ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ. 3 измерение амплитудных характеристик и нелинейных искажений

• Название: 3 измерение амплитудных характеристик и нелинейных искажений
• Анкор: ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ
• Дата: 24.06.2022
• Размер: 61.65 Kb.
• Имя файла: 3 (9).docx
• Тип: Методические рекомендации; #613573

3 ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ»

Цель работы: выполнить измерения амплитудных характеристик и интермодуляционных искажений в САПР AWR Design Enviroment приемника прямого усиления.

Приемник прямого усиления



Рисунок 9 – Приемник прямого усиления

1. Методические рекомендации

1. 
   Выполнить моделирование приемника (см рисунок 9) и построить график зависимости коэффициента усиления от частоты сигнала. По полученному графику определить значение P₁dB.
   
2. 
   Соберите одну из схем, показанных на рис. 7, 8. Аттенюатор ATТ поставьте по минимуму, чтобы входной сигнал был в диапазоне допустимых значений анализатора.
   
3. 
   Подайте двухтоновый сигнал на вход исследуемого устройства ИУ такой, чтобы мощность на его выходе была на 10 dB ниже точки 𝑃₁dB.
   
4. 
   Добавьте ослабление путем добавления внешнего ATТ. В случае собственной нелинейности анализатора при добавлении, скажем, 3 dB, значение 𝐼𝑀𝐷₂ должно увеличиться на 3 dB, а значение 𝐼𝑀𝐷₃ — на 6 dB. Увеличением ослабления добейтесь, чтобы 𝐼𝑀𝐷 при увеличении ATТ практически не менялись – это означает, что собственные искажения анализатора гораздо меньше искажений измеряемого тракта.
   
5. 
   Измерьте значения 𝐼𝑀𝐷₂ и 𝐼𝑀𝐷₃, а также мощность на выходе ИУ (не забудьте учесть аттенюатор ATТ). Рассчитайте по приведенным выше формулам значения 𝑂𝐼𝑃₂ и 𝑂𝐼𝑃₃
   
6. 
   Проверьте, что измеренные искажения обусловлены именно исследуемым трактом, а не схемой формирования сигнала. Для этого достаточно исключить из схемы ИУ. Если 𝐼𝑀𝐷₂ и 𝐼𝑀𝐷₃ будут значительно больше ранее измеренных, то проведенные измерения выполнены верно. Если нет, то следует использовать более мощные генераторы в схеме формирования двухтонального сигнала.
   

2. Контрольные вопросы

1. 
   Точки пересечения 𝐼𝑃2 и 𝐼𝑃3?
   

при каждом уменьшении мощности входного сигнала на 1 dB отношение мощности выходного сигнала и искажений второго порядка увеличивается на 1 dB, а для третьего порядка — на 2 dB. Следует учесть, что указанные зависимости справедливы лишь для малых сигналов (как правило, ниже точки децибельной компрессии на 6–10 dB).

2. 
   Интермодуляция двухтонового сигнала?
   

Интермодуляция — это процесс взаимодействия нескольких различных сигналов в нелинейных каскадах радиоприёмного тракта. В результате возникают новые составляющие спектра, зашумляющие принимаемый сигнал

3. 
   Точка пересечения интермодуляции второго порядка по выходу 𝑂𝐼𝑃₂?
   

𝑂𝐼𝑃2 (𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝐼𝑃₂) для двухтонового сигнала с частотами 𝑓₁ и 𝑓₂ и одинаковыми уровнями тонов называется такая аппроксимированная мощность тона выходного сигнала, при которой она равна мощности продукта нелинейности второго порядка на частоте 𝑓₂−𝑓₁ (или 𝑓₂+𝑓₁).

4. 
   Точка пересечения интермодуляции второго порядка по входу 𝐼𝐼𝑃₂ (𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡
   

𝐼𝑃₂)?

Точкой пересечения интермодуляции второго порядка по входу 𝐼𝐼𝑃₂ (𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡 𝐼𝑃₂) для двухтонального сигнала с частотами 𝑓₁ и 𝑓₂ и одинаковыми уровнями тонов называется такая мощность тона входного сигнала, при котором аппроксимированные выходные мощности усиленного тона и

продуктов нелинейности второго порядка на частоте 𝑓₂−𝑓₁ (или 𝑓₂+𝑓₁) равны.

5. 
   Точка пересечения интермодуляции третьего порядка по выходу 𝑂𝐼𝑃₃?
   

𝑂𝐼𝑃3 (𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝐼𝑃₃) для двухтонового сигнала с частотами 𝑓₁ и 𝑓₂ и одинаковыми уровнями тонов называется такая аппроксимированная мощность тона выходного сигнала, при которой она равна мощности продукта нелинейности третьего порядка на частоте 2𝑓₂−𝑓₁ (или 2𝑓₁−𝑓₂).

6. 
   Точка пересечения интермодуляции третьего порядка по входу 𝐼𝐼𝑃₃?
   

Точкой пересечения интермодуляции третьего порядка по входу 𝐼𝐼𝑃₃ (𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡 𝐼𝑃₃) называется мощность входного тона, соответствующая мощности 𝑂𝐼𝑃₃ на выходе.

7. 
   Как определить уровень P₁dB?
   
8. 
   P1dB равна такой мощности сигнала на выходе, при котором отличие от линейной характеристики составляет 1 dB.
   
9. 
   Методы формирования двухтонового сигнала?
   

Первый вариант схемы формирования сигнала основан на использовании переноса частот поскольку компоненты, входящие в состав схемы, не идеальны, то следует учесть ряд их особенностей:

- собственную нелинейность выходного каскада прибора (т.е. усилителя У);

- неподавленную несущую смесителя СМ и гармоники частоты 𝑓𝐿𝑂;

- гармоники частот Δ𝑓 сигнала источника Г1.

Второй вариант схемы формирования сигнала основан на использовании двух источников с близкими частотами и сумматора мощности. Эта схема требует чуть больше оборудования (два высокочастотных генератора вместо одного), но, как будет показано далее, обладает рядом преимуществ перед первым вариантом.

10. 
    Какой из методов наиболее эффективнее и почему?
    

На основе сумматора мощности, потому что можно не предъявлять особых требований к генераторам, входящим в состав схемы измерений.

В ходе данной работе были собраны схемы приемника прямого усиления, измерена зависимость P₁dB. Была собрана схема для измерения интермодуляционных искажения методом на основе сумматора мощности, построены графики спектром и сняты зависимости IM₂, IM₃, IMD₂ и IMD₃. Из полученных значений были рассчитаны значения OIP₂ и OIP₃.

Из проделанной работы можно сделать вывод, что искажения возникают из-за потерь, вызванных в приемном устройстве. Однако посредством регулировки усилителей и фильтров в приемном устройстве можно понизить величину интермодуляционных искажений.

Вариант на основе сумматора мощности

Второй вариант схемы формирования сигнала основан на использовании двух источников с близкими частотами и сумматора мощности (Power Splitter/ Combiner) (рисунок 8). Эта схема требует чуть больше оборудования (два высокочастотных генератора вместо одного), но, как будет показано далее, обладает рядом преимуществ перед первым вариантом.



Рисунок 8 – Формирование двухтонового сигнала с помощью сумматора мощности

Два независимых источника Г₁ и Г₂ формируют сигналы с близкими частотами 𝑓₁ и 𝑓₂, которые затем подаются на соответствующие усилители У₁ и У₂, представляющие выходные каскады генераторов как отдельных приборов. Затем сигналы подаются на входы пассивного направленного сумматора мощности СУМ, обеспечивающего развязку между его входами. С выхода сумматора сигнал подается на вход измеряемого устройства ИУ, затем на аттенюатор AT1 и на анализатор спектра S1. Следует отметить, что между сумматором и входом исследуемого устройства отсутствуют какие-либо активные компоненты.

Рассмотрим следующие побочные эффекты компонентов данной схемы: гармоники на выходе источников Г₁ и Г₂; нелинейности усилителей У₁ и У₂;

развязку входов сумматора (подавление прохождения сигнала от одного

входа к другому обозначим 𝑆₁₂).

Для начала, предположим развязку сумматора достаточно большой и рассмотрим прохождение сигналов с частотами 𝑓₁ и 𝑓₂ по отдельности. Поскольку источники Г₁ и Г₂ формируют сигналы каждый своей частоты, то явление интермодуляции на усилителях У₁ и У₂ при большой изоляции каналов сумматора практически отсутствует. По сути, эти усилители могут работать и в нелинейном режиме, что приведет лишь к увеличенным уровням составляющих на кратных частотах – 2𝑓₁, 2𝑓₂, 3𝑓₁, 3𝑓₂ и т.д. Отметим, что данные частоты не

совпадают с частотами интересующих нас продуктов интермодуляции 𝐼𝑀₂ и 𝐼𝑀₃. Это означает, что можно не предъявлять особых требований к генераторам, входящим в состав схемы измерений.