Для определения общих характеристик сложных ИУ, таких как усилители, требуется измерение нескольких параметров. Может потребоваться несколько испытательных устройств или дорогостоящее оборудование. Универсальный экономичный анализатор R&S®ZNL определяет характеристики различных ИУ с помощью как анализа цепей, так и анализа спектра.
Измерение коэффициента шума усилителя с помощью R&S®ZNL (сзади), R&S®FS-SNS18 (слева) и внешнего предусилителя (справа), питаемого от программируемого источника питания R&S®HMP2030 (сзади справа).
Усилители являются одними из наиболее распространенных ВЧ-компонентов, поскольку применяются во множестве областей, но они также являются одними из самых сложных для измерения испытуемых устройств (ИУ). Для более полного описания характеристик усилителя необходимо определить линейные S-параметры на определенной частоте или мощности и измерить такие параметры, как гармонические искажения, точка пересечения третьего порядка (TOI), точки компрессии и коэффициент шума, что зачастую невозможно сделать с помощью традиционного векторного анализатора цепей. Для измерения таких параметров часто используется оборудование более высокого уровня, поскольку классические экономичные векторные анализаторы цепей (ВАЦ) обычно требуют сложной настройки и длительной обработки результатов, чтобы получить данные в нужном формате.
Также можно использовать разные испытательные станции — одну с ВАЦ и одну с анализатором спектра, — однако это не удобно в условиях ограниченного времени или пространства, поскольку требует переноса ИУ и, возможно, ВАЦ, кабелей, комплекта для калибровки или блока калибровки.
Отображение данных в режиме мультипросмотра R&S®ZNL. Эта настройка включается автоматически, если активировано более одного режима (в качестве дополнительного канала). Для доступа используется соответствующая вкладка в верхней части экрана.
Решение компании Rohde & Schwarz
Анализатор спектра, генератор сигналов и функции измерения коэффициента шума (обеспечиваемые опциями R&S®ZNLx-B1, R&S®ZNL-K14 и R&S®ZNL-K30) позволяют R&S®ZNL решать все эти задачи без необходимости перемещать испытательную установку.
R&S®ZNL — экономичный многофункциональный портативный испытательный прибор. Он состоит из векторного анализатора цепей, который можно модернизировать с помощью реального анализатора спектра (опция R&S®ZNLx-B1). Все инструменты и характеристики, необходимые для полного определения характеристик усилителей, заключены в одном легком компактном корпусе, который можно снабдить аккумулятором (опция R&S®FPL1-B31) для максимальной мобильности. Переключение между режимами анализа цепей и анализа спектра выполняется очень просто, а в режиме мультипросмотра R&S®ZNL все результаты из обоих режимов отображаются в одном окне для удобного просмотра данных и исчерпывающей отчетности.
Измерение амплитуды S-параметров в режиме анализа цепей для испытаний усилителя с минимальным усилением около 15 дБ в выбранном диапазоне частот. Высокая выходная мощность ВАЦ может привести к перегрузке измерительного приемника.
Применение
R&S®ZNL в режиме векторного анализа цепей точно измеряет усиление в усилителе, потерь на отражение на входе (или КСВН) и потерь на отражение на выходе. Просто определите диапазон частот и количество необходимых точек развертки, а также отрегулируйте требуемый динамический диапазон и скорость измерения, выбрав соответствующую полосу измерения. Порты R&S®ZNL могут без повреждений выдерживать входной сигнал до +27 дБмВт, однако важно не подвергать испытуемый усилитель и внутренние приемники R&S®ZNL компрессии (или разрушению). Поэтому следует тщательно выбирать выходную мощность R&S®ZNL и при необходимости использовать внешние аттенюаторы. Чтобы обеспечить точность измерений и целостность оборудования, система уведомляет пользователя в случае перегрузки измерительного приемника. Для дополнительной защиты в R&S®ZNL также можно активировать ступенчатые аттенюаторы приемника на порте 1 (опция R&S®ZNLx-B31) и на порте 2 (опция R&S®ZNLx-B32), а выходную мощность снизить до –40 дБмВт (опция R&S®ZNLx-B22).
Варианты измерений с помощью анализатора спектра. В это меню можно попасть, нажав кнопку выбора измерения в режиме анализа спектра.
Наконец, перед запуском испытаний требуется полная двухпортовая калибровка. В меню приведена пошаговая процедура калибровки, которая помогает пользователям пройти весь процесс, начиная с выбора комплектов для ручной калибровки или блоков автоматической калибровки от Rohde & Schwarz и заканчивая подключением и измерениями в соответствии со стандартами.
Через меню режима можно перейти в режим анализа спектра, который позволяет выполнить несколько измерений и удобно отобразить соответствующую информацию. Для этого не нужно ничего физически изменять в измерительной установке.
Для усилителей рекомендуются следующие измерения:
«Нулевая полоса обзора» позволяет измерять точки компрессии усилителя на определенной частоте, когда входное воздействие применяется на той же частоте. Обычно требуется внешний источник сигналов, однако опция R&S®ZNL-K14 устраняет необходимость в дополнительном оборудовании, добавляя независимый генератор непрерывных колебаний (CW). Для настройки приемника достаточно выбрать испытательную частоту и соответствующее затухание. Затем генератор настраивается путем ввода той же частоты и достаточно низкого уровня сигнала, чтобы ИУ не подвергалось компрессии.
Для идентификации точки компрессии можно настроить опорное смещение так, чтобы уровень генератора соответствовал выходному сигналу усилителя. При постепенном увеличении уровня немодулированного сигнала источника пользователю достаточно контролировать отображаемое количество на экране, обращая внимание на точки, в которых отображаемое количество падает на определенную величину дБ ниже выбранного входного сигнала.
Измерение «нулевой полосы обзора усилителя» на частоте 500 МГц. Входной немодулированный сигнал равен –20 дБмВт. Опорное смещение выбирается таким образом, чтобы маркер показывал такое же число, как на входе генератора (–20 дБмВт). Затем уровень сигнала постепенно увеличивается, пока маркер не покажет разницу ровно 1 дБ от уровня генератора, позволяя сделать вывод о том, что точка компрессии –1 дБ соответствует входной мощности –10,5 дБмВт.
Те же измерения могут быть выполнены в режиме анализа цепей путем нормализации усиленного передаваемого немодулированного сигнала, когда ИУ находится в линейной области (до компрессии –1 дБ), и наблюдения за отклонением кривой S21 от нуля при постепенном увеличении мощности сигнала, подаваемого на вход усилителя.
В режиме анализа спектра также можно определить характеристики гармонических искажений ИУ. Для отображения соответствующих значений гармоник выбранной несущей пользователю достаточно выбрать «гармонические искажения» в меню измерений анализа спектра. Система автоматически покажет данные по первым десяти гармоникам, а также суммарный коэффициент гармонических искажений (THD). В соответствующем меню можно настроить количество гармоник и время развертки.
Датчик мощности NRP18T поддерживает измерения от –35 дБмВт до +20 дБмВт на частоте от 0 до 18 ГГц.
Также можно с легкостью отобразить интермодуляционные составляющие, выбрав «точка пересечения третьего порядка» в меню измерений. Однако для этого конкретного испытания на вход ИУ должен подаваться двухтональный сигнал, который может быть получен путем объединения двух разных CW с помощью внешнего сумматора. Один из сигналов может поступать с первого порта R&S®ZNL благодаря опции R&S®ZNL-K14, а второй должен поступать от внешнего источника, такого как генератор сигналов или второй ВАЦ. После этого установка сможет предоставить информацию о точке TOI усилителя.
Первые десять гармоник несущей 500 МГц удобно отображать с помощью функции измерения гармонических искажений. Их частота и уровень мощности отображаются в сводной таблице результатов. Генератором CW можно управлять с панели инструментов в левой части экрана.
Если в режиме анализа спектра потребуется еще больший диапазон измерений или метрологический класс точности измерений мощности, можно включить поддержку всех датчиков мощности R&S®NRP с помощью опции R&S®FPL1-K9.
Поскольку кабели вносят потери, для определения потерь можно проверить уровень мощности сигнала R&S®ZNL на входе ИУ. Разницу между входом и выходом можно проанализировать в режиме анализа спектра. Для этого нужно сравнить уровень мощности генератора и уровень, отображаемый прибором, когда кабель, ведущий ко входу ИУ, подключен к порту 2 или датчику мощности. Для точной настройки входного сигнала ИУ и компенсации потерь в кабеле можно использовать смещение генератора. Аналогичная оценка возможна в режиме анализа цепей. Для этого нужно проанализировать волновые величины a1 на порте 1 и b1 на порте 2.
Кроме того, можно проверить коэффициент шума усилителя (NF), выбрав «коэффициент шума» в меню режима прибора R&S®ZNL. Для проведения этого измерения должна быть активна опция R&S®ZNL-K30 и должен быть доступен источник шума, а также внешний предусилитель в зависимости от требований ИУ. Опция R&S®FPL1-B5 может управлять источником шума напрямую с помощью R&S®ZNL. Для простого и точного измерения коэффициента шума рекомендуется использовать интеллектуальный источник шума R&S®FS-SNS, который автоматически определяется системой и не требует настройки пользователем.
Генератор немодулированных сигналов в R&S®ZNL6 установлен на 1 ГГц. Второй немодулированный сигнал с частотой 1,2 ГГц поступает от внешнего генератора сигналов. Два тона объединяются с помощью сумматора и подаются на вход усилителя. R&S®ZNL6 измеряет результирующий спектр в режиме измерения «точка пересечения третьего порядка». Также можно включить спектрограмму.
Настройка измерений также выполняется очень просто: пользователям достаточно выбрать диапазон частот и точки развертки. При необходимости можно управлять временем измерения и установки для каждой точки. Для определения коэффициента шума усилителя требуется другое подключение ИУ. Система калибруется путем подключения источника шума ко второму порту R&S®ZNL через предусилитель. После завершения этапа калибровки необходимо поместить ИУ между источником шума и предусилителем (см. фото на стр. 1) и провести измерения. Все модели R&S®FS-SNS также поддерживают вычисление погрешностей, которые в удобном виде отображаются на диаграмме коэффициента шума. Включить и настроить отображение погрешностей очень просто: пользователю нужно активировать соответствующее меню, установить флажок для использования предусилителя и ввести его коэффициент усиления и коэффициент шума.
Для измерения характеристик усилителя используется 101 точка в диапазоне от 1 ГГц до 2,4 ГГц. Коэффициент шума, усиление и коэффициент Y отображаются на соответствующих диаграммах, а их значения для каждой измеренной частоты приводятся в таблице результатов. Использование R&S®FS-SNS18 позволило легко настроить вычисление погрешностей.
Заключение
Векторный анализатор цепей R&S®ZNL— универсальный прибор, который может определять характеристики самых сложных ИУ, таких как усилители, не требуя длительной настройки или наличия у пользователей обширных знаний в области ВЧ. Опции анализа спектра, включая генератор сигналов и поддержку измерения коэффициента шума, обеспечивают гибкие возможности применения прибора. А дополнительные аппаратные опции, например аккумулятор, делают R&S®ZNL идеальным универсальным прибором для любых рабочих условий от лаборатории до открытой площадки. Для еще более точных и простых измерений можно использовать датчики мощности R&S®NRP и интеллектуальные источники шума R&S®FS-SNS.
Сопутствующие товары
