossá, mert ez a DANL-görbét messze bal felé tolja el anélkül, hogy az a másodrendű metszésponttal (Second Order Intercept – SOI) mérhető minőségi jellemző rovására menne.
A fáziszaj jelentős tényező, ha például vektormérésekre van szükség, vagy a vivőjelhez közeli frekvencián kell mérni. Ha nagyon stabil referenciaoszcillátort használunk, az jelentősen javíthatja a fáziszaj-tulajdonságokat a vivőfrekvencia közelében, általában attól 100 Hz-re vagy még közelebb. A 100 Hz feletti ofszeteknél a zajt az oszcillátor vagy az analizátor más alkatrészei által generált hozzájárulás növeli. Az UXA-műszerben a helyi oszcillátorban (Local Oscillator – LO) alkalmazott közvetlen digitális frekvenciaszintézernek (Direct Digital Synthesizer – DDS) köszönhető a szakmában elérhető legjobb fáziszaj-érték.

A vektorjel-analízis dinamikatartománya

A vektoranalízisnél, az analóg és digitális középfrekvenciás jelfeldolgozó fokozat – és még ezeknél is nagyobb mértékben az analóg-digitális átalakító (ADC) hardver akaratlanul hamis tartalmakat képes előállítani, ha a bemenetre rákapcsoljuk a vizsgált jelet. Ha kiszámítjuk, hogy az ADC felbontásából valójában mennyit használunk ki, az felhasználható a vektor-dinamikatartomány jellemzésére.
A legkorszerűbb, 80 MHz-nél is keskenyebb sávszélességű analizátorokban olyan ADC-ket használnak, amelyeknek legalább 14 bit a felbontása. Sajnos csak nagyon kevés, nagy dinamikatartományú digitalizáló létezik az 1 GHz-es mintavételi sebességtartomány felett. Az egyik elterjedt megoldásban több analóg-digitális átalakítót alkalmaznak a különböző sávszélességekhez. Míg ez a módszer igen jó arra, hogy megőrizze vagy maximalizálja a dinamikatartományt a kisebb átfogásoknál, a nagyobb sávszélességeknél már nincs hatása. Ez pedig jelentős probléma lehet szélessávú, félvezető-alapú erősítők és az olyan rendszerek vizsgálatánál, amelyeknek a torzításmentes dinamikatartománya 70…80 dBc (Spurious-Free Dynamic Range – SFDR).
Azok az alkalmazások, amelyek jelentős dinamikatartományt igényelnek, magukban foglalják a torzításból adódó spektrális összetevők gyűjtését is, az átviteli sávszélességen – vagy annak többszörösén – belül, a szélessávú sweep-jelek mérését, vagy a szélessávú, gyors frekvenciaugratásos tevékenység adatrögzítését. Ahhoz, hogy pontos eredményeket kapjunk, a műszereknek jobb minőségűeknek kell lenni a vizsgált rendszer által megkövetelt minimumnál. Az UXA ezeknek a problémáknak a kezelésére a Keysight saját fejlesztésű, metrológiai minőségi fokozatú, 14 bites AD-átalakítóját alkalmazza 1 Gminta/s-nál nagyobb mintavételi sebességgel (12. ábra).


figure12

12. ábra Ez az ábra egy UXA-műszerrel végzett sűrűségfüggvény-mérés eredményének egy szelete. A bekarikázott tüskét szándékosan állítottuk elő egy jelgenerátorral. Egy olyan műszer, amelynek SFDR-je nem elegendő, maga is képes belül ilyen tüskék szándékolatlan előállítására, amelyek nagyon megnehezíthetik a vizsgált jel spktrumának elemzését

Miközben az ADC felbontása jól jelzi a mérőműszer teljesítőképességét, ez önmagában még nem garantálja, hogy a műszer teljesíti is a mérések minőségének egy adott szintjét. Például egy 16 bites ADC is tud úgy működni, mintha csak 8 bites lenne, ha nem gondoskodunk megfelelően a dinamikatartomány maximális kihasználásáról.
Az SFDR minőségi jellemzőkénti felhasználása segíthet megvilágítani az ADC tüskékkel kapcsolatos tulajdonságait. Például ez a specifikációs pont leírja azt a szintet, amelynél a nem kívánt jelek még láthatóak, és ezzel befolyásolhatják a mérés minőségét (további részletek „Az ADC teljesítőképességének bemutatása” keretes fejezetben). Az SFDR-szám rendszerint egyetlen frekvencián van megadva egy kiválasztott frekvenciaofszetnél vagy ofszettartománynál. EW-környezetben ezen paraméterek sokasága folyamatosan változik, amely megnehezítheti a műszer saját teljesítőképességének meghatározását[3]. Ha többszörös impulzusokat vizsgálunk annak érdekében, hogy megbizonyosodjunk a műszer dinamikatartományáról, mint minőségi jellemzőről, jó módszer ilyen impulzus-tesztsorozatokat előállítani, és megfigyelni a műszer viselkedését.
Az alábbi példákban két azonos vivőjű, de különböző teljesítményszintű impulzusjelet használunk gerjeszőjelként. A méréseket oszcilloszkóppal és jelanalizátorral is elvégeztük, hogy bemutathassuk, hogyan mérhetők vagy azonosíthatók a kis jelek nagy jelek jelenlétében a kétféle műszerrel. Hogy a méréseket össze lehessen hasonlítani, mindkét műszernél vektorjel-analízis szoftvert alkalmaztunk a jelek tartományainak vizsgálatára.

A 13. ábrán fent az oszcilloszkópos méréseket, lent pedig az analizátorral előállított eredményeket láthatjuk. A felső képeken az a két impulzus látható, amelyek között 20 dB az amplitúdókülönbség.

figure14a

figure14b

figure14c

figure14d

13. ábra Ezen a képen egy oszcilloszkóp (fent) és egy analizátor (lent) méréseit hasonlítottuk össze. Az első impulzus amplitúdója -20 dBc,
a másodiké -60 dBc. Ugyanazokat a beállításokat használva az oszcilloszkóppal komoly mérési nehézségeket tapasztalunk a kisebb amplitúdójú impulzusnál, az UXA kiemelkedő dinamikatartományával viszont világosan felismerhető a második, kisebb jel is

 

Az erősítéssel vagy leosztással állítottuk be a mérési tartomány maximális kihasználását. Világosan látható, hogy a jelanali-zátornak sokkal nagyobb a méréstartománya, mint az oszcilloszkópnak, amely még akkor is jól látható, ha a két vizsgálóimpulzus amplitúdója csak 20 dB-lel tér el egymástól. Ismétlődő jeleknél idő szerinti, hardveres átlagolás használható a zajküszöb leszállítására, és ezáltal 90 dB-nél nagyobb mérési tartomány megvalósítására 200 MHz-es átfogásnál (14. ábra).

figure15

14. ábra Ebben a példában a 89600 VSA-szoftverrel végrehajtott időátlagolással terjesztettük ki a műszer mérési tartományát. A képernyő alján látható táblázatban a 3Δ1 relatív marker több, mint 91 dBc mérési tartományt mutat az UXA jelanalizátonál


Ez a módszer akkor használható, ha aránylag kis változékonyságú az impulzusismétlési időköz (PRI) és a triggerfeltétel. Ráadásul ajánlott, hogy a vizsgált rendszer (System Under Test – SUT) és a műszer ugyanazt a frekvenciareferenciát használja a stabilitás érdekében.[4]
A legtöbb műszergyártó ajánl olyan szoftvercsomagokat, amelyek automatikusan kiszámítják és megjelenítik a mérési eredményeket a vektorsávszélességen és a műszer dinamikatartományán belül található összes impulzusra. Ugyanilyen fontos a megfelelő mintavételi arány és dinamikatartomány beállítása ahhoz, hogy a mérés teljes értékű és pontos lehessen (azaz adjon számot a sávban található összes impulzusról). Az olyan impulzusjellemzők mérése, mint a felfutási idő, a túllövés, a tetőesés és mások, a mintavételi sebesség függvénye.[5]

Összegzés

A változékony, szélessávú rendszerek vizsgálatánál jelanalizátorokra van szükség a tüskék megtalálásához és a frekvenciaspektrum felügyeletéhez. Az elmúlt időszakban a szokásos, sweepalapú spektrumanalizátorokat használtuk az ilyen jelek vizsgálatára. Ezek a hagyományos eszközök azonban ma már nem alkalmasak az olyan feladatok ellátására, mint a nagy sávszélességű és a különösen nagy frekvencia-változékonyságot mutató rendszerek jellemzése. Ma a jelanalizátoroktól és a valósidejű analízistől várhatjuk azt a sebességet, rugalmasságot és teljesítőképességet, amely az összetett rendszerek és jelkörnyezetek jellemzéséhez szükséges. Ráadásul ezek az új analizátorok fejlett, valósidejű triggerelésre is alkalmasak, és ez arra is használható, hogy az érdeklődésünk középpontjában álló egyetlen jelet elválaszthassuk a környezetétől azzal, hogy a mérést a jelre specifikus frekvencia-, amplitúdó- és időkritériumok teljesülésekor indítjuk.
Az UXA-jelanalizátor a Keysight saját fejlesztésű AD-konverter-technológiáját használja, amellyel a szélessávú, valósidejű analízis a dinamikatartomány elvesztése nélkül valósítható meg. Az eredmény az a képesség, hogy láthatóvá tehetjük a dinamikus jelek valódi viselkedését és a csúcstechnológiájú fejlesztések valódi teljesítőképességét.

Az ADC teljesítőképességének bemutatása

Az UXA-műszerben egy metrológiai fokozatú, digitális, dinamikusan működő linearitáskorrektort és más technológiákat használó analóg-digitális átalakító (ADC) szolgálja azt a célt, hogy gyakorlatilag bármelyik, a kereskedelemben kapható ADC-nél sokkal jobban leszorítsa a torzításokat. Ahhoz, hogy az ADC ezen kiemelkedően versenyképes minőségére rávilágíthassunk, egy folytonoshullámú jelet futtattunk végig egy 510 MHz átfogású tartományon az UXA-val, összehasonlítva egy másik műszerrel, amelyet 500 MHz-en futtattunk végig. A 15. ábra spektrogramjait úgy állítottuk be, hogy az oltsa ki a -92 dBc alatti információt.

figure13a

figure13b

15. ábra A képeken a vizsgálatra használt sweepjelet a bal felső saroktól a jobb alsóig húzódó vonal mutatja.Minden más vonal a vizsgált műszer által generált hamis jel. Amint a felső képen látható, az UXA sokkal kevesebb hamis jelet állít elő. Ez elsősorban a Keysight saját fejlesztésű
AD-konverterének köszönhető


A bal oldali színes sáv mutatja a jelszint színkódolását. Ebből azonosítható, hogy a vizsgálójelet -92 Dbc (bíbor) és -50 dBc (piros) szintek között váltogatva amplitúdómoduláltuk. Világosan látható: az UXA (az ábrán felül) sokkal kevesebb hamis jelet generált, mint az összehasonlításra használt másik műszer.

Ajánlott irodalom:

1. Application note: Using Fast Sweep Techniques to Accelerate Spur Searches, 5991-3739EN
2. Application Note: Spectrum and Signal Analysis –Pulsed RF, 5952-1039
3. Application Note: Understanding and Applying Probability of Intercept in Real-time Spectrum Analysis, 5991-4317EN
4. Application Note: Measuring Agile Signals and Dynamic Signal Environments, 5991-2119EN
5. Application Note: Spectrum Analysis Basics, 5952-0292
6. Brochure: Keysight UXA X-Series Signal Analyzer (N9040B), 5992-0089EN
7. Brochure: 89600 VSA Software, 5990-6553EN
8. Selection Guide: Spectrum Analyzer and Signal Analyzer, 5968-3414E
9. Technical Overview: N9070A Wideband Signal Analysis Solution, 5991-3919EN

 

(Forrás: Keysight Technology: Using Wider Deeper Views of Elusive Signals to Characterize Systems and Environments. Application note. Fordítás és felhasználás a Keysight hivatalos magyarországi viszonteladója engedélyével).

 

Kérjük, látogassák meg standunkat az Ipar Napjain: A pavilon 308FA


Magyarországon a Keysight Technologies
kizárólagos resellere a H TEST Hungary Kft.
9027 Győr, Gesztenyefa u. 4., tel.: + 36 96 999 262
Email: info@htest.hu, web: www.htest.hu

 

Még több H TEST

Címkék: Keysight | jelanalizátor | spektrumanalizátor | felderítés

 


[1] A kismértékben nemlineáris rendszereknél, amelyek spektrumában csak alacsony rendszámú harmonikusok fordulnak elő jelentős mértékben, gyakran jól jellemezhetők azzal a frekvenciával, ahol a második vagy harmadik harmonikus egyenes szakaszát meghosszabbító – extrapolált – egyenesei melyik frekvencián metszik az alapharmonikus egyenesét. Ez lényegében arra ad felvilágosítást, hogy a harmonikus teljesítmény milyen gyorsan csökken a rendszám növekedtével. – A szerk. megj.

[2] E téma részletesebb tárgyalását a Spectrum Analysis Basics című alkalmazástechnikai útmutatóban találja meg az olvasó az 5952-0292 hivakozási számon – A szerző megj.

[3] Az SFDR nem alkalmas sem a műszer zajtulajdonságainak leírására, sem annak a hamis jeltevékenységnek a mértékéül, amit a műszer önmaga generál. A további részleteket lásd „Az ADC teljesítőképességének bemutatása” keretes fejezetben. – A szerző megj.

[4] Ez a módszer oszcilloszkóppal végrehajtott méréseknél, valamint a 89600 VSA szoftverrel is használható – A szerző megj.

[5] Ezek a jelanalizáló programcsomagok a műszergyártótól függetlenül, széles körben használhatók utófeldolgozással az impulzusjellemzők meghatározására. Ez nem tévesztendő össze azzal a valósidejű feldolgozással, amelyet e cikkben már leírtunk – A szerző megj.