Двухцветное тестирование

Двухтональное тестирование — это средство проверки электронных компонентов и систем, в частности радиосистем , на наличие интермодуляционных искажений . Он заключается в одновременной подаче двух синусоидальных сигналов разных частот в компонент или систему (тонов). Интермодуляционные искажения обычно возникают в активных компонентах, таких как усилители , но в некоторых случаях могут возникать и в пассивных элементах, таких как кабельные разъемы, особенно при высокой мощности.

Измерения при двухтональном тестировании чаще всего выполняются путем проверки выходного сигнала тестируемого устройства (ИУ) с помощью анализатора спектра, с помощью которого можно напрямую наблюдать продукты интермодуляции. Иногда это невозможно в полных системах, и вместо этого наблюдаются последствия интермодуляции. Например, в радиолокационной системе результатом интермодуляции может быть создание ложных целей.

Обоснование

Электронное устройство можно протестировать, подав на его вход одну частоту и измерив отклик на его выходе. Если в устройстве есть какая-либо нелинейность, это вызовет гармонические искажения на выходе. Этот вид искажений состоит из целочисленных кратных частоты приложенного сигнала, а также исходной частоты, присутствующей на выходе устройства. Интермодуляционные искажения могут создавать выходные сигналы на других частотах. Новые частоты, создаваемые интермодуляцией, представляют собой сумму и разность введенных частот и гармоник их . Эффекты интермодуляции не могут быть обнаружены с помощью однотонального тестирования, но они могут быть такими же или более нежелательными, чем гармонические искажения, в зависимости от их частоты и уровня . ^[1]

Двухтональное тестирование также можно использовать для определения дискриминации радиоприемника. То есть способность приёмника различать близкие по частоте передачи. ^[2]

Тестирование

Тестирование компонентов

Компоненты схемы, такие как усилители, можно тестировать двухтоновым методом с использованием испытательной установки, подобной показанной на рисунке. Два генератора сигналов , настроенных на две разные частоты F1 и F2, подаются в сумматор мощности через циркуляторы . Комбайнер должен иметь хорошую изоляцию, чтобы предотвратить передачу сигнала от одного генератора на выход другого. Если это произойдет, то в нелинейных частях внутренней цепи генератора может возникнуть интермодуляция. Полученные продукты интермодуляции дадут ложный результат теста. Циркуляторы предназначены для обеспечения еще большей изоляции между генераторами и изоляции между любым сигналом, который может быть отражен обратно от тестируемого устройства (DUT) и генератора. Циркуляторы имеют один порт , подключенный к резистивной нагрузке, поэтому они действуют как изоляторы . фильтры нижних частот На выходах генератора также могут быть предусмотрены для устранения любых гармонических искажений. Эти гармоники могут вызвать неожиданные продукты интермодуляции в тестируемом устройстве, что опять-таки приведет к ошибочным результатам. Выход ИУ подается на анализатор спектра , где наблюдаются результаты, возможно, через аттенюатор, чтобы уменьшить сигнал до уровня, с которым может справиться прибор. ^[3]

Пассивные компоненты

Пассивные компоненты, такие как кабели, разъемы и антенны, обычно считаются линейными и, следовательно, не вызывают интермодуляции. Однако, особенно при большой мощности, ряд эффектов может привести к нелинейности за счет образования перехода металл-полупроводник в том месте, где предполагается переход металл-металл. Эти эффекты включают коррозию, окисление поверхности, загрязнение и простое нарушение полного механического контакта. Некоторые пассивные материалы по своей природе нелинейны. К ним относятся ферриты , черные металлы и композиты из углеродного волокна . ^[4]

Интермодуляционные искажения представляют собой особенно сложную проблему на базовых станциях сотовых мобильных телефонов сетей . Они должны иметь дело с несколькими передачами на близко расположенных частотах, и необходимо гарантировать, что они не взаимодействуют друг с другом. Типичная спецификация заключается в том, что продукты интермодуляции не должны превышать −125 дБм при передаче мощностью 40 дБм . Это соответствует требованию, чтобы соотношение сигнал/интермодуляция составляло 165 дБ , что является чрезвычайно строгой спецификацией. Для достижения этой цели необходимо тщательно выбирать материалы и компоненты, а монтаж и техническое обслуживание производить на высоком уровне. Аналогичным образом, двухтональное тестирование этих компонентов необходимо проводить с большой осторожностью и точностью, поскольку продукты интермодуляции на таких низких уровнях могут легко случайно возникнуть в испытательной установке. ^[5]

Существует международный стандарт IEC 62037 «Пассивные радиочастотные и микроволновые устройства, измерение уровня интермодуляции» для измерения интермодуляционных искажений пассивных компонентов. Тестирование по стандарту гарантирует, что спецификации разных производителей выполняются в одинаковых условиях и их можно сравнивать друг с другом. ^[6] Военные обычно используют свои собственные стандарты для испытаний. Например, в контрактах на закупки в США может быть указан MIL-STD-461 . ^[7]

Тестирование приемника

испытательная установка, подходящая для тестирования приемников на сверхвысокочастотных На рисунке показана частотах. Два генератора сигналов, F1 и F2, объединяются с помощью направленного ответвителя в обратном направлении. То есть два генератора подключаются к тому, что обычно является связанным и передаваемым выходными портами соответственно. Объединенный сигнал появляется на том месте, которое обычно является входным портом. Преимущество использования направленного ответвителя по сравнению с простой суммирующей схемой заключается в том, что направленный ответвитель обеспечивает изоляцию между двумя генераторами. Как и при тестировании компонентов, другой сигнал, подаваемый на выход генератора сигналов, может вызвать интермодуляционные искажения внутри генератора. Изоляторы включены в тестовую установку, как и при тестировании компонентов. ^[10]

Комбинированный тестовый сигнал может быть подан непосредственно в приемник, если антенна съемная. Второй направленный ответвитель, подключенный в традиционной конфигурации, может использоваться для подачи входного сигнала на анализатор спектра. Это позволяет подтвердить, что входной сигнал не содержит продуктов интермодуляции. Если тестовый сигнал не может быть подан напрямую, например, из-за того, что приемник использует активную антенну , тогда тестовый сигнал передается через собственную передающую антенну. Питание анализатора спектра можно обеспечить, подключив к его входу приемную антенну. Испытания, проводимые последним методом, обычно проводятся в безэховой камере, чтобы избежать передачи тестового сигнала всему миру. ^[11]

Последствия интермодуляционных искажений зависят от характера и назначения приемника. Для аппарата, принимающего звук, это может проявляться как мешающий сигнал, делающий неразборчивой нужную станцию. В приемнике РЛС это может проявляться в ложном обнаружении цели. ^[12]

Тестирование передатчика

Для передатчиков, предназначенных для передачи речи или музыки, две частоты звукового диапазона в обычный вход передатчика можно подавать . Выходной сигнал передатчика можно проверить с помощью анализатора спектра на наличие продуктов интермодуляции. Этот вид сквозного тестирования проверяет все части передатчика на нелинейность: от звукового каскада, микшера и усилителя ПЧ до конечного усилителя мощности ВЧ . Аналогично, в передатчик, используемый для передачи данных, можно вводить две частоты в основной полосе потока данных. В некоторых случаях доступный вход для передатчика отсутствует. Например, радиолокационные передатчики не принимают входные данные; схема, генерирующая радиолокационный сигнал, является внутренней по отношению к передатчику. В таких случаях сигналы необходимо подавать в какую-то внутреннюю точку устройства, либо усилители и другие каскады необходимо тестировать как отдельные компоненты. ^[13] спектра . К выходу передатчика можно подключить фиктивную нагрузку, чтобы предотвратить его фактическое вещание, а направленный ответвитель, возможно, вместе с аттенюатором, использовать для подачи сигнала на анализатор ^[14]

Расстояние по частоте между двумя тонами имеет определенное значение при тестировании передатчика. Интервал определяет, будут ли продукты интермодуляции внутриполосными или внеполосными . То есть независимо от того, происходят ли они в диапазоне, для работы которого предназначен передатчик. Внутриполосная интермодуляция является проблематичной, поскольку она мешает работе передатчика. Однако внеполосная интермодуляция может стать еще большей проблемой. В большинстве стран телекоммуникационные власти лицензируют оператора на использование определенных частот. Внеполосные сигналы должны практически полностью подавляться. Однако большая разница частот между полезным и нежелательным сигналом позволяет относительно легко удалять внеполосные продукты интермодуляции с помощью фильтров . ^[15]

Точно так же, как два тона обеспечивают более реалистичное тестирование, чем один тон, многотональное тестирование можно использовать для еще большей имитации поведения реального сигнала. Идея состоит в том, чтобы распределить тона по полосе пропускания реального сигнала с одинаковой плотностью мощности частоты. Для получения точных результатов важно учитывать фазу тонов относительно друг друга. Обычно нежелательно, чтобы тоны находились в синхронизированном фазовом отношении, поскольку это может привести к ошибочным результатам. По этой причине при многотональном тестировании часто пытаются генерировать тоны со случайными фазами. ^[16]

Ссылки

^ Педро и Карвалью, стр. 25–26
^ Отдел авионики, с. 5-7,7
^
- Чжан и др. , с. 62
- Педро и Карвалью, стр. 39–42
^ Посар, стр. 519.
^ Посар, стр. 519.
^ Линхарт, с. 272
^ Отдел авионики, с. 5-7,1
^ Отдел авионики, с. 5-7,1
^ Отдел авионики, стр. 5-7.1–5-7.2.
^ Отдел авионики, с. 5-7,1
^ Отдел авионики, стр. 5-7.1–5-7.2.
^ Отдел авионики, с. 5-7,9
^ Ганнучи и др. , стр. 156–157
^ Карр, стр. 224–226.
^ Педро и Карвальо, с. 39
^ Ганнучи и др. , стр. 157–158

Библиография

Отдел авионики, Справочник по проектированию радиоэлектронной борьбы и радиолокационных систем, 4-е издание, Отдел вооружений Центра воздушной войны ВМС, октябрь 2013 г., NACWD Tech. Паб. 8347.
Карр, Джозеф Дж., Практические испытания и измерения радиочастот , Newnes, 1999 г. ISBN 0750671610 .
Линхарт, Дуглас К., Проектирование микроволнового циркулятора , Artech House, 2014 г. ISBN 1608075834 .
Педро, Хосе Карлос; Карвалью, Нуно Борхес, Интермодуляционные искажения в микроволновых и беспроводных схемах , Artech House, 2003 г. ISBN 1580536913 .
Позар, Дэвид М., Микроволновая техника , John Wiley & Sons, 2011 г. ISBN 0470631554 .
Рудерсдорфер, Ральф, Поведенческое моделирование и предыскажения широкополосных беспроводных передатчиков , John Wiley & Sons, 2015 г. ISBN 1118406273 .
Чжан, Сюэцзюнь; Ларсон, Лоуренс Э.; Асбек, Питер, Проектирование усилителей мощности с линейной ВЧ опережением фазы , Artech House, 2003 г. ISBN 1580536123 .

[1] Педро и Карвалью, стр. 25–26

[2] Отдел авионики, с. 5-7,7

[3] 
Чжан и др. , с. 62
Педро и Карвалью, стр. 39–42

[4] Чжан и др. , с. 62

[5] Педро и Карвалью, стр. 39–42

[4] Посар, стр. 519.

[5] Посар, стр. 519.

[6] Линхарт, с. 272

[7] Отдел авионики, с. 5-7,1

[8] Отдел авионики, с. 5-7,1

[9] Отдел авионики, стр. 5-7.1–5-7.2.

[10] Отдел авионики, с. 5-7,1

[11] Отдел авионики, стр. 5-7.1–5-7.2.

[12] Отдел авионики, с. 5-7,9

[13] Ганнучи и др. , стр. 156–157

[14] Карр, стр. 224–226.

[15] Педро и Карвальо, с. 39

[16] Ганнучи и др. , стр. 157–158

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]