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.