Calitățile unui receptor sunt în mare măsură determinate de faptul dacă semnalele puternice din afara benzii recepționate interferează cu recepția. Semnalele puternice deranjante cauzează de obicei apariția așa-numitelor. semnale fantomă. O fantomă este un semnal care nu există în aer, dar apare în receptor. Unul dintre motivele acestui efect este neliniaritatea receptorului.

Un alt articol al meu (Software Radio) descrie un receptor cu conversie directă de frecvență și procesare și demodulare a semnalului digital - așa-numitul software radio (CP). De interes este măsurarea parametrilor neliniari ai unui astfel de radio.

De obicei liniaritatea receptoarelor este măsurată prin acordarea a două semnale puternice (test cu două tonuri) la intrare și măsurarea nivelului semnalelor fantomă de tip F1.+ - F2 (a doua comanda) și 2F1 + -F2 (ordinul al treilea). Metoda este standard și a fost descrisă de mai multe ori în literatură. Este o cerință esențială să utilizați simultan două generatoare de semnal de calitate (cu un spectru foarte clar).

Cu toate acestea, este posibil să se măsoare liniaritatea receptorului CP cu o singură sursă de semnal și cu mijloace mult mai primitive.

Măsurarea monotonă

Un singur semnal cu o frecvență undeva în lățimea de bandă CP este alimentat la intrarea CP. Semnalul trebuie să aibă un spectru foarte clar și un nivel foarte scăzut al armonii 2 și 3. Fie frecvența heterodinei CP să fie f, iar pe semnalul de intrare - F . Se vor căuta semnale fantomă cu frecvențe de acest tip 2 (F- f) și 3 (F- f) deoarece numai ei cad în spectrul de recepție. Receptorul software efectuează analize spectrale și aceste semnale pot fi observate. Semnalul convertit cu frecvența F-f este semnalul util. Produse din al doilea 2 (F- f) și al treilea 3 (F- f) ordinea apare ca armonic la semnalul convertit și va fi o măsură obiectivă a neliniarității.

Schema de măsurare

O diagramă a setării de măsurare este prezentată în Fig.1. Generatorul este descris mai jos. Pentru măsurarea nivelului de ieșire a fost utilizat un contor de miliwatt termistor (432 contor de putere Hewlett-Packard). Atenuatoarele 8494B (0-11 dB) și 8496B (0-110 dB) ale aceleiași companii sunt utilizate conectate în serie, cu care este reglementat nivelul de intrare al CP. Măsurarea s-a făcut numai la 14 MHz. Între intrarea receptorului și a generatorului este conectat un filtru trece-jos cu o frecvență de întrerupere de 17 MHz, ceea ce reduce semnificativ nivelul armonic al generatorului. După filtr, este conectat un atenuator fix de la 3 la 10 dB. Acest lucru oferă mixerului de chei o impedanță oarecum uniformă chiar și în afara lățimii de bandă a filtrului. Ieșirea receptorului este alimentată pe placa de sunet a computerului.

Măsurarea trebuie făcută numai într-un singur canal al cardului. Niciun semnal nu ar trebui să fie dat celuilalt canal, deoarece acest lucru ar interfera cu măsurarea precisă. Este bine să legați la masă canalul neutilizat. Nivelul de ascultare dintre cele două canale ale majorității plăcilor de sunet este astfel încât măsurarea ar deveni nesigură. Ca analizor de spectru, am folosit programul profesional SpectraLab (http://www.soundtechnology.com) .

Consultați și http://www.pmgrp.com/prod01.htm de unde pot fi descărcate software demo. Winrad http://www.weaksignals.com/ poate fi, de asemenea, utilizat. Analizorul de spectru trebuie să fie comutat în modul de măsurare numai în 1 canal și nu în modul l/Q. Impedanțele caracteristice de 50 ohm sunt folosite peste tot.

.

parametrilor
figura 1

Secvența de măsurare

1. Se face o singură măsurare absolută pentru a determina nivelul de ieșire al generatorului (în dBm).

2. Semnalul de la generator este alimentat către receptor în conformitate cu Fig.1. Semnalul convertit, precum și produsele neliniare care apar ca armonice, sunt observate pe analizorul de spectru. Atenuatoarele reglează amplitudinea de intrare și semnalul la intrare până când placa de sunet sau amplificatorul începe să se limiteze. Acest moment este clar exprimat prin creșterea bruscă a amplitudinilor tuturor produselor combinate. Nivelul scade până când restricția dispare și apoi se măsoară nivelurile semnalului principal convertit (prima armonică) și ale produselor neliniare a doua și a treia armonică în dB s. De asemenea, luăm în considerare nivelul absolut al semnalului de intrare la receptor intrare în poziție dBm. Trebuie să se lucreze aproape de nivelurile maxime de intrare posibile pentru a obține niveluri semnificative de produse neliniare.

3. Se efectuează o măsurare suplimentară pentru a verifica dacă nivelurile măsurate ale celor două armonici sunt de fapt produse ale neliniarității receptorului și nu audițiile armonicelor generatorului de măsurare. Nivelul semnalului de intrare scade cu 3 dB. Nivelul celei de-a doua armonici ar trebui redus cu 6 dB și cel al treilea - cu 9 dB. Acest lucru ar arăta că acestea sunt într-adevăr produse neliniare. Dependența neliniarităților de ordinul 2 sunt de al doilea și de cele de ordinul al treilea al gradului al treilea de amplitudinea semnalului de intrare. Dacă schimbarea semnalului de intrare și ieșire este de același ordin, este evident un nivel ridicat de ascultare de la armonic la generatorul de măsurare și măsurarea nu este fiabilă.

4. Pentru evaluarea cantitativă se calculează așa-numitele. puncte de intersecție interpolate:

Vin este nivelul măsurat al semnalului de intrare în dBm; V1f , V2f și V3f sunt amplitudinile relative măsurate ale primei, celei de-a doua și a treia armonici a semnalului de la analizorul de spectru. Următoarele formule pot fi utilizate pentru a compara măsurarea cu un singur ton cu măsurarea standard cu două tonuri:

5. Pentru control, celălalt canal hardware al receptorului poate fi, de asemenea, măsurat - ambele canale trebuie să fie aceleași.

Se realizează un oscilator cuarț cu un nivel scăzut de armonici. 2 . Se folosește o schemă specială, în care semnalul este luat secvențial pe cuarț, unde nivelul armonicelor este cel mai scăzut. Vezi Manualul ARRL. Un transformator 4: 1 este inclus la ieșire, astfel încât rezistența de ieșire este de aproximativ 50 ohmi. Un toroid cu secțiune transversală relativ mare este utilizat pentru a reduce posibilele distorsiuni neliniare în ferită.

Generatorul este complet ecranat folosind o cutie de cafea. Figura 3 .

Figura 3

După oscilator este pornit un filtru trece-jos de 7 rânduri (Chebyshov) Fig.4 . Răspunsul teoretic în frecvență este de așa natură încât suprimă a doua armonică cu aproximativ 45dB și a treia cu 75dB. Bobinele sunt aerisite, din nou pentru a evita distorsiunile neliniare.

Figura 4

Cât sunt suprimate armonicile în acest circuit și în măsurarea unui mixer de chei echilibrat? Tabelul următor prezintă un exemplu de calcul având în vedere că semnalul de la ieșirea generatorului observat cu un osciloscop de 50 MHz este practic sinusoidal - adică. suprimarea armonică a acestuia este de cel puțin 25 dB. Suprimările armonice ale filtrului sunt reduse cu 5 dB față de cele teoretice. Mixerele cu cheie de echilibru, atunci când sunt controlate cu un semnal simetric, au o atenuare mică la armonicile impare și o atenuare relativ mare la armoniile pare ale semnalului de intrare. A treia armonică (măsurătorile mele) este suprimată cu 7-10 dB, iar a doua - 40-45 dB. Suprimarea celei de-a doua armonici depinde exclusiv de simetria în ceea ce privește timpul impulsurilor care controlează mixerul de taste.

Suprimări armonice (dB)

Măsurarea unui anumit radio .

În FIG. 5 este prezentată spectrograma de măsurare SDR descrisă într-o publicație anterioară.

Figura 5

Frecvența semnalului este de 14090 KHz - semnalul convertit este de 6 KHz. Amplitudinea este de - 21dBm. Eșantionare de 48 KHz, SB Live! 5.1 16 biți. Semnalul este introdus la intrarea Line-in a cardului. Tehnologia sunetului SpectraLab software utilizat; FFT 32768; Fereastră Hanning; media = 10sec liniar. Hump ​​în răspunsul de frecvență de aproximativ 20 kHz există, de asemenea, la o intrare împământată a cardului și are o cauză necunoscută, dar nu afectează măsurătorile. Cu albastru este semnalul cu un nivel - 21dBm, iar cu roșu este cu 3 dBm mai mic.

Calculele conform graficelor și formulelor date anterior (1), (2) dau:

IP3 = -21 dBm –0,5 * (-5dB - (- 8 7dB) = 2 0 dBm

A doua armonică respectă dependența pătratică, deoarece diferența este de 6 dB, iar IP2 este fiabil. Valoarea pentru IP3 nu este foarte fiabilă, deoarece nu există dependență cubică - armonica este cu 7 dB mai mică, nu cu 9 dB. Semnalul se datorează probabil infiltrării celei de-a 3-a armonici a generatorului de măsurare. Din tabelul anterior se poate observa că nivelul putativ al acestei armonici parazitare este de -102 dBc. Pe ecranul analizorului, nivelul produsului din al treilea rând este de -98 dBc, adică. poate exista o scurgere a celei de-a treia armonici a generatorului. Ceea ce se poate spune este că IP3> = 2 5dBm. Același receptor măsurat prin metoda clasică în două tonuri ar trebui să dea valori de IP2 = 58 dBm și IP3 > = 1 5dBm .

dBc înseamnă nivel relativ la nivelul purtătorului (dB la purtător), în acest caz prima armonică.

Pentru ca măsurarea să fie fiabilă, frecvența semnalului convertit trebuie să fie astfel încât armonicele să cadă în afara unui nivel semnificativ de zgomot de la oscilator. În FIG. 6 prezintă 2 măsurători ale aceluiași receptor. Diferența constă în frecvența semnalului convertit - 2,5 și 6 KHz. La un semnal cu o frecvență de 6 KHz, a doua armonică este suficient de departe încât să nu cadă în zona oscilatorului de zgomot. Nivelurile armonice cresc pe măsură ce se apropie de zona spectrului semnificativ de zgomot al oscilatorului. Acesta este un punct important - se pare că produsele neliniare sunt multiplicative în raport cu spectrul oscilator, adică. acestea sunt adăugate în decibeli (logaritm), ceea ce se vede clar în spectrograma din Fig.6. A doua armonică se află în banda de zgomot a generatorului (sau a oscilatorului local, banda de zgomot este probabil determinată de acțiunea comună a generatorului de măsurare și a oscilatorului local). La un semnal convertit de 2,5 kHz, IP2 este cu 10 dB mai mic și se datorează probabil interacțiunii cu spectrul oscilatorului, nu cu mixerul și amplificatoarele și ADC.

Fig.6

Măsurarea IP3

Când măsurați IP3, datorită faptului că amplitudinea celei de-a treia armonici este destul de redusă, este posibilă o eroare mare, în special pentru receptoarele cu IP3 mare. De exemplu, pentru un receptor cu IP3 = 30 dBm (redus la un test în două tonuri), amplitudinea celei de-a treia armonici ar fi - 110 dB sub nivelul primei armonice (cu un nivel de -20 dB m). Ceva destul de greu de măsurat și care trebuie să fie foarte atent. Din experimentele mele practice mi se pare că se obțin valori scăzute pentru IP3 datorită infiltrării unui semnal direct al celei de-a 3-a armonii. Probabil din această cauză a treia armonică nu respectă exact dependența cubică, ceea ce face ca măsurarea să nu fie foarte fiabilă.

cometariu

Ce neliniaritate se măsoară? - este greu de spus, dar în general se măsoară liniaritatea lui toți pașii din receptor, inclusiv placa de sunet. Acesta este un punct foarte important. La testarea cu semnale în afara lățimii de bandă principale, neliniaritatea mixerului este practic măsurată numai. SR este radio în bandă largă. Preamplificatorul și placa de sunet funcționează în benzi de 24, 48 sau 96 KHz (pentru cardurile de sunet cu eșantionare de 192 KHz). Se poate observa că semnalele puternice din această bandă pot genera din nou semnale fantomă acolo. Această neliniaritate ar fi omisă într-un test simplu în două tonuri cu semnale în afara lățimii de bandă.

În ce măsură rezultatele acestor măsurători vor coincide cu un test standard în două tonuri?

Testul standard în două tonuri pentru testarea IP2 se efectuează la frecvențe mult în afara lățimii de bandă principale a receptorului. De obicei, există un filtru bandpass la intrare, care suprimă în continuare amplitudinea generatorului de semnal și valoarea pentru IP2 se obține foarte umflat - cel puțin cu cât se atenuează filtrul de intrare pentru frecvența de testare. Cu testul descris de noi, măsurătorile se pot face cu un semnal de intrare numai în lățimea de bandă RX - adică în limita a 48 sau 96 KHz în jurul frecvenței oscilatorului local. Acest test este mai real, deoarece exclude influența filtrului de intrare și, de asemenea, imită situația reală din CP, atunci când un semnal din lățimea de bandă largă poate genera un semnal fantomă de ordinul al doilea sau al treilea în altă parte. IP2 pentru receptoarele supereterodice nu este de obicei foarte semnificativ, deoarece semnalul fantomă este de obicei în afara benzii recepționate și există o atenuare puternică de la filtrele de intrare. Cu aceste receptoare, IP3 este mult mai important, deoarece 2 semnale puternice din gama de recepție generează un semnal fantomă în spectrul de recepție în bandă îngustă.

Datorită plăcii de sunet și a analizorului de spectru, acest test este foarte convenabil și ușor. Acesta este un test natural pentru dispozitivele procesate digital și un analizor de spectru încorporat. Cu hardware-ul simplu și software-ul disponibil, este posibil să se măsoare parametrii și cantitățile care sunt de obicei în limitele dispariției.

Testul propus este util - permite obținerea unei idei cantitative a nivelului distorsiunilor neliniare și evaluarea obiectivă a faptului dacă un design este mai bun decât altul. În FIG. 7 prezintă o măsurare a două receptoare CP diferite. CP albastru deschis are un zgomot de oscilator mult mai mare, dar pe de altă parte este mult mai liniar IP2 = 69 dB m. Al doilea receptor cu albastru închis are IP2 = 50 dB m. Măsurarea se face la aceleași amplitudini de intrare de generatorul de -26 dB m. Există multe alte semnale în figură, care, totuși, provin de la interferența locală - măsurarea a fost făcută într-un mediu electromagnetic foarte zgomotos. A treia armonică este ascunsă în ele.

Fig.7