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2022-2023

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik Einkaufsführer

Messtechnik

Messtechnik Signalerzeugung und -erfassung direkt im Mikrowellenbereich Der Beitrag beschreibt zeitgemäße Verfahren für die Erzeugung und Erfassung von Signalen im Mikrowellenbereich. tanzustände in ein komplexes Basisband-Modulationssignal umgewandelt, wobei der Realteil (Inphase, I) die Amplitude eines Trägers moduliert, während der Imaginärteil (Quadratur, Q) die Amplitude einer orthogonalen Version desselben Trägers steuert, bevor sie addiert wird. In herkömmlichen VSGs (Vektorsignalgeneratoren) erzeugt ein interner oder externer 2-Kanal- AWG (arbiträrer Wellengenerator) die Basisband-I/Q-Wellenformen für den I/Q-Modulator, während ein interner Synthesizer die beiden orthogonalen CW- Träger für die I- und Q-Modulatoren erzeugt. Bei diesem Schema hängt die Abtastrate der AWGs nicht von der Trägerfrequenz, sondern von der Modulations-BW ab (rechts). Grundsätzlich muss die Abtastrate für die AWGs gleich oder höher sein als die Modulations- BW sein, da diese bei einem Quadraturmodulators doppelt so groß ist wie die Bandbreite der I- und Q-Basisbandsignale. Genauigkeit und Ausrichtung aller Bausteine sind extrem wichtig. Jeder Unterschied in Amplitude, Frequenzgang, Versatz, Phasenrauschen des Abtasttaktes usw. im AWG wird sich in einer verschlechterten Qualität des HF- Signals äußern. Das Gleiche gilt für den I/Q-Modulator selbst, einschließlich der Orthogonalität der beiden Träger, sowie für den LO-Synthesizer. Quelle: Direct to Microwave Signal Generation and Acquisition, White Paper, 18. Juny 2020, Tabor Electronics, Ltd., info@taborelec.com, www.taborelec.com übersetzt und gekürzt von FS Aus der folgenden Darstellung geht hervor, dass es für die Erzeugung und Erfassung von Signalen im Mikrowellenbereich verschiedene Möglichkeiten gibt, wobei teilweise gleichartige technische Teillösungen (Generatoren, Modulatoren usw.) herangezogen werden können. Die Erzeugung komplexer HF-Signale erfordert die gleichzeitige Steuerung von Amplitude und Phase eines Trägers. Eine Möglichkeit, dies zu realisieren, ist ein I/Q- Modulator (Aufmacherbild, links oben). Dort werden die Amplituden- und Phasen-Momen- Alle linearen und nichtlinearen Verzerrungen können durch eine einzige Messgröße, wie die EVM (Error Vector Magnitude) gemessen werden, die in der drahtlosen Kommunikationsumgebung sehr beliebt ist. AWGs waren schon immer Teil eines jeden Vektor-Signalerzeugungssystems als interne oder externe Komponente. In Teilbild 24 HF-Einkaufsführer 2022/2023

Messtechnik Bild 1: Ideale Modulation und verschiedene Beeinträchtigungen a) ist das traditionelle I/Q-Erzeugungsschema dargestellt. Zwei Kanäle werden zur Erzeugung der I- und Q-Komponenten verwendet, um einen I/Q-Modulator zu speisen. Die erforderliche Abtastrate für den AWG hängt von der Modulationsbandbreite ab, nicht von der Trägerfrequenz. In b) wird ein einkanaliges AWG zur Erzeugung eines modulierten ZF-Signals verwendet, das einen Mischer speist. Der Mischer wandelt das ZF-Signal auf die endgültige Frequenz. In diesem Fall wird die Abtastrate hauptsächlich durch die ZF-Trägerfrequenz bestimmt. In beiden Fällen ist eine zusätzliche LO-Quelle erforderlich. Wenn die Abtastrate ausreichend ist (also mindestens das Doppelte der Trägerfrequenz beträgt), kann das endgültige HF-Signal wie in c) direkt erzeugt werden, ohne externen Mischer, Modulator oder LO-Quelle. Es ist sogar möglich, HF-Signale jenseits der Nyquist-Frequenz zu erzeugen, indem Images des Signals in Nyquist-Bändern höherer Ordnung verwendet werden, siehe d). Normalerweise ist ein Bandpassfilter erforderlich, um die unerwünschten Images zu beseitigen. Eine andere Möglichkeit, modulierte HF-Wellenformen zu erzeugen, ist die Verwendung eines AWGs zur Erzeugung eines vollständig modulierten ZF- Signal mit einem einzigen Kanal, um es dann mit einem externen Mischer auf die endgültige Trägerfrequenz hochzumischen, siehe b). Dieses Schema erfordert einen zusätzlichen CW LO zur Speisung des Mischers. Der Vorteil dieser Architektur ist, dass die I/Q-Modulation des ZF- Trägers numerisch erfolgt, wenn die Wellenform berechnet wird. Infolgedessen gibt es keine I/Q- Abgleichfehler (Amplitude, Frequenzgang, Schräglage, Quadratur). Die Anforderungen an die Abtastrate sind jedoch höher. Sie muss mindestens das Doppelte der maximalen Frequenzkomponente der ZF-Wellenform betragen und damit immer höher sein als das Doppelte der Trägerfrequenz und der Modulations-BW. Die I/Q-Modulation ist sehr empfindlich gegenüber Ungenauigkeiten, die die I- und Q-Komponenten und die orthogonalen f c -Träger, die auf sie angewendet werden. Eine gute Möglichkeit, den Einfluss dieser Ungenauigkeiten zu veranschaulichen, ist die Anwendung von zwei FM-Sinuswellen mit einem Phasenunterschied von 90°. Bild 2: Blockdiagramm des für jeden DAC implementierten DUC im Gerät Proteus (s. Originalquelle) Bild 1 zeigt, dass in einer perfekten Situation die modulierten I- und Q-Komponenten in einem der f c ±f m -Seitenbänder addiert und im anderen aufgehoben werden (oben links). Wenn die Amplituden der I- und Q-Komponenten nicht gleich sind, ist die Auslöschung nicht nicht perfekt, und die Beeinträchtigung der Quadratur-Unsymmetrie wird sichtbar (unten links). Wenn die relative Phase der Träger nicht genau sind, tritt eine unerwünschte Restsinuswelle auf, was zur Beeinträchtigung (Quadraturfehler) führt (oben rechts). Wenn schließlich eine Gleichstromkomponente zu einer der modulierenden Sinuswellen oder dem Träger hinzugefügt wird, erscheint ein unerwünschter Restträger (unten rechts), bekannt als Carrier Leckage. In der Praxis kann es noch weitere lineare und nichtlineare Beeinträchtigungen mit ähnlichen Auswirkungen geben. Da jedes komplex modulierte Signal als Addition von unendlichen Sinusschwingungen betrachtet werden kann, führen diese Beeinträchtigungen dazu, dass sich das Signal selbst stört und der Signal/Rausch-Abstand verringert wird. Die Identifizierung und Messung dieser Beeinträchtigungen ist notwendig, um Kor- HF-Einkaufsführer 2022/2023 25

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