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1-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Bild 7:

Messtechnik Bild 7: Anatomie einer TOI-Messung unter Verwendung des RFSA Soft Front Panels darin, Combiner mit der besten Port-zu-Port-Entkopplung zu wählen. Generell bieten reine Widerstands-Combiner nur zwischen 6 und 12 dB Entkopplung, abhängig von der Widerstands- Topologie. Zusätzliche Maßnahmen zur Erhöhung der Isolation, sei es durch Richtkoppler oder Isolatoren, können für bis zu 50 dB Entkopplung sorgen, wenn sie an beiden Ports eingesetzt werden. Koppler haben jedoch oft nur eine Bandbreite von einer Oktave und sind daher nicht für Breitbandanwendungen geeignet. Eine weitere Lösung für das Entkopplungsproblem ist die Anordnung von Dämpfungsgliedern an den Ausgängen der beiden Signalgeneratoren. Sie bewirken eine zusätzliche Entkopplung für Signale, die in der entgegengesetzten Richtung laufen. Eine gute Faustregel ist, dass etwa 40 dB Entkopplung erforderlich sind, um IP3-Werte über +25 dBm zu messen. Eine andere Bild 8: Dynamikbereichs-Diagramm einschließlich ADC- Verzerrung Option besteht darin, einen Verstärker an den Generatorausgängen vorzusehen. Er sorgt nicht nur für die zusätzliche Verstärkung, die für Signale mit hoher Leistung benötigt wird, sondern bietet auch prinzipiell schon eine gute Isolation. Es ist wichtig, dass der Verstärker eine hohe Linearität aufweist, um keine zusätzlichen Verzerrungen in die Messung einzufügen. Optimierung der VSA-Linearität Zusätzlich zur ausreichenden Entkopplung zwischen den Quellen des Stimulussignals muss man auch den Vektor-Signalanalysator (VSA) so konfigurieren, dass er mit optimalen Linearitätseinstellungen arbeitet. Wie Bild 6 zeigt, sind das Signal-/ Rausch-Verhältnis und die intern erzeugten Verzerrungsprodukte auf den Mischerpegel des VSA bezogen. Üblicherweise wird der Mischerpegel automatisch für den besten Dynamikbereich optimiert, indem man die Eingangs-Dämpfung/Verstärkung einjustiert, wenn der Referenzpegel festgelegt wird. Um manuell den Mischer-Pegel zu justieren, kann man die Dämpfung einstellen, um das gewünschte Verhalten zu erreichen: • Der ideale Einstellpunkt (Punkt C in Bild 6) des VSA liegt dort, wo der Mischerpegel groß genug ist, um den Rauschboden herabzusetzen, aber auch noch klein genug, damit die intern generierten Verzerrungspunkte nicht mit der Messung interferieren. • Punkt A in Bild 6 zeigt eine Einstellung, wo die Messung durch den VSA-Rauschflur begrenzt wird. Im Grunde genommen ist hier mehr Verstärkung erforderlich, die den Rauschflur ausreichend verringert, um die Intermodulationstöne aufzulösen. • Punkt B in Bild 6 demonstriert den Fall, dass der Downconverter zu viel Verstärkung hat. Es wird daher mehr Dämpfung benötigt, um die intern generierte VSA-Verzerrung zu reduzieren. Ein einfache Möglichkeit, um zu bestimmen, ob der VSA zur IP3- Messung beiträgt, besteht darin, die HF-Dämpfung am Eingang zu erhöhen und zu beobachten, ob die Verzerrungen geringer werden. Wenn die Verzerrungsprodukte konstant bleiben, kann man sicher sein, dass sie aus dem DUT stammen. Wenn andererseits die beobachtete Verzerrung abnimmt, ist davon auszugehen, dass die Verzerrung des Signalanalysators durch Senkung des Signalpegels am Mischer reduziert wurde. Mit diesem Verfahren lässt sich die Quelle der Verzerrung ermitteln. Während es wichtig ist, den Referenzpegel und die Dämpfung passend einzustellen, kann man auch den effektiven Rauschflur herabsetzen, in dem man die Auflösungsbandbreite verringert. Bild 7 zeigt eine TOI-Messung, die mit dem RFSA Soft Front Panel durchgeführt wurde. Gleichung 5 zeigt die Beziehung zwischen Rauschflur, Rauschzahl und Auflösungsbandbreite (RBW) des VSA. Man muss dabei beachten, dass die Messzeit durch Verringerung der RBW zunimmt. VSAs mit inhärent niedrigen Rauschzahlen helfen dabei, den erforderlichen Kompromiss zwischen Mess- 10 hf-praxis 1/2016

Messtechnik Bild 9: Graphische Repräsentation der ZF-Filter-Einstellungen genauigkeit und Geschwindigkeit zu minimieren. (5) VSA-ZF konditionieren Eine andere Überlegung beim Einstellen des VSAs ist die optimale ZF-Signalaufbereitung. Normalerweise konfiguriert man die Verstärkung des Analyzers so, dass man eine ZF-Leistung erhält, die leicht unter dem oberen Bereichsende des ADC-Konverters liegt, um Clipping zu vermeiden. Man kann den Rauschflur des Instruments noch verbessern, wenn man eine schmale ZF-Bandbreite wählt und den ZF-Leistungspegel erhöht. Um dies zu erreichen, muss man die Verzerrungstöne frequenzmäßig so anordnen, dass ihr Abstand die Bandbreite des VSA-ZF-Filters übersteigt. Durch Herausfiltern des Zweiton-Stimulus reduziert man ebenfalls die intern vom ADC erzeugten Verzerrungsprodukte, was eine genauere IP3-Messung ermöglicht. Bild 8 zeigt ein Dynamikbereichs-Diagramm einschließlich der ADC-Verzerrungen in Abhängigkeit vom VSA-Mischerpegel, während Bild 9 eine graphische Repräsentation dieser Optimierungstechnik darstellt. Eine andere hilfreiche Technik zur Verbesserung der IP3-Messung besteht im „re-ranging“ der ZF-Verstärkung. Die vorherigen dynamischen Bereichsdiagramme beschreiben eine VSA-Einstellung mit konstanter Referenzebene über die ganze Messspanne. Mit einem schmalen ZF-Filter kann man mehr Verstärkung (niedriger Referenzpegel) beim Messen der IMD3-Töne verwenden, um signifikant den Rauschflur zu verbessern und die inhärenten Verzerrungen zu senken. Da Bild 10: Verlagerung der ZF-Verstärkung, um den Rauschflur zu verbessern und die inhärenten Verzerrungen zu vermindern die beiden Grundtöne nicht am ADC anliegen, kann die Verstärkung erhöht werden, ohne das Back-end zu übersteuern. Bild 10 verdeutlicht diese „reranging“-Technik, wobei der passende Referenzpegel immer noch auf die Grundtöne angewandt wird. Der IP3 ist eine wichtige Leistungszahl, die von der Industrie verwendet wird, um die Linearität eines DUT zu beschreiben. Bei der Messung des IP3 sind sorgfältige Überlegung der Messkonfiguration, ausreichende Quellen-Entkopplung und optimierte VSA-Einrichtung für genaue Ergebnisse entscheidend. Die Fähigkeit, eine IP3-Messung zu optimieren ist ein passender Übergang zur Beschreibung der ACPR-Theorie. Theorie des Nachbarkanal-Leistungsverhältnisses - ACPR Das ACPR beschreibt das Verhältnis zwischen der integrierten Leistung im Trägerkanal und der im benachbarten Kanal. ACPR ist das Breitbandäquivalent zum Fall des Dauerstrich-IP3. Bild 11 verdeutlicht diese Spezifikation graphisch. Wenn ein moduliertes Breitbandsignal auf Bild 12: Spektrales Rückwachsen modelliert durch Intermodulations-Töne Bild 11: Graphische Darstellung des ACPR Bild 13: Beiträge des Breitband- und Phasenrauschens zum ACPR hf-praxis 1/2016 11

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