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Misure con …1) Descrizione strumento L´analizzatore di spettro utilizzato è un HP70000 costituito da 2 moduli, uno dedicato al processamento RF e la altro dedicato al processamento video, di entrambe una breve descrizione : Modulo RFIl modulo si suddivide nei seguenti 6 cassetti : Il segnale d´ingresso proveniente da uno strumento esterno o dal calibratore, viene applicato all´ingresso RF In del preselettore, il quale può essere inserito o meno via software, in ogni caso poi il segnale viene inviato all´ingresso RF In della RF Section. Sono poi presenti due moduli IF Section nei quali sono alloggiati i filtri passabanda che consentono le diverse RBW disponibili a step nei range illustrati, vale a dire che si può richiedere una RBW qualsiasi ma lo strumento quantizza al valore disponibile più vicino. Il primo modulo a sinistra in particolare consente RBW molto strette ad una IF pari a 3MHz il che lascia pensare si tratti di una elaborazione numerica. Il primo modulo a destra consente invece l´estensione del range di misura mediante un modulo opzionale fornito dalla stessa HP , esso può essere interfacciato mediante le connessioni riportate. Modulo Video
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I pulsanti verticali posti a sinistra del display sono i più importanti in quanto consentono di selezionare la caratteristica della analizzatore che si vuole variare, ad esempio lo Span, la frequenza centrale e così via, ad ogni softkey corrispondono poi delle softkey che vengono visualizzate sul display a fianco dei pulsanti di destra o sopra ai pulsanti posti in basso. Il tastierino numerico consente di impostare direttamente una grandezza mentre la rotary knob la può variare semplicemente ruotando. La connessione del modulo RF al modulo Video avviene posteriormente mediante cavi multipolari. |
2) Misure sul segnale proveniente dal calibratore Prima di effettuare qualsiasi misura procediamo alla calibrazione dello strumento, essa viene eseguita in maniera del tutto automatica dallo stesso, nella fattispecie il segnale ad f = 300MHz e P = -10dBm in uscita dal calibratore consente allo strumento di verificare il funzionamento di tutti gli stadi e di settare eventuali correzioni volte ad eliminare gli errori sistematici, la bontà dello strumento consiste poi nel traslare alle diverse frequenze di utilizzo queste correzioni. È possibile richiedere sia una calibrazione completa, avente durata pari a qualche minuto, che una calibrazione meno approfondita ma più veloce, abbiamo optato per la calibrazione completa. Al termine della calibrazione visualizziamo il segnale proveniente dal calibratore, a tal fine impostiamo una frequenza centrale di 300MHz ed uno span di 200MHz, la RBW si setta in maniera automatica al valore 2.15MHz, osserviamo sul display una campana corrispondente a tale filtro, mediante la softkey Marker e successivamente Peak ne vediamo il valore del picco e la sua frequenza, troviamo che sostanzialmente essi coincidono con i valori nominali del calibratore. Procediamo poi a ridurre la RBW , ciò che si osserva è che la campana naturalmente si restringe ed il livello del rumore diminuisce in accordo alla teoria sviluppata. Riduciamo poi lo span al valore 10MHz al fine di vedere il rumore di fase della oscillatore locale che si sovrappone ai fianchi della campana appena dopo l´uscita dal rumore. A questo punto variamo la attenuazione in ingresso per vedere in quale dei due modi previsti dalla teoria la analizzatore si comporta, in particolare aumentiamo la attenuazione da 10dB a 20dB ed osserviamo che il picco rimane fermo allo stesso livello pari a –10dBm rispetto al Reference Level posto a 0dBm, questo viene ottenuto in maniera automatica dallo strumento inserendo un opportuno amplificatore IF lungo la catena al fine di compensare la attenuazione ciò tuttavia a spese del livello di rumore il quale si innalza. L´ultima misura che facciamo è sempre sul calibratore ma settando come Start Frequency 10kHz ciò che osserviamo è che oltre al segnale dovuto al calibratore si ha un altro pseudosegnale proprio intorno ai 10kHz , si tratta della oscillatore locale che per consentire di traslare a 3.6GHz un eventuale segnale RF a 10kHz deve avere una frequenza prossima a quella IF e pertanto per via dello scarso isolamento passa in uscita sino ad essere visualizzato sul display. |
3) Misure sul segnale a 1GHz proveniente dal generatore RF |
Per le successive misure abbiamo bisogno di un segnale di qualità inferiore rispetto a quello fornito dal calibratore, utilizziamo
pertanto un opportuno generatore RF e lo facciamo lavorare all´estremità superiore della sua banda, 1GHz , impostando una
frequenza d´uscita pari a 0dBm. |
Sulla analizzatore di spettro settiamo una RBW pari a 100Hz e ciò che osserviamo sono dei massimi relativi che si muovono
lungo la campana, essi sono proprio dovuti alla modulazione FM residua del generatore RF. |
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Al fine di ridurre le fluttuazioni statistiche del segnale e del rumore utilizziamo sia il filtro video passabasso, il cui scopo è
sostanzialmente di eliminare il ripple introdotto dal rivelatore di inviluppo, che la media video la quale effettua una media dei
valori ottenuti su più spazzolate del range di frequenze impostato. |
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Ricordando che questo strumento suddivide il range in 1000 celle vediamo ora l´effetto delle diverse modalità di
visualizzazione in particolare osserviamo che nella modalità Sample il rumore presenta delle fluttuazioni nel tempo, nella
modalità Pos Peak esso viene sovrastimato mentre nella modalità Neg Peak viene sottostimato, infine nella modalità Normal
che corrisponde alla Rosenfell abbiamo che al rumore è associata una striscia continua in quanto per ogni cella vengono
presi due valori, quello in uscita dal detector Pos Peak e quello in uscita dal detector Neg Peak.
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Impostiamo ora lo span completo, da 10kHz sino a 26.5GHz , ciò che si nota è che al di sotto dei 2.7GHz non si ha nulla,
nemmeno il rumore, ciò è dovuto al fatto che la architettura della macchina prevede due cammini diversi a seconda della frequenza ,
in particolare da 10kHz a 2,9 GHz si utilizza un determinato ramo mentre da 2.7Ghz a 26.5GHz tale ramo viene bypassato,
ciò implica che se avessimo voluto vedere l´intero range, ad ogni spazzolata avremmo dovuto avere una commutazione di
uno switch RF che pertanto ben presto si sarebbe rotto.
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Da questa misura a span completo si osserva inoltre la presenza di 4 diversi scalini creati dal rumore, ciò è dovuto al fatto che per
coprire l´intero range vengono utilizzate le armoniche del mixer sino alla quarta, e dato che il guadagno di conversione del mixer
stesso decresce al crescere del numero della armonica considerata, per garantire il guadagno unitario alla analizzatore
di spettro vengono inseriti in maniera automatica degli amplificatori IF che però come visto precedentemente aumentano il
livello del rumore.
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Utilizziamo ora il generatore RF nella sua veste di modulatore AM , sul display oltre alla portante abbiamo due picchi corrispondenti alla Upper Side Band ed alla Lower Side Band , ampliando la RBW facciamo in modo che essi vengano assorbiti dalla campana corrispondente, a questo punto settando lo span 0 siamo in grado di vedere il segnale demodulato così come si vedrebbe su di un oscilloscopio tranne che per la assenza di sincronismo che porta il segnale a scorrere sullo schermo. |
4) Misure sul segnale a 5GHz proveniente dal generatore RF Per questa misura utilizziamo un generatore di segnale RF sweppato operante nella banda 10MHz ¸26.5GHz , in particolare gli richiediamo un segnale a 5GHz e 0dBm mentre sulla analizzatore di spettro settiamo un range di frequenze da 3GHz a 20GHz , ciò che osserviamo oltre al segnale a 5GHz è la presenza di risposte multiple, ce ne sono ovunque, identifichiamo soltanto la prima posta a 4.3GHz ossia a distanza di circa 2fIF in quanto per queste frequenze si utilizza la seconda armonica della oscillatore locale. Un´ulteriore osservazione è che le risposte multiple hanno potenza maggiore al crescere della ordine n della armonica della oscillatore locale a cui sono dovute, ciò è dovuto al discorso precedentemente fatto riguardo alla necessità di una amplificazione maggiore al crescere di n in quanto il guadagno di conversione del mixer diminuisce mentre il guadagno della analizzatore di spettro deve rimanere unitario pertanto vengono inserite amplificazioni sempre maggiori. Le risposte multiple possono essere eliminate in due diverse modalità : |
a) realizzando il test sull´immagine che consiste nello spostare sia in basso che in alto il valore della oscillatore locale di un opportuno multiplo della fIF a seconda della armonica considerata |
b) Utilizzando il preselettore come inconsciamente si era fatto in precedenza, in questo modo tuttavia si ha un innalzamento del livello del rumore che specie nella fascia alta del range di frequenze disponibili raggiunge livelli decisamente elevati. |