1
Laboratorium
Techniki Bardzo Wielkich Częstotliwości
Termin zajęd
TEMAT: 23
Pomiary charakterystyk przejściowych i
zniekształceo nieliniowych wzmacniaczy
mikrofalowych
Prowadzący
Grupa:
1. Cel ćwiczenia i wstęp teoretyczny
Celem dwiczenia jest pomiar charakterystyk przejściowych i zniekształceo nieliniowych
wzmacniacza mikrofalowego. Do wykonania pomiarów wykorzystano:
Generatory przebiegów B.W.Cz
Analizator widma HP8570A
Zewnętrzny tłumik regulowany
Badany wzmacniacz mikrofalowy
Analizator widma zostanie wykorzystany do badania sygnału wyjściowego wzmacniacza
w dziedzinie częstotliwości, co pozwoli wykreślid charakterystykę przejściową, dokładnie zbadad
produkty intermodulacji i wyznaczenie składowych harmonicznych.
2. Charakterystyka przejściowa mocy wzmacniacza Pout = f{Pin}. Kompresja wzmocnienia.
Do wrót wejściowych wzmacniacza podłączono generator sygnału o częstotliwości 3 GHz,
a do wyjściowych – analizator widma. Ustawienie tłumika zewnętrznego to 0dB.
Na analizatorze ustawiono następujące parametry:
Ref.Leve:
0 dBm
Span:
20 MHz
Attenuator:
10 dB
RBW:
300 kHz
Zmieniając skokowo tłumienie sygnału w generatorze wyznaczono charakterystykę przejściową
wzmacniacza i sporządzono wykres.
2
Tabela 1: Pomiary mocy wejściowej i wyjściowej wzmacniacza
Tłumienie
na generatorze [-dBm]
Odczyt
na analizatorze [-dBm]
97
60
93
58
90
56
87
53
83
50
80
46
76
43
73
40
69
36
65
32
62
29
59
26
56
23
53
20
50
17
47
14
45
12
42
10
Rys. 1: Charakterystyka przejściowa wzmacniacza
3
Z charakterystyki można odczytad moc wejściową i wyjściową, dla których następuje kompresja
wzmocnienia o 1dB.
−44 = 10log
P
IN
W
1mW
=> −4,4 = 𝑙𝑜𝑔
P
IN
W
1mW
=> 10
−4,4
=
P
IN
W
1mW
P
IN
= 10
−4,4
∙ 10
−3
W = 10
−7,4
= 3,98 ∙ 10
−8
W
−11 = 10log
P
OUT
W
1mW
=> −1,1 = log
P
OUT
W
1mW
=> 10
−1,1
=
P
OUT
W
1mW
P
OUT
= 10
−1,1
∙ 10
−3
W = 10
−4,1
= 7,94 ∙ 10
−5
W
3. Pomiar drugiej i trzeciej harmonicznej. Identyfikacja źródła zniekształceo nieliniowych.
Wykonano pomiar II i III harmonicznej sygnałem z generatora o tłumieniu -42dB. Po przejściu przez
tłumik 10dB-owy odczytano z analizatora amplitudę II harmonicznej -52dB oraz III harmonicznej –
55dB. Oznacza to, że zakłócenia generowane są na wzmacniaczu.
Tłumienie na generatorze:
-42dB
Ustawienie tłumika zew.:
-10dB
Max poziom sygnału na analizatorze: -20dBm
Odczyt II harmonicznej:
-52dB
Odczyt III harmonicznej:
-55dB
4. Wyznaczenie charakterystyki mocy dla drugiej i trzeciej harmonicznej.
Pomiar II harmonicznej, częstotliwośd 6 GHz (odczyt
na analizatorze: 5,993 GHz)
Pomiar III harmonicznej, częstotliwośd 9 GHz (odczyt
na analizatorze: 8,992 GHz)
Tłumienie odczytane
z analizatora [-dBm]
Tłumienie na generatorze
[-dBm]
Tłumienie odczytane
z analizatora [-dBm]
Tłumienie na generatorze
[-dBm]
38
30
38,0
34,0
39
32
38,5
35,0
40
34
39,0
36,0
41
38
39,5
37,0
42
42
40,0
38,0
43
47
40,5
40,0
44
51
41,0
42,0
45
55
42,0
45,5
46
58
42,5
47,5
47
60
43,0
48,5
48
szum
43,5
50,0
44,0
52,0
44,5
53,0
45,0
54,0
45,5
55,0
46,0
szum
4
Rys. 2: Charakterystyka przejściowa harmonicznych
5. Pomiar produktów intermodulacji.
Do wrót wejściowych wzmacniacza doprowadzono sumę 2 sygnałów:
f
1
= 3 000 MHz
f
2
= 2 980 MHz
Amplitudę obu sygnałów wyrównaliśmy odczytując ją z analizatora. Wartości tłumienia na
generatorach zostały przedstawione w tabeli (dla pewności wykonano 2 pomiary).
Tłumienie *dB+
2f
1
– f
2
2f
2
– f
1
Sygnał 1.
- 52,1
-60 dB
- 63 dB
Sygnał 2.
- 54,2
Sygnał 1.
- 49,1
- 50 dB
- 55 dB
Sygnał 2.
- 51,2
5
6. Wyznaczenie współczynnika intermodulacji
Współczynnik intermodulacji III rzędu IP3 najłatwiej wyznaczyd metodą graficzną, korzystając
ze znajomości jednego punktu odczytanego w p. 5 dwiczenia (-52,1; 0) oraz z teoretycznego
nachylenia prostej intermodulacji III rzędu 3dB/dB. Prosta ta (a właściwie jej przedłużenie)
powinno przeciąd się z przedłużeniem prostej charakterystyki liniowej pracy wzmacniacza w tzw.
punkcie przechwycenia.
Rys. 3: Wyznaczenie współczynnika intermodulacji
6
7. Wnioski
Sporządziliśmy charakterystykę przejściową badanego wzmacniacza wielkich częstotliwości
i określiliśmy moc, dla której przestaje byd ona liniowa. W punkcie „Pin-1dB” wzmacniacz zaczyna
wprowadzad zniekształcenia, co sprawdziliśmy praktycznie wykonując pomiar II i III harmonicznej
w podpunkcie 3. dwiczenia.
W przypadku wprowadzenia do wzmacniacza 2 sygnałów o niewiele różniących się
częstotliwościach, to oprócz harmonicznych obydwu sygnałów pojawią się produkty intermodulacji.
Określiliśmy współczynnik zniekształceo intermodulacyjnych IP3 – third order intercept point.