УДК 537.87

Исследование показателей точности СВЧ-измерений

Ефремов Николай Юрьевич – кандидат технических наук, доцент Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова.

Прохорова Анна Сергеевна – магистрант кафедры Инжиниринга и менеджмента качества Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова.

Аннотация: Целью работы является подготовка, обработка и анализ полученных результатов при измерении сигналов в частотной области за счет применения анализатора спектра N9010A и генератора сигналов E8257D. В исследовании изучены показатели точности уровней гармонических составляющих относительно уровня основного сигнала, а также показатели точности уровней субгармонических составляющих относительно уровня основного сигнала. В результате было выявлено, что с увеличением частоты сигнала гармонические и субгармонические составляющие всё дальше смещаются от частоты, на которой они должны быть.

Ключевые слова: радиотехника, средства измерения, метод прямых измерений, генератор E8257D, анализатор спектра N9010A.

Одной из наиболее распространенных измерительных задач в области радиотехники является анализ и наблюдение сигналов в частотной области. Анализаторы спектра, используемые для этой цели, являются наиболее универсальными приборами радиодиапазона. Перекрывая частотные диапазоны вплоть до 40 ГГц, они используются при разработке, изготовлении, монтаже и обслуживании практически всех беспроводных и проводных систем связи. С ростом количества мобильных систем связи требования к функциональному разнообразию, точности и скорости измерений многих их параметров, таких как индицируемый средний уровень шума, динамический диапазон, частотный диапазон, выдвигаются на передний план. [1]

В качестве объектов исследования выбраны радиотехнические и радиоэлектронные средства измерения – анализатор спектра Agilent Technologies N9010A и генератор сигналов E8257D. Анализатор спектра N9010A предназначен для измерений и визуального наблюдения составляющих спектра (частоты и уровня) периодически повторяющихся сигналов. [2] Генератор сигналов E8257D предназначен для формирования стабильных по частоте и мощности сигналов в диапазоне частот от 250 кГц до 20 ГГц. [3]

Измерения уровней гармонических и субгармонических составляющих проводились методом прямых измерений с помощью анализатора Agilent Technologies N9010A. Измерения проводились с помощью маркера, встроенного в программное обеспечение анализатора спектра.

Для проведения исследования необходимо было проделать следующую последовательность измерений:

  • подготовка к проведению испытаний;
  • проведение испытаний;
  • завершение проведения испытаний.

На этапе подготовки к проведению измерений необходимо сделать следующее:

  1. Необходимо подключить анализатор N9010A и генератор сигналов E8257D в сеть и дать им прогреться в течение 30 минут.
  2. По истечении времени прогрева зафиксировать отсутствие сообщений об ошибках на экране приборов.
  3. Соединить разъем анализатора и генератора СВЧ-кабелем как показано на рисунке 1. Учесть, что выход генератора и вход анализатора имеет одинаковое входное сопротивление – 50 Ом.

1

Рисунок 1. Схема соединения генератора E8257D и анализатора спектра N9010A.

Для этапа проведения измерений необходимо:

  1. Установить на генераторе сигналов E8257D частоту и уровень выходного сигнала генератора 10 дБм или максимальное значение уровня выходного сигнала для данной частоты (меньшее из этих двух).
  2. На анализаторе спектра N9010A установить такую же частоту, что и на генераторе сигналов E8257D.
  3. Подать сигнал с генератора на вход анализатора.
  4. Установить полосу обзора и амплитуду для данной частоты на анализаторе спектра, чтобы на экране наблюдался сигнал, похожий на рисунок 2:

2

Рисунок 2. Сигнал на экране анализатора спектра.

  1. Установить курсор на вершину сигнала и обнулить его, воспользовавшись функцией Delta.
  2. Для измерения частоты и уровня 2-ой и 3-ей гармонических составляющих сигнала установить центральную частоту на анализаторе, кратную 2F и 3F, где F – частота основного сигнала. [4] На рисунке 3 показана вторая гармоника для частоты F = 400 МГц.
  3. Аналогично измеряется третья гармоническая составляющая.
  4. Для измерения частоты и уровня субгармонических составляющих сигнала установить центральную частоту на анализаторе, кратную 1,5F и 0,5F, где F – частота основного сигнала. [4] На рисунке 4 маркер измеряет частоту и уровень субгармонической составляющей, кратной 0,5F, где F = 400 МГц.
  5. Таким способом измерить все необходимые частоты и уровни гармонических и субгармонических составляющих.

3

Рисунок 3. Вторая гармоническая составляющая на частоте 400 МГц.

4

Рисунок 4. Измерение субгармонической составляющей.

По завершении проведения испытаний отключить подачу сигнала с генератора на анализатор, сбросить настройки к заводским и выключить оба прибора.

В ходе измерений частот и уровней гармонических и субгармонических составляющих были получены данные, представленные на рисунке 5.

5

Рисунок 5. Результаты измерений.

В результате полученных расчетов можно отметить, что с увеличением частоты сигнала гармонические и субгармонические составляющие всё дальше смещаются от частоты, на которой они должны быть (столбцы DF в таблицах). При этом, смещение происходит не равномерно. По графикам-гистограммам для гармоник и субгармоник, показанным на рисунке 6, виден весь разброс измеренных значений.

 Из данных результатов можно сделать вывод, что самая большая дисперсия будет у 2-ой гармоники. Это означает, что для частоты, кратной 2F, наиболее вероятно увеличение погрешности с возрастанием частоты основного сигнала.

6

Рисунок 6. Графики-гистограммы:
1 – 2-ой гармоники; 2 – 3-ей гармоники; 3 – субгармоники, кратной 0,5F; 4 – субгармоники, кратной 1,5F.

Список литературы

  1. Раушер К., Йанссен Ф., Минихольд Р. Основы спектрального анализа. – М.: Горячая линия – Телеком, 2014. – с. 4-11.
  2. Описание типа средств измерений №56557-14. Анализаторы спектра N9010A, N9020A, N9038A, N9000A.
  3. Описание типа средств измерений № 53941-13. Генераторы сигналов Agilent E8257D, Agilent E8267D.
  4. ГОСТ 8.322-78 ГСИ. Генераторы сигналов измерительные. Методы и средства поверки в диапазоне частот 0,03-17,44 ГГц.

Интересная статья? Поделись ей с другими: