Önemli Çıkarımlar:
- USB güç sensörleri, güç testlerinin kolaylığını ve maliyet etkinliğini büyük ölçüde artırır.
- Herhangi bir bilgisayarı veya uyumlu cihazı hassas güç ölçerlere dönüştürebilirler.
- Birçok kritik sektörde saha kullanımı için yoğun bir şekilde kullanılmaktadırlar.
Normalde mühendisler, radyo frekansı (RF) sinyallerinin gücünü doğru bir şekilde ölçmek için güç ölçerler kullanır. Ancak güç ölçerlerin form faktörleri laboratuvar ortamları için daha uygundur.
Sahada kullanım için, kullanımı daha kolay ama aynı zamanda doğru ölçüm yapabilen kompakt ve hafif bir şeye ihtiyaç duyarlar. Tercihen, evrensel seri veri yolu (USB) üzerinden dizüstü bilgisayarlara veya tabletlere kolayca takılabilen bir şey olmalıdır. USB sensörlerinin bu ihtiyacı nasıl karşıladığını öğrenin.
USB güç sensörü nedir?
USB güç sensörü, RF ve mikrodalga sinyallerinin gücünü gerçek zamanlı olarak ölçen bir cihazdır, ancak iki benzersiz özelliği vardır:
- USB arayüzüne sahip herhangi bir bilgisayarı veya cihazı, uygun yazılım veya aygıt yazılımı yardımıyla hassas bir güç ölçere dönüştürebilir.
- Sinyal gücünü, tipik spektrum analizörleri için ± 1-2 dB'ye kıyasla ± 0,1 desibel (dB) düzeyinde yüksek doğrulukla ölçebilir.
Bu cihazların bilgisayarlara bağlandıkları dişi mini-USB konektörleri vardır. Diğer uçta, aşağıda gösterildiği gibi standart 50 ohm empedansa sahip tipik N tipi RF konektörleri vardır.
Şekil 1. USB üzerinden bir bilgisayara bağlı güç sensörü
USB sensörler ayrıca spektrum analizörleri ve sinyal jeneratörleri gibi uyumlu cihazlara takılabilir ve burada gösterildiği gibi hassas güç ölçerlere dönüşebilir.
Şekil 2. USB güç sensörü bir dizi uyumlu Keysight cihazı ile çalışabilir
USB güç sensörleri, sinyal gücünü orantılı gerilimlere dönüştürmek, analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC'ler) kullanarak dijitalleştirmek ve dijital verileri USB üzerinden ana bilgisayara veya cihaza geri göndermek için farklı algılama yöntemleri kullanır.
Ayrıca, USB güç sensörleri saha kullanımı ve uzun mesafeli izleme için uygundur. Taşınabilir form faktörleri ve 5 metreye (~16 fit) kadar USB kablo uzunlukları, ana bilgisayardan veya cihazdan uzakta ölçüm yapılmasını sağlar.
USB güç sensörlerinin türleri nelerdir?
Sinyal gücünü gerilime dönüştürmek için kullanılan algılama yöntemine bağlı olarak, iki ana USB güç sensörü türü vardır.
1-Termokupl güç sensörleri
Şekil 3. Termokupl tasarımı
Termokupl, birleşme sıcaklığı gelen sinyal gücüyle orantılı olarak artan iki farklı, ısıya duyarlı metalin birleşimidir. Seebeck etkisi nedeniyle, sıcak ve soğuk bağlantılar arasındaki sıcaklık farkı, sinyal gücüyle orantılı bir voltaj üretir.
2-Diyot güç sensörleri
Şekil 4. Diyot güç sensörü tasarımı
Diyot sensörleri, geniş dinamik güç seviyesi aralıkları ile karakterize edilir. Bunu, kare kanun bölgelerinde çalışan bir diyot grubu kullanarak başarırlar.
Geniş dinamik aralıkları, biri düşük güç algılaması için, diğeri ise bir direnç bölücü tarafından zayıflatılmış yüksek güç algılaması için olmak üzere iki diyot ağı kullanmalarından kaynaklanmaktadır. Diyotlar, giriş sinyalini gücün kareköküyle orantılı bir gerilime etkili bir şekilde düzeltir. Diyotlar ve muhafazanın içindeki konumları, yüksek doğruluk için dikkatli bir kalibrasyona tabi tutulur. Muhafazanın tasarımı maksimum güç aktarımı için optimize edilmiştir.
Doğruluk
İyi
Ölçüm hızı
Orta
Daha hızlı
Dinamik Aralık
İyi
En geniş
Frekans hassasiyeti
Düşük
Orta
Tepe gücünü ölçün
Hayır
Evet
Diyot sensörleri en geniş dinamik aralıklara ve en yüksek ölçüm hızlarına sahip olma eğilimindedir. Ancak, gelen güç sınırlarının biraz üzerine çıkarsa kolayca zarar görebilirler.
Termokupl sensörler, birçok kullanım durumu için iyi dinamik aralık ve ölçüm hızları ile hasara karşı sağlamlığın iyi bir karışımıdır.
Farklı güç sensörlerinin aralıkları nelerdir?
Şekil 6. Farklı tipteki güç sensörlerinin tipik güç aralıkları
Termokupllar, uygun zayıflatıcılar kullanılarak 75 dBm'ye kadar çıkabilen 50 dBm'lik daha iyi dinamik aralıklara sahiptir.
Diyot sensörler 80 ila 90 dBm'lik en geniş dinamik aralıklara sahiptir ve zayıflatıcıların kullanımıyla 105 dBm'ye kadar çıkabilir.
Veri toplama ve izlemede USB güç sensörlerinin faydaları nelerdir?
USB güç sensörlerinin avantajları şunlardır:
Basitlik: USB, bilgisayarlarda ve hatta tabletler ve akıllı telefonlar gibi tüketici cihazlarında yaygın olarak bulunur. Güç sensörlerini ek güç kaynakları veya adaptör kartları olmadan doğrudan bunlara bağlayabilirsiniz. Bu, kurulumu basitleştirir ve güç ölçümleri için gereken ekipmanı azaltarak bunları uygun maliyetli hale getirir.
Gerçek zamanlı izleme: USB güç sensörleri güç seviyelerinin gerçek zamanlı olarak izlenmesini sağlar. Sensör tarafından elde edilen veriler anında bağlı bir bilgisayara aktarılabilir, böylece anında analiz ve karar verme olanağı sağlanır.
Otomatik ölçümler ve veri analizi: İlgili yazılım otomatik ölçümlere, güçlü veri kaydedicilere ve gelişmiş veri analizine olanak tanır. Güç dalgalanmalarının ve geçici olayların ayrıntılı analizi için çok önemli olan güç seviyelerindeki hızlı değişiklikleri yakalarlar. Doğrudan yazılımdan güç trendlerini görselleştirin, istatistiksel analiz yapın ve ayrıntılı raporlar oluşturun. Veri işleme, gürültü filtreleme veya güç ölçümlerini diğer olaylarla ilişkilendirmek için özel algoritmalar kurun.
Çok yönlülük: USB güç sensörlerinin RF cihazlarını kalibre etmek, kablosuz iletişim ekipmanlarını test etmek ve radar sistemlerini izlemek gibi çok çeşitli kullanım alanları vardır.
Taşınabilirlik: Bu sensörlerin kompakt boyutu ve USB ile çalışan yapısı onları son derece taşınabilir kılar. Bu özellikle saha kullanımı, yerinde teşhis ve alanın sınırlı olduğu uygulamalar için kullanışlıdır.
Ölçeklenebilirlik: Yüksek hacimli test ortamlarında, güç ölçüm doğruluğu, test süresi verimliliği ve test sistemi maliyeti, yatırım değerlendirmesi için temel faktörlerdir. Yüksek performanslı güç ölçerler ve güç sensörleri maliyetli yatırımlardır. Bunun yerine, maliyette veya karmaşıklıkta önemli bir artış olmadan birden fazla kanalın veya cihazın aynı anda izlenmesi için daha fazla USB güç sensörü ekleyin.
Diğer cihazlara yetenek ilaveleri: Güç sensörlerinin önemli bir avantajı, diğer cihazların yeteneklerini geliştirme kabiliyetleridir. Örneğin, bir spektrum analizörü yerel olarak yalnızca 6 gigahertz'e (GHz) kadar güç ölçümlerini destekleyebilir. Ancak 24 GHz'e kadar kapasiteli bir mikrodalga güç sensörü bağlandığında, analizör 24 GHz'e kadar güç değerlerini görüntüleyebilir.
Dahili veri depolama: USB güç sensörleri 1 milyon veri noktasını depolamak için yeterli dahili belleğe sahiptir ve daha karmaşık veri toplama kurulumlarına yeterince iyi bir alternatif olabilir.
USB güç sensörleri ana cihazlara nasıl bağlanır ve onlarla nasıl iletişim kurar?
USB üzerinden bilgisayarlara veya tüketici cihazlarına bağlandığında, ana cihaz, genellikle sensörün satıcısı tarafından sağlanan ve yapılandırma ve ölçümleri yürütebilen uygun yazılımı çalıştırmalıdır.
Örneğin Keysight, Windows çalıştıran bilgisayarlar için BenchVue Güç Sensörleri Uygulamasını sunmaktadır. Linux gibi diğer işletim sistemleri için satıcı kütüphaneleri ve üçüncü taraf araçlar mevcuttur.
Tabletler ve akıllı telefonlardan ölçümleri yönlendirmek için Keysight, Android ve iOS için BenchVue Mobile uygulamasını yayınlar.
USB güç sensörlerinin bazı temel özellikleri nelerdir?
USB güç sensörlerinin akılda tutulması gereken bazı temel özellikleri şunlardır:
- Frekans aralığı: Ölçebileceği en yüksek frekans nedir?
- Frekans seçiciliği: Tüm güç sensörleri tüm bant genişlikleri boyunca toplam gücü ölçer ve tipik olarak zayıf seçiciliğe sahiptir. Kendinize seçiciliğe ihtiyacınız olup olmadığını sorun, bu durumda spektrum analizörleri gibi diğer cihazlar daha iyi olabilir.
- Güç dinamik aralığı: Sinyalin güç aralığı nedir? Yüksek sinyal gücü nedeniyle cihaza zarar verme riski var mı?
- Doğruluk: Sensör farklı güç seviyelerinde ne kadar doğrudur? Kalibrasyon parametrelerinin USB üzerinden otomatik olarak yüklenmesini destekliyor mu?
- Ölçüm hızı: Sensör saniyede kaç ölçüm yapabilir? Tipik olarak diyot sensörler en hızlısıdır, ardından termokupllar gelirken termistörler en yavaş olanlardır.
- Açıklık süresi: Açıklık, sensörün gücü ölçtüğü zaman aralığıdır. Sürekli açıklıkları destekliyor mu yoksa açıklıklar arasında boşluklar var mı?
- Ortalama sayı: Ortalama gücü elde etmek için kaç diyafram açıklığı kullanıyor? Daha fazla açıklık, yüksek doğruluk ancak yavaş ölçüm süresi anlamına gelir.
USB güç sensörleri hangi güç parametrelerini ölçebilir?
USB sensörlerinin yakaladığı temel parametreler şunlardır:
- Ortalama güç: Bu, belirli bir süre boyunca sürekli dalga (CW) veya modüle edilmiş sinyalin ortalama gücüdür. RF sistemlerinin performansını değerlendirmek ve düzenleyici standartlara uygunluğu sağlamak için çok önemlidir.
- Tepe gücü: Bu, radar ve dijital iletişim sistemlerinde kullanılanlar gibi darbeli sinyallerin maksimum güç seviyesidir. Cihazların bozulma veya hasar olmadan en yüksek güç seviyelerini kaldırabilmesini sağlamaya yardımcı olur.
- Darbe gücü: Darbeli RF sinyalleri için USB güç sensörleri darbe genişliği, tekrarlama aralığı ve tekrarlama frekansı gibi parametreleri ölçebilir.
- Darbe şekli analizi: Bazı USB güç sensörleri yükselme süresini, düşme süresini ve herhangi bir düzensizliği veya bozulmayı da ölçebilir.
- Zamana bağlı güç: Bu, modüle edilmiş veya darbeli bir sinyalin belirli bölümleri sırasında gücü ölçer. Karmaşık, çok sinyalli ortamlardaki sinyalleri ölçmek ve geçici olayları analiz etmek için kullanışlıdır.
- Modülasyon analizi: USB güç sensörleri farklı modülasyon bileşenleri arasında güç dağılımı sağlayabilir.
- Kanal gücü: USB güç sensörleri belirli kanallar veya frekans bantlarıyla ilişkili gücü ölçebilir. Bu, kanal performansını değerlendirmek ve paraziti önlemek için kullanışlıdır.
- Spektral analiz: Bazı sensörler ve yazılımlar, gücün farklı frekanslar arasındaki dağılımını analiz etmek için sınırlı spektral analiz özelliklerini destekler.
Hassas ölçümler için USB güç sensörlerini kullanırken dikkat edilmesi gereken kalibrasyon hususları nelerdir?
Çoğu USB güç sensörü, test edilen cihazın bağlantısını kesmeden kalibrasyonu kolaylaştıran referans kaynağı ve anahtarlama devreleri gibi dahili kalibrasyon özelliklerine sahiptir. Bu, test sürecini hızlandırır ve konektör aşınmasını en aza indirir.
Doğru RF güç ölçümleri için gerekli olan sıfırlama, sıfır ofsetini ve gürültüyü en aza indirmek için gerçekleştirilir. İki şekilde yapılabilir:
- Dahili sıfırlama: Bu, RF girişini ölçüm devresinden izole ederek sensörün aktif bir RF kaynağına bağlı kalmasını sağlar ve RF kaynağını kapatmadan veya bağlantısını kesmeden kalibrasyona olanak tanır.
- Harici sıfırlama: Bu, kaynağın kapatılması veya fiziksel bağlantının kesilmesi yoluyla giriş portundan RF gücünün kaldırılmasını gerektirir.
USB güç sensörleri hangi sektörlerde kullanılır?
USB güç sensörlerinin güç ölçümü için özellikle yararlı olduğu bazı endüstri uygulamalarına bakalım.
Kablosuz teknolojiler
USB güç sensörleri, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee ve diğerleri gibi çeşitli kablosuz protokoller için sinyal gücünü ölçer ve standartlarına ve yasal sınırlarına uygunluğu sağlar.
Telekomünikasyon
USB güç sensörleri, mobil ağ bileşenlerini 5G, 6G, LTE ve GSM teknik ve düzenleyici standartlarına göre test etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
USB güç sensörleri, mobil sinyallerin zaman aralıklı ölçümleri için de sıklıkla kullanılır. Belirli zaman dilimlerinde sinyal gücünün ölçülmesi, mevzuata uygunluğun sağlanması, ağ performansının optimize edilmesi, kapasite planlaması ve sorunların teşhis edilmesi için çok önemlidir.
Nesnelerin İnterneti (IoT) cihaz testi
USB güç sensörleri, IoT cihazlarının birçok yönünü ölçmek için kullanılır:
- pil ömürlerini etkileyen iletim ve alım gücü seviyeleri
- kablosuz iletimlerinin sinyal kalitesi
- sinyallerinde parazit ve gürültü
- elektromanyetik emisyonları
Bu ölçümler daha iyi ağ planlamasını, IoT cihazlarının optimize edilmiş yerleşimini ve yayılan güç üzerindeki maksimum sınırlara uyumu kolaylaştırır.
Yüksek hacimli üretim
Bazı güç sensörleri saniyede yüzlerce okumaya varan yüksek ölçüm hızları sunar. Bu özellik, üretim verimini en üst düzeye çıkarmak ve üretkenliği artırmak için hızlı ölçüm hızının gerekli olduğu yüksek hacimli üretimde özellikle önemlidir. Ölçümlerin hızını artırarak, test mühendisleri tasarım döngüsünü kısaltabilir ve aynı sayıda testi gerçekleştirmek için daha az zamana ihtiyaç duyacaklarından ürünün pazara çıkış süresini hızlandırabilirler.
Savunma uygulamaları
USB güç sensörleri, tepe gücü, tepe-ortalama güç, yükselme süresi ve düşme süresi gibi darbeli RF gücünün karmaşık karakterizasyonunu gerektiren radar darbe ölçümleri gibi savunma uygulamaları için kullanılır.
RF Haberleşmelerinde Skaler Ağ Analizi
Şekil 7. Skaler ağ analizi için kullanılan USB güç sensörleri
USB güç sensörleri, gelen gücü, iletilen gücü, yansıyan gücü, kazancı, ekleme kaybını, geri dönüş kaybını ve diğer parametreleri ölçerek tüm bir RF cihazının sinyallere tepkisini anlamak için skaler ağ analizi için kullanılır.
USB güç sensörlerinin bazı sınırlamaları ve gelecekteki eğilimleri nelerdir?
Aşağıda USB güç sensörü ekosistemindeki bazı sınırlamalar ve olası iyileştirmeler yer almaktadır:
- Zayıf frekans seçiciliği: Genel olarak, güç sensörlerinin frekans seçiciliği zayıftır. Gelecekteki tasarımlarla bu durum düzelebilir.
- USB sınırlamaları: Çoğu USB sensörü hala veri aktarım hızlarını saniyede 480 megabit ile sınırlayan ve dolayısıyla açıklık sürelerini kısıtlayan mini-USB 2.0 konektörleri kullanmaktadır. Daha yeni USB 3 ve USB 3.2 standartlarına yükseltme, hızları saniyede 10 gigabite çıkarabilir ve çok daha dar açıklık sürelerine izin verebilir.
- Kablo uzunluğu sınırlamaları: USB kabloları 5 metre ile sınırlıdır. Daha uzun mesafeli ölçümler için ethernet üzerinden çalışan ve 90 metreye kadar kablo uzunluğunu destekleyen LAN güç sensörlerini kullanın.
USB güç sensörleri ile hareket halindeyken hassasiyet elde edin
Bu makalede, taşınabilir USB güç sensörlerinin yaygın olarak kullanılan USB arayüzünü benimseyerek sahadaki güç ölçümlerini nasıl basitleştirdiğini öğrendik.
Keysight'ın USB ve LAN güç sensörleri ve ilgili ürünleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için bizimle iletişime geçin. Projeniz için doğru sensörü seçmenize yardımcı olacağız.
