Ответы Лаба 1. KeysightN8973
 Скачать 0.82 Mb.
|
|
Дисциплина: «Интегральные устройства электронных средств» Вопросы к лабораторной работе №1 Описание характеристик МШУ при помощи АКШ Опишите функции и технические возможности АКШ KeysightN8973A. Прибор обеспечивает одновременное измерение коэффициента шума и коэффициента усиления с возможностью просмотра, вывода на печать и сохранения данных и результатов измерений в различных форматах. Он позволяет также определять параметры усилителей и устройств переноса частоты, включая управление гетеродином через второй специализированный интерфейс GPIB. Анализатор N8973A обеспечивает возможность выбора пользователем одного из шести значений полосы пропускания, а также имеет более высокую скорость и точность измерений по сравнению с предыдущим поколением анализаторов коэффициента шума. Какие основные электрические параметры важны для коаксиального кабеля? Коаксиальный кабель характеризуется следующими электрическими показателями: полоса частот (МГц); потери передачи в заданной полосе частот (дБ); волновое сопротивление (Ом); показатель возвратных потерь (дБ); сопротивление по постоянному току (Ом); коэффициент экранирования (дБ). Для чего нужна калибровка? Калибровка – это неотъемлемый шаг в обеспечении правильной и эффективной работы инструментов; калибровка гарантирует, что приборы будут давать точные показания, что у конечных пользователей будут безопасные условия работы, и что компании соблюдают все свои законные обязательства. Однако понятие калибровки часто путают с понятиями точности и четкости. Здесь мы рассмотрим, что на самом деле подразумевается под словом «калибровка» и почему этот процесс так важен. Опишите калибровку со смещением.  Покажите фото экрана АКШ до калибровки и после. Поясните каждое фото. Дать определение понятию коэффициент шума  .Коэффициент шума - это отношение полной мощности шума на выходе приемника к той ее части (на выходе), которая обусловлена только внешним шумом (шумом источника сигнала). Дать определение понятию коэффициент усиления  .Коэффициент усиления - это отношение выходного сигнала к входному. Напишите порядок подключения АКШ к МШУ при измерении и .Стр. 5 в Лабораторной Зачем задается начальная и конечная частота при настройки АКШ? Для того чтобы обеспечить калибровку источника шума. Для чего при настройки АКШ указывается количество точек? Чем больше точек, тем точнее значение у графика. Для чего используется ГШ KeysightN4000ASNS? Прибор предназначен для точных измерений параметров устройств с низким значением коэффициента шума или устройств, у которых коэффициент усиления чувствителен к малым изменениям значения импеданса источника. С помощью этого источника шума можно с высокой точностью измерять характеристики устройств, имеющих коэффициент шума до 20 дБ. Дать определение относительного уровня шумов сверх нормы. Каким образом АКШ получается сведения о ОШСН ГШ? Опишите 3 способа. Расскажите об измеренном и исходя из Вашего варианта.Ку-11,7 Кш-3,6 Дайте характеристику МШУ, исходя из измеренных данных. Диапазон частот 870мгц Ку-11,7 Кш-3,6 У каких еще модулей, кроме МШУ, можно измерить характеристики при помощи АКШ? Понижающий смеситель ПЧ-полосовой фильтр (понижающий частотный) ПЧ-усилитель Дать определение понятию шумовая температура. температура, вызванная излучением окружающей антенну среды в отсутствие исследуемого источника, и тепловыми потерями в облучающей системе. не имеет никакого отношения к физической температуре антенны. Она задается формулой Найквиста, и равна температуре резистора, который имел бы такую же мощность тепловых шумов в данной полосе частот: Опишите метод измерения при помощи генератора сигналов.Для измерения коэффициента шума данным способом использовали генератор и ваттметр (либо анализатор спектра). К входу тестируемого устройства подключали генератор, к выходу — детектор мощности (анализатор спектра). Сначала генератор выключали, таким образом получая согласованную нагрузку при 290 K, и измеряли выходную мощность P1. Затем генератор включали на заданной частоте и, регулируя выходной сигнал, добивались того, чтобы выходная мощность P2 стала на 3 дБ выше P1. Из уравнения (6) следует, что: P1 = kT0BG+NA, Когда мы подаем на вход объекта измерения сигнал с генератора, то на выходе мы имеем усиленный шум, усиленную несущую, а также шум, вносимый объектом измерения: P2 = 2(kT0BG+NA) = PГЕН+kT0BG+NA, тогда NA = PГЕНG–kT0BG. (17) Подставляя выражение (17) в уравнение (4), получаем, что: F = PГЕН/kT0B. (18) Поскольку мощность генератора PГЕН и полоса измерения B нам известны, вычислить коэффициент шума не составляет труда. Фактическое усиление тестируемого устройства нам знать необязательно. Однако при использовании данного метода следует учитывать следующие факторы, которые будут влиять на точность измерений. Полоса измерительного устройства, которое детектирует мощность, должна быть известна. Кроме того, следует иметь в виду, что полоса B — это расчетная величина, соответствующая идеальному фильтру строго прямоугольной формы. То есть для реально используемого фильтра нужно вносить определенный поправочный коэффициент, чтобы продукт BG в реальном фильтре был эквивалентен BG в идеальном фильтре. Выходную мощность необходимо измерять при помощи устройства, которое определяет истинную мощность, поскольку на выходе мы имеем комбинацию из шума и несущей. Для этой цели лучше всего подходят измерители мощности, но из-за своей широкополосной природы они могут нуждаться в предварительном усилении и фильтре, ограничивающем полосу. Анализаторы спектра традиционно имеют лучшую чувствительность и фильтрацию, но детектор анализатора спектра может по-разному реагировать на шум и на сигнал несущей. Ну и, наконец, следует помнить, что в комнатных помещениях фактическая температура отнюдь не всегда составляет 290 K, или 16,8 °С. Исходя из изложенных факторов, данный метод может быть рекомендован для тестирования устройств с высоким коэффициентом шума. При этом будет сложно получить абсолютную погрешность менее 2 дБ. Опишите метод Y-фактора для измерения .Метод Y-фактора использует калиброванный источник шума, который состоит из специально разработанного шумового диода, который может быть включён или выключен, и следующего за ним аттенюатора для обеспечения хорошего согласования по выходу (рисунок 2). Когда диод находится в выключенном состоянии (то есть, ток смещения отсутствует), источник шума представляет для ИУ согласованную нагрузку при комнатной температуре. Когда к диоду прикладывается напряжение обратного смещения, он переходит в состояние лавинного пробоя, в результате чего формируется электрический широкополосный шум, который добавляется к шуму, формируемому согласованной нагрузкой при комнатной температуре. Этот уровень дополнительного шума определяется как “избыточный коэффициент шума“ или ИКШ. Для данного источника шума ИКШ изменяется в зависимости от частоты. Типовые источники шума имеют номинальные значения ИКШ в диапазоне от 5 до 15 дБ, в зависимости от значения ослабления внутреннего аттенюатора. С использованием источника шума проводятся два измерения мощности шума на выходе ИУ, а также определяется отношение результатов этих двух измерений, которое называется Y-фактором и используется для вычисления коэффициента шума. Дополнительным результатом метода Y-фактора является также определение скалярного коэффициента передачи ИУ, Рассмотрим метод Y-фактора более подробно. С использованием источника шума проводятся два измерения мощности шума. Одно измерение проводится с источником шума в его холодном состоянии (шумовой диод выключен), а другое измерение - с источником шума в его горячем состоянии (шумовой диод включён). Используя результаты этих двух измерений, а также известные значения ИКШ, можно вычислить две переменные: скалярный коэффициент передачи (усиления) и коэффициент шума испытуемого усилителя. При измерении ИУ также измеряется шум, вносимый приёмником шума контрольно-измерительного прибора. Чтобы устранить эффекты, связанные с этим добавочным шумом, перед измерением проводится калибровка, в ходе которой источник шума подключается к контрольно-измерительному прибору, чтобы определить коэффициент шума внутреннего приёмника шума. Для извлечения коэффициента шума ИУ из результирующего измерения уровня шума системы может быть использовано простое математическое выражение. Этот шаг относится к коррекции шума второго каскада, поскольку измеренный коэффициент шума ИУ корректируется, основываясь на коэффициенте передачи (усиления) и коэффициенте шума второго каскада, в качестве которого в данном случае служит приёмник шума контрольно-измерительного прибора. Если мощность шума на выходе усилителя представить в виде графика зависимости от уровня шума на входе, то он будет представлять прямую линию, как показано на рисунке 3, пока усилитель находится в линейном режиме. Такая модель поведения свойственна для МШУ, поскольку их назначением является усиление сигналов низкого уровня, которые находятся далеко от области компрессии. Если уровень шума на входе равен нулю, всё равно будет присутствовать некоторый уровень шума на выходе усилителя, вследствие процессов генерации шума внутри активной схемы усилителя. Уровень шума, генерируемого усилителем, определяется при измерении коэффициента шума. Графически легко продемонстрировать, почему два измерения мощности шума можно использовать для решения задачи определения коэффициента усиления (наклон линии) и коэффициента шума (получаемого из точки пересечения с осью Y).  Опишите метод холодного источника для измерения .Он основывается на использовании одной “холодной” (обычно при комнатной температуре) согласованной нагрузки на входе ИУ и независимого измерения коэффициента передачи ИУ. Этот метод часто используется с векторными анализаторами цепей, поскольку в этом случае можно выполнить комплекс измерений параметров усилителей или преобразователей частоты (S-параметры, компрессия коэффициента усиления, коэффициент шума), используя только один набор подключений. Теперь более подробно рассмотрим метод холодного источника. Идея этого метода очень проста. Согласованная нагрузка при комнатной температуре (так называемая “холодная“ согласованная нагрузка) помещается на входе ИУ, и проводится одно измерение мощности шума. Измеренный уровень шума является результатом усиления входного шума и аддитивного шума, вносимого усилителем или преобразователем. Если коэффициент передачи исследуемого устроства (усилителя, преобразователя и т.д.) точно известен, то можно рассчитать уровень шума, вносимого исследуемым устройством, путём вычитания из результата измерения значения усиленного шума на входе ИУ. В результате останется только уровень шума, вносимого ИУ. Из этого можно рассчитать коэффициент шума. Чтобы измерения при использовании метода холодного источника были точными, коэффициент передачи ИУ должен быть известен с высокой степенью точности. Векторный анализатор цепей способен обеспечить необходимый уровень точности за счёт использования двухпортовой векторной коррекции ошибок, а также других передовых методов калибровки. Поэтому метод холодного источника хорошо подходит для решений на базе векторного анализатора цепей. Как и при использовании метода Y-фактора, требуется этап калибровки для определения коэффициента шума и коэффициента передачи приёмников шума контрольно-измерительного прибора. Калибровку можно выполнить, используя источник шума, как и в случае метода Y-фактора, либо измеритель мощности и встроенный генератор в режиме сканирования по частоте для определения эффективной шумовой полосы пропускания приемника. Необходимо отметить, что при использовании метода холодного источника источник шума и измеритель мощности используются ТОЛЬКО во время калибровки, а не во время измерения ИУ. На рисунке 4 показано графическое представление зависимости мощности шума на выходе от мощности шума на входе. Наклон линии известен из независимого измерения коэффициента передачи ИУ. Чтобы определить линию, требуется провести только одно измерение для установления точки пересечения с осью Y, которая позволяет получить коэффициент шума ИУ.  Следует заметить, что при использовании векторного анализатора цепей для измерения коэффициента передачи ИУ может быть использована векторная коррекция ошибок, которая даёт более точное значение, чем значение, полученное при использовании метода Y-фактора. Векторная коррекция ошибок требует, чтобы были измерены все четыре S-параметра ИУ, для чего требуется два цикла свипирования анализатора (в прямом и обратном направлении). Скорректированные значения S11 и S22 ИУ используются для коррекции других ошибок измерения. Это обсуждается позже. Модернизация этого подхода была разработана для измерения преобразователей частоты, в которых значения частоты сигнала на входе и выходе отличаются. Напишите каскадную формулу Фрисса для расчета в тракте, состоящем из нескольких усилителей. Аналитический метод основан на использовании формулы Фриза, которая позволяет вычислить общий коэффициент шума любого количества каскадно включённых усилителей ( антенные, усилители ГС, магистральные, домовые и оптические приёмники). При каскадировании n активных устройств общий коэффициент шума каскада определяют по формуле:  где Fn – коэффициент шума n – го усилителя; Кn-1 - коэффициент усиления предоконечного усилителя. Из формулы видно, что наибольший вклад в общий коэффициент шума каскада усилителей вносит первый усилитель при условии, что его коэффициент усиления с учётом потерь между ним и последующим усилителем значительно больше единицы, что всегда выполняется в каскадах магистральных усилителей системы связи. При условии полной компенсации потерь на магистральном участке, когда коэффициент усиления каждого усилителя равен потерям на этом участке и условии использования идентичных усилителей, суммарный коэффициент шума цепочки из nусилителей можно выразить формулой: FΣ = 1+ n( F- 1) или FΣ = 10lg { 1+( F – 1)} C удалением от ГС снижается отношение C|N, т. е. происходит накопление шумов. Для  точных расчётовC|Nвых. системы для каскада усилительных устройств с разными параметрами усиления и разными уровнями входных C|Nвх. ,используется формула, где учитывается величина приведённого динамического диапазона. Приведенная формула является основной для расчёта магистральных каскадов и целых распределительных сетей, включающих оптический узел, магистраль и домовые сети.   C|NΣ = - 10 lg( 10 + 10 + - - - + 10 ). Частным случаем этой формулы является формула: C|N Σ = C|N – 10 lg n ,т. е., формула справедлива для получения общего C|N каскада, составленного из n устройств с равными C|N. Можно ли измерить ФШ при помощи АКШ? Ответ поясните. Довольно часто фазовый шум ограничивает рабочие характеристики приёмной системы. Например, фазовый шум снижает возможность обработки доплеровской информации в импульсных РЛС и ухудшает характеристики по модулю вектора ошибки в системах связи с цифровой модуляцией. Любое обсуждение проблемы фазового шума обычно связывается с нестабильностью частоты сигнала. Долговременная нестабильность частоты, предположительно генератора, может быть определена в таких единицах времени, как часы, сутки, месяцы или даже годы. Кратковременная нестабильность характеризует изменения частоты, которые происходят на протяжении нескольких секунд или ещё меньше. Такие изменения частоты с коротким циклом имеют намного большее влияние на системы, в задачу которых входит обработка большого массива данных для извлечения максимума информации из сигнала. Поэтому основное внимание при обсуждении будет посвящено кратковременной нестабильности. Кратковременную нестабильность можно описать различными способами, но наиболее распространённым является однополосный (SSB) фазовый шум. Метод прямого измерения спектра – самый старый и, возможно, самый простой метод измерения фазового шума. Испытуемый сигнал (ИС) или испытуемое устройство (ИУ) просто подключается ко входу анализатора сигналов, например, анализатора сигналов серии PXA компании Agilent, и анализатор затем настраивается на несущую частоту. Затем проводятся два измерения: измеряется мощность несущей и спектральная плотность мощности шума генератора при заданной частоте отстройки, отнесённая к мощности несущей. Это приложение автоматически выполняет требуемые измерения параметров сигнала несущей частоты и фазового шума и затем применяет необходимые корректирующие коэффициенты. Результаты могут быть представлены как в виде графика спектра фазового шума в логарифмическом масштабе (дБн/ Гц в зависимости от частоты отстройки в логарифмическом масштабе), так и в виде таблицы уровней фазового шума при конкретных значениях частоты отстройки. Это техническое решение обычно хорошо работает при отстройках вблизи несущей, таких как 10 или 100 Гц, и при больших отстройках, таких как 10 МГц. Анализатор источников сигналов E5052B реализует усложнённые методы фазового детектора и взаимной корреляции. E5052B включает малошумящие опорные источники, обеспечивает экстремально низкий уровень собственных шумов и возможности цифровой обработки сигналов, необходимые для реализации методов гетеродинного цифрового дискриминатора и двухканальной взаимной корреляции. Анализатор источников сигналов E5052B лучше всего подходит для измерений при отстройках вблизи несущей до 1 Гц и при больших отстройках от несущей до 1 ГГц. Специализированные функциональные возможности E5052B обеспечивают удобство в работе и упрощенную установку параметров измерения и калибровку. Сокращения: ОШСН - относительный уровень шумов сверх нормы. ФШ – фазовый шум. АКШ – анализатор коэффициента шума. МШУ – малошумящий усилитель. ГШ – генератор шума. – коэффициент усиления. – коэффициент шума. |