Spektrum Analizörde Genlik Ölçüm Doğruluğunu Arttırmak için Önerilen Yöntem

Spektrum Analizörde Genlik Ölçüm Doğruluğunu Arttırmak için Önerilen Yöntem

 

Spektrum analizörler, RF ve Mikrodalga uygulamalarında sıklıkla kullanılan sinyal analiz cihazlarıdır. Spektrum analizörler temel olarak işaretlerin frekans cevabını gözlemlemek ve farklı frekanslarda oluşan sinyal genliklerini ölçmek için kullanılır. Ancak her ölçüm cihazı gibi spektrum analizörler de belirli bir ölçüm hatasına sahiptir. Genlik ölçümlerindeki bu hataya genlik ölçüm doğruluğu adı verilmektedir. Günümüzde gelişen sayısal işaret işleme teknikleri sayesinde spektrum analizörlerin genlik doğruluk değerleri oldukça iyileşmiştir. Ancak halen daha spektrum analizörün heterodin alıcı yapısı ve geniş bantlı analog devreleri sebebiyle genlik ölçüm doğrulukları güç metrelerin doğruluk seviyesine yaklaşamamaktadır. Bu çalışmada spektrum analizör ölçüm doğruluğunu güç metre seviyesine çekebilen bir yazılım çözümümüzden bahsedeceğiz. İlgili yazılım tamamen Spark Ölçüm Teknolojileri tarafından geliştirilmiştir.

Spektrum analizördeki genlik doğruluğunu anlamak için öncelikle cihazın iç blok diyagramını bilmemiz gerekir. Klasik taramalı bir spektrum analizörün blok diyagramı aşağıdaki gibidir.

Şekil 1: Klasik taramalı spektrum analizör blok şeması

Şemadan görüleceği gibi giriş sinyali, spektrum analizör içinde birçok blokdan geçmektedir ve her blok genlik doğruluğu etkilemektedir. Yukarıdaki şema oldukça basitleştirilmiş bir şemadır, gerçekte her blok birçok alt frekans bandı için oluşturulmuş alt bloklardan oluşmaktadır. Spektrum analizörlerde genlik doğruluğunu etkileyen parametreler aşağıdaki gibi sıralanabilir.

  • Giriş empedans uyumsuzluğu (SWR)
  • Zayıflatıcı anahtarlama belirsizliği
  • Mixer ve Pre-Selector frekans cevabı (Frequency Response)
  • IF (Intermediate Frequency – Ara Frekans) kazanç / kayıp belirsizliği
  • RBW filtre anahtarlama belirsizliği
  • Görüntülenen skala belirsizliği (Scale Fidelity)
  • İlk kalibrasyon doğruluğu

 

Güncel spektrum analizör mimarileri sayısal işaret işleme algoritmalarını daha sıklıkla kullanmaktadır. Girişteki analog mixer (Düşük Frekans Çevirici – Downconverter) yapısı sonrasında sayısallaştırcı devreler (ADC – Analog Sayısal Dönüştürücü) kullanılmakta ve sayısallaştırılan IF işaret DSP (Sayısal İşaret İşlemcileri) ile işlenmektedir. Sayısal işaret işleme alanında yenilikler sayesinde IF bloğundan gelen hatalar eski spektrum analizörlere nazaran oldukça düşük hale gelmiştir. Ancak girişteki analog PreSelector filtresi ve Mixer bloğundan gelen hatalar Sayısal-IF mimarisi ile düzeltilemediğinden spektrum analizördeki genlik doğruluğunda en baskın bileşen Mixer ve Pre-Selector frekans cevabı olmaktadır. Aşağıda örnek olarak Keysight N9030B spektrum analizörünün mutlak genlik doğruluğu verilmiştir.

Şekil 2: Keysight N9030B spektrum analizör mutlak genlik doğruluğu

Şekil 2’den görülebileceği gibi frekans cevabı etkisi olmadan genlik doğruluğu tüm frekans bölgesinde 0.24 dB’dir. Bu düşük değer sayısal-IF mimarisi sayesinde elde edilebilmektedir. Ancak frekans cevabının etkisine bakıldığında özellikle yüksek frekanslarda spektrum analizörlerin ciddi bir mutlak ölçüm hata oranı olduğu görülmektedir. Bu durum tüm spektrum analizörlerde mevcuttur ve spektrum analizörün geniş bantlı olması ile birçok farklı komponent içermesinden kaynaklanmaktadır.

Spark Ölçüm Teknolojileri olarak spektrum analizörlerdeki bu frekans cevabı hatasını düzeltebilecek bir çözüm geliştirdik. Bilindiği üzere mutlak güç ölçümünde altın standard her zaman güç metrelerdir. Bir işaret üreteci ile farklı frekanslarda tonlar üretip bu tonları önce güç metre sonra da spektrum analizör ile ölçmek ve aradaki farkı düzeltme değeri olarak spektrum analizöre gimek mümkündür. Bu şekilde spektrum analizör genlik doğrluğu güç metre doğruluğuna yaklaştırılabilecektir. Bu işlemi doğrudan yapmak oldukça zahmetli ve vakit alacağı için Spark Ölçüm Teknolojileri olarak bu işlemi otomatik yapabilecek bir yazılım hazırladık. Yazılımın görüntüsü aşağıdaki gibidir. Yazılımın Türkçe versiyonunu da en kısa sürede hazır hale getireceğiz. Yazılım güncel olarak Keysight X-serisi sinyal analizörlerimizi desteklemektedir. Sinyal üreteci olarak Keysight X serisi işaret üreteçleri (CXG/EXG/MXG) ve PSG Sinyal Üreteçleri kullanılabilir. Güç ölçer olarak da U204X, U205X, U206X ve U200X serisi USB güç sensörlerimiz desteklenmektedir. Zaman içerisinde N191X serisi güç metreleri ve diğer sık kullanılan USB güç sensörlerini de yazılıma eklemeye devam edeceğiz.

Şekil 3: Spektrum analizör genlik kalibratör yazılımı

Genlik kalibratör yazılımı öncelikle “Preset All Instruments” tuşu ile tüm test cihazlarını fabrika ayarlarına getirmektedir Daha sonra spektrum analizöre “Alignment” adını verdiğimiz iç kalibrasyon işlemi uygulanmaktadır. Eğer spektrum analizör için “Alignment” gerekli değilse yazılım bunu tespit edip bu işlemi atlamaktadır. Daha sonra güç metre için kalibrasyon ve sıfırlama yapılmaktadır. Kalibrasyon yapılacak başlangıç ve bitiş frekansları, güç değeri ve nokta sayısı girildikten sonra sinyal üreteci çıkışı güç metreye bağlanarak “Measure with Power Meter” tuşuna tıklanarak ölçüm başlatılmaktadır. Burada izin verilen maksimum nokta sayısı 2000’dir. Her bağlantı öncesi genlik kalibratör yazılımı bağlantıların yapılmasını beklemekte ve yapılacak bağlantıyı açıklamaktadır. Bu işlem bitince sinyal üreteci spektrum analizöre bağlanmaktadır. Burada önemli husus sinyal üretecine bağlanan kablonun ucuna ekstra eleman eklemeden aynı şekilde spektrum analizör ve güç metreye bağlanmasıdır. Buna dikkat edilirse yazılımın uygulayacağı düzeltme daha etkili olacaktır. Gerekli olması durumunda sadece bir adet adaptör kablo ucuna eklenebilir. Güç metre ile spektrum analizörlerin aynı konnektörlü olacak şekilde seçilmesi bu anlamda önerilmektedir.

Ölçümler bittikten sonra “Write Correction to Analyzer” tuşuna tıklanarak ölçümler arasındaki fark otomatik olarak sinyal analizörüne yazılmaktadır. X-serisi sinyal analizörleri “Correction” sekmesi altında ölçülen değerlere skaler düzeltme girebilmektedir. Tasarladığımız yazılım doğrudan bu tabloya düzeltme değerlerini yazmaktadır. Ara noktalar X-serisi sinyal analizörleri tarafından otomatik olarak lineer interpolasyon ile birleştirilmektedir. Aşağıda ölçümler bitip düzeltme faktörleri spektrum analizöre yazıldıktan sonraki yazılım ekran görüntüsü görülmektedir. Yazılım uygulanan düzeltme değerlerini aynı zamanda grafik olarak da kendi ekranında göstermektedir. Görüleceği üzere genlik hatası düşük frekanslarda ihmal edilebilir seviyede olmasına rağmen yüksek frekanslarda 1.4 dB’ye ulaşmaktadır. Bu hatalar yazılım tarafından otomatik olarak düzeltilebilmektedir.


Şekil 4: Genlik düzeltmesi yapıldıktan sonraki yazılım ekran görüntüsü

Düzeltme değerleri “Correction 2” olarak spektrum analizöre otomatik olarak kaydedilmektedir. İstenirse “Delete Correction from Analyzer” tuşuna tıklanılarak bu düzeltme silinebilir. Yapılan düzeltme değerleri spektrum analizördeki “Correction” sekmesinden de tablo olarak görüntülenebilir. Aşağıda düzeltme yapılan spektrum analizör ekran görüntüsü görülmektedir.

Şekil 5: Düzeltme yapılan spektrum analizör ekran görüntüsü

Genlik kalibratör yazılımını tüm X-serisi analizör kullanan müşterilerimiz için ücretsiz olarak sunacağız. Yazılımı hakkında bilgi almak ve  kullanabilmek için Keysight işaret üreteci ve Keysight güç metresi de gereklidir.Özel olarak geliştirilen bu yazılımı buradan indirebilir veya daha detaylı bilgi almak için bizimle iletişime geçebilirsiniz. 

 
 
Yönetici | 03.08.2021 1192 Görüntüleme
 

Yorumlar
 
Henüz yorum bulunmamaktadır. İlk yorumu sen yazabilirsin. Yorum yazmak için tıklayın
Etiketler
 
Bu Kategorideki Diğer Yazılar
Whatsapp Online Telefon Numarası