| Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Измерение мощности ваттметром максимальной мощности
Преимущество ваттметра максимальной мощности с датчиком в том, что он в состоянии измерить максимальную мощность и действующее значение мощности импульса непосредственно. Это особенно важно для сформированных или модулированных импульсов, для которых получение действующего значения мощности импульса из средней мощности может быть неадекватным.
Рисунок 8 показывает пример измерения максимальной мощности и действующего значения мощности импульса с помощью ваттметра максимальной мощности Agilent P-серии. Удобным отличием ваттметра является то, что он имеет индикатор с разверткой, который позволяет человеку рассматривать огибающую измеряемого импульсного сигнала. Ваттметр работает путем непрерывных выборок сигнала дискретизатором с частотой 100 миллионов выборок/с, буферизации данных и вычисления результата. Это дает ваттметру гибкость измерений, включая гибкий запуск, временную селекцию многочисленными стробирующими импульсами и способность получать короткие однократные измерения.
Рисунок 8 – Использование ваттметра максимальной мощности Agilent P-серии для измерения максимальной мощности, стробированного действующего значения мощности импульса и отношения макси мальной мощности к средней мощности. Благодаря огибающей этого импульса максимальная мощность на 1,39 дБ выше действующего значения мощности импульса
На рисунке 9 показан временной селектор, установленный, чтобы измерять больше, чем один импульс. Ваттметр способен одновременно сообщать результат измерения максимальной мощности, средней мощности и отношения максимальной мощности к средней мощности в пределах времени селекции. В приведенном случае полученный результат средней мощности –0,09 дБм равен действующему значению мощности импульса, так как время селекции установлено, в частности, для измерения одного импульса. Максимальная мощность незначительно выше 0,24 дБм, вероятно, в результате некоторого выброса. Отношение максимальной мощности к средней мощности 0,32 дБ является разницей между двумя значениями.
Рисунок 9 – Ваттметр Р-серии обладает способностью непосредственно измерять действующее значение мощности импульса благодаря автоматической установке стробирующего импульса на импульс
Рисунок 10 – Ваттметр максимальной мощности Р-серии будет автоматически измерять характеристики импульса, включая длительность фронта, длительность спада, длительность импульса и период повторения импульсов
Ваттметр P-серии также имеет другие особенности, которые являются удобными для измерения радиолокационных сигналов. Рисунок 10 иллюстрирует способность ваттметра автоматически измерять характеристики импульса: длительность импульса, период повторения импульса, длительность фронта и длительность спада. Способность ваттметра автоматически настраивать время стробирования по длительности импульса, используя бесконечную установку в ваттметре, показывает рисунок 9. Это делает измерение действующего значения мощности импульса простым, не требуя предварительного знания длительности импульса. Это особенно удобно для радиолокаторов, которые имеют динамическую длительность импульса и ИПИ.
Ваттметры максимальной мощности имеют свои ограничения. Перекрытие по частоте является одним из них. Например, для преобразователей максимальной мощности P-серии максимальный диапазон составляет 40 ГГц по сравнению со 110 ГГц для преобразователя средней мощности. Ваттметры максимальной мощности с преобразователями обычно также имеют ограничения на диапазон мощности. Диапазон преобразователей мощности P-серии составляет приблизительно от –35 дБм до +20 дБм, по сравнению с преобразователями средней мощности E9300, которые могут охватывать диапазон от –60дБм до +20дБм. Ваттметры максимальной мощности имеют также ограничения на времена установления, длительности импульсов и полосы частот модуляции сигнала, который они могут измерить. Этими ограничениями можно частично управлять установкой полосы частот видеосигнала.
Полоса частот видеосигнала ваттметра
В самых простых терминах, полоса пропускания видеосигнала (ППВ) ваттметра показывает, как быстро он может отследить изменения огибающей максимальной мощности, и какова полоса частот модуляции, которая может быть точно измерена.
Рисунок 11 – Этот график показывает измеренную неравномерность характеристики у ваттметра Р-серии с фильтром ППВ включенным и выключенным. Обычно рекомендуется выключать ППВ при измерениях радиолокатора для получения максимальной полосы пропускания
Рисунок 12 – Эффект включения ППВ в ваттметре при измерениях радиолокатора с быстрым установлением перепада импульса
Однако при измерении параметров импульсного радиолокатора обычно рекомендуется, чтобы фильтр видеосигнала был выключен. Это делает полосу пропускания ваттметра максимальной, как показано на рисунке 11, и позволяет избежать звона, который может возникнуть из-за быстрого спада огибающей полосы пропускания фильтра видеосигнала и нарастающего перепада радиолокационного импульса, как показано на рисунке 12. Ценой, заплаченной за отсутствие использования полосы пропускания фильтра видеосигнала, является ухудшение неравномерности характеристики ваттметра, которую полоса пропускания видеосигнала помогает исправить, как показано на рисунке 11. Однако для сигнала импульсного радиолокатора, спектр которого уменьшается как sin (x)/x, преимущество этой коррекции является небольшим, поэтому лучшие результаты обычно достигаются без использования фильтра. Если полная полоса пропускания радиолокатора находится в пределах установки максимальной ППВ, то включение полосы пропускания фильтра видеосигнала может улучшить точность и диапазон измерения.
Необходимо отметить, что в случае ЧM-модулированных (с линейной частотной модуляцией) радиолокаторов, полосу частот модуляции следует отличать от ВЧ-полосы пропускания. Линейная частотная модуляция может иметь очень широкую ВЧ полосу пропускания из-за изменения частоты, но так как модуляция не влияет на амплитуду сигнала, она не будет ограничена сокращением полосы пропускания видеосигнала у ваттметра.
Ваттметр всегда будет иметь предел длительности фронта импульса, которую он может измерить, и минимальной длительности импульса, за которую он может достигнуть полного максимального отклика. По причинам, упомянутым выше, самая короткая длительность импульса достигается с выключенной полосой пропускания фильтра видеосигнала. Например, длительность фронта ваттметра максимальной мощности P-серии и преобразователя составляет около 13 нс. Минимальная длительность импульса, для которой возможно точно измерить вершину амплитуды импульсов, равна 50 нс.
PSA-серия анализаторов
спектра с высокими
характеристиками |
Максимальные характеристики и гибкость для измерений параметров радиолокатора | Режим БПФ для высокого разрешения
узкополосных измерений Режим свипирования для быстрых широкополосных измерений и максимальный динамический диапазон Встроенные функции измерений для мощности в тракте, мощности в пачке импульсов и занимаемой полосы частот Анализ векторных сигналов с програм- мным обеспечением 89601А Мгновенная полоса пропускания 80 Мгц, разрешение 14 бит, память 512 Мбайт Дополнительные функции измерения коэффициента шума и фазовых шумов |
Измерение действующего значения мощности импульса и спектра анализатором спектра
Основным преимуществом анализатора спектра является то, что он способен измерять содержание частот радиолокатора дополнительно к мощности. Это важно, поскольку неправильный спектр может служить признаком множества проблем, которые дают в результате потери мощности и излучение дополнительных сигналов. В общих чертах, неправильная форма спектра служит признаком радара, который действует менее чем оптимально. Например, рисунок 13 показывает спектр радиолокационного сигнала до и после настройки усилителя магнетронного типа, используемого в радиолокационном передатчике. Симметрия спектра показывает оптимальное функционирование радиолокатора.
Рисунок 13 – Анализатор спектра полезен для проверки формы и симметрии спектра радиолокатора. Этот пример показывает осциллограмму спектра до и после настройки синхронизации в магнетроне
Измерение импульсных радиолокаторов с помощью анализатора спектра усложняется появлением различных режимов работы, которые зависят от установки разрешающей способности полосы пропускания (РПП) анализатора спектра. Эти изменения существуют при измерениях любого типа импульсного сигнала, но имеют тенденцию заслуживать большего внимания при измерениях импульсов с низким коэффициентом заполнения, что является распространенным у радиолокационных сигналов. В дальнейшем, другие типы анализаторов спектра, а именно с качанием частоты вместо быстрого преобразования Фурье (БПФ), могут повести себя иначе при измерениях импульсных сигналов.
Этот раздел начнется с быстрого рассмотрения основной формы спектра простого импульсного ВЧ-сигнала. Потом будет рассмотрено измерение радиолокатора как анализатором спектра с качанием частоты, так и анализатором спектра на базе БПФ (включая различные режимы измерения) и затем закончим обзором встроенных функций измерений, включенных во многие современные анализаторы.
Спектр импульса
Во временной области умножение незатухающего гармонического сигнала на сигнал импульсной формы дает в результате импульсную несущую частоту. Спектр импульсного сигнала образует свойственную синусоидальной функции форму с основным лепестком и боковыми лепестками. С математической точки зрения это можно понимать как раскладку в ряд Фурье колебания прямоугольной формы и затем переноса его на несущую частоту.
Как видно из рисунка 14, длительность импульса и ЧПИ сигнала определяют характеристики спектра основного импульса. При уменьшении длительности импульса ширина спектра и боковых лепестков увеличивается. ЧПИ импульсного ВЧ- колебания определяет расстояние между каждой составляющей спектра. Изучение спектра импульса дает информацию о длительности импульса, периоде повторения и коэффициенте заполнения у сигнала. Для основного импульсного ВЧ-сигнала коэффициент заполнения можно затем использовать для вычисления максимальной мощности импульса из значения средней мощности и наоборот. Детальное обсуждение и вывод формулы спектра импульса можно найти в Agilent Application Note 150-2, Spectrum Analysis…Pulsed RF, номер публикации 5952-1039.
Рисунок 14 – Спектр импульса
Измерение импульсов ВЧ анализатором спектра с качанием частоты
Обычные анализаторы спектра базируются на архитектуре супергетеродинного приемника с аналоговым качанием частоты. Более современные анализаторы, такие, как анализатор спектра с высокими эксплуатационными данными серии PSA фирмы Agilent или MXA-анализатор сигналов среднего диапазона, используют цифровое дополнение к архитектуре с качанием частоты, что дает повышение скорости и точности их аналоговых пересчетных узлов. Остальные анализаторы спектра могут работать, рассчитывая БПФ. Еще одна категория, включая PSA и MXA, использует оба метода. Каждый из них имеет свои преимущества. Например, у анализаторов с качанием частоты обычно лучший динамический диапазон, в то время как анализаторы с БПФ быстрее для вычислений в канальных измерениях. Другие отличия, связанные с измерениями сигналов импульсных радиолокаторов, будут рассмотрены ниже. Одним из преимуществ архитектуры с качанием частоты является то, что большинство разработчиков ВЧ-устройств знакомо с ее работой. Это знакомство дает в результате интуитивное понимание сигналов из измерений спектра качанием частоты, что утеряно в спектре, созданном БПФ
Для анализаторов с качанием частоты имеется три основных режима работы: линейчатый спектр, спектр импульса и нулевая полоса обзора.
| Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |