Generatori HF altamente performanti

Dopo essere entrata con notevole successo nel mondo HF con i suoi analizzatori di spettro da 1,5 e 3 GHz, Rigol compie un ulteriore passo in avanti nel campo dei generatori di frequenza. La gamma di frequenza coperta dal generatore di nuova introduzione inizia a 9 kHz e si spinge sino ai 6 GHz, rispettivamente con i modelli DSG3030 (3 GHz) e DSG3060 (6 GHz). Il generatore di segnali può essere impiegato come sorgente di un segnale sinusoidale HF puro (CW) oppure come sorgente di modulazione analogica. In aggiunta sono disponibili opzioni aggiuntive per la modulazione digitale I/Q e di conseguenza quelle impulsive a treni di impulsi. La stabilità in frequenza è inoltre ulteriormente incrementata da un oscillatore a cristallo di grande accuratezza. Oggi, lo sviluppo di sistemi in alta frequenza richiede progettisti molto più specializzati di quanto fosse necessario nel passato. Una tendenza risultante da questo approccio è che durante la fase di sviluppo i sistemi sono divisi in progetti separati ed indipendenti. Ciascun progetto, entro uno specifico campo, è quindi gestito da uno specialista che si concentra esclusivamente sulla sua area. Oltre al vantaggio che ciascuno può lavorare in modo più specifico sulla sua parte, c’è un altro beneficio importante: la parallelizzazione dello sviluppo. Allo scopo dunque di consentire a ciascun gruppo di lavorare individualmente e indipendentemente è quindi indispensabile definire precise interconnessioni tra i progetti. Si deve definire come il gruppo di lavoro può verificare lo sviluppo del progetto e delle interconnessioni. Riferendosi in special modo a queste interconnessioni, un generatore di segnali estremamente versatile può essere la carta vincente. La sorgente di segnali HF perfetta è capace di generare tutti i segnali complementari, anche quelli non ancora disponibili dagli altri progetti, e quindi consente di portare a termine l’integrazione del sistema in uno stadio successivo. In questo articolo è usato come esempio di questo tipo di approccio lo studio di un telefono cellulare. Inizialmente si farà riferimento a un diagramma a blocchi semplificato, così da avere una panoramica dei blocchi funzionali. Il sistema può essere diviso in due blocchi principali: la parte in alta frequenza e la parte in banda base. Di seguito ci si concentrerà sulla parte HF. Si potranno così esaminare molte possibilità d’impiego per un generatore HF. Il front-end RF di un telefono cellulare comprende i filtri, gli amplificatori, i mixer e i moduli I/Q. Ciascuno di questi componenti deve essere verificato e misurato separatamente.

RF-Front-end

Il modo migliore per caratterizzare o analizzare i filtri è impiegare un analizzatore di rete o un analizzatore di spettro con integrato un generatore di tracking. Con l’impiego di un analizzatore di rete vettoriale si ha il vantaggio di potere misurare, oltre all’attenuazione della banda passante e della banda di reiezione e dei parametri della frequenza, anche la risposta di fase e il ritardo di gruppo. Iniziamo a considerare le possibili applicazioni inerenti le misure che possono essere eseguite sul mixer. Il generatore di segnali HF può essere impiegato sia per sostituirsi all’oscillatore locale, sia come sorgente di frequenza intermedia o radio frequenza. Per potere misurare le prestazioni del mixer è necessario avere in aggiunta anche un analizzatore di spettro o almeno un misuratore di potenza con annesso un filtro passa banda. Quali sono le misurazioni più importanti su un mixer e quali sono le specifiche e le funzioni indispensabili di una sorgente di segnali? Una lettura delle specifiche tecniche di un mixer mostra due ulteriori parametri, oltre alla gamma di frequenza, che sono importanti nella corretta selezione del mixer. Innanzi tutto le perdite di conversione e quindi l’isolamento porta-porta. Altri parametri basilari sono il Vswr e l’IP3. Per mantenere questo articolo ad un livello non troppo approfondito, si considererà solo un esempio delle possibili misure su di un mixer - la misura delle perdite di conversione. Questa è una specifica che mostra l’efficacia di un mixer. Questo parametro è specificato come la differenza tra la potenza IF ed RF. Si faccia riferimento al disegno seguente. La stabilità in frequenza, il basso rumore di fase e l’elevata accuratezza del livello di uscita sono caratteristiche molto importanti per la sorgente si segnale. Di conseguenza il generatore DSG3000 di Rigol offre l’opzione Oxco (oscillatore controllato temostaticamente ad alta stabilità con 5ppb) e l’opzione Pmc (Power meter controller) per eliminare gli errori del livello del segnale in uscita. I mixer sono caratterizzati dal livello del segnale di ingresso richiesto dall’oscillatore locale; per esempio si possono trovare etichettati come Livello 7 o Livello 17 o Livello 23. Per misurare questi mixer il generatore HF utilizzato deve essere in grado di produrre un segnale LO sufficientemente elevato. Il generatore DSG3000 di Rigol grazie alla sua uscita sino a 25 dBm è idoneamente equipaggiato per questa esigenza.

Il ruolo dell’amplificatore

La prossima parte su cui si vuole porre l’attenzione è l’amplificatore. Anche qui si devono misurare e specificare svariati parametri per garantire una trasmissione dati affidabile e senza distorsioni. Oltre alla gamma di frequenza e al guadagno, sono parametri molto importanti sia il punto 1-dB-compression, che il comportamento in intermodulazione che l’adattamento dell’impedenza di ingresso e uscita a 50 Ω per l’intera gamma specificata di frequenza. Come in precedenza ci si avvarrà di un esempio per mostrare come un generatore di segnali RF possa essere impiegato per le misure su di un amplificatore di potenza. Il punto 1-dB-compression definisce il punto in cui l’amplificatore di potenza cessa il suo comportamento lineare ed inizia a divenire non lineare. Questo punto è specificato come la posizione dove la potenza di uscita reale misurata differisce di 1dB dall’estrapolazione teorica lineare. La caratteristica di consentire uno sweep del livello del segnale di uscita in una gamma ben specifica di frequenza unita all’accuratezza del segnale stesso sono parametri veramente importanti. Con l’aiuto dell’opzione Pmc è possibile eseguire una calibrazione del segnale in uscita prima di procedere con il test. Questa opzione consente il controllo di un Power Meter Usb che è connesso direttamente al generatore. Il valore di potenza reale misurato è quindi memorizzato entro il DSG3000 e sarà utilizzato durante il test per correggere il livello del segnale di uscita così che sia garantita all’ingresso del dispositivo in prova l’ampiezza di segnale voluta.

La sezione in banda base

Abbandoniamo ora il front-end RF e spostiamoci verso la sezione in banda base. Oltre ad alcuni filtri qui troviamo il modulatore I/Q nel circuito di trasmissione e un demodulatore I/Q nel circuito di ricezione. Questo è indicativamente il confine tra la parte analogica e quella digitale del sistema. L’uscita del modulatore I/Q nel circuito di trasmissione è la somma di due segnali modulati in fase (talvolta modulati contemporaneamente anche in ampiezza). Ciò spesso si trova a una frequenza IF intermedia. Gli ingressi sono due segnali digitali (I e Q). Il circuito del ricevitore divide il segnale IF in due segnali che saranno in seguito demodulati in un flusso di dati digitali. Il test e le verifiche di questi moduli richiedono molte più funzioni della semplice generazione di segnali ad ampiezza costante o di segnali di uscita modulati. È indispensabile essere in grado di generare e porre in uscita segnali digitali I e Q in banda base. Addizionalmente dovrebbe esservi la potenzialità di fornire in uscita segnali I/Q-IF a frequenza intermedia. Proseguendo oltre nella sezione digitale, sarebbe un vantaggio potere immettere nel generatore segnali I e Q in banda base che provengono dal circuito di elaborazione digitale di segnale del telefono cellulare per generare e porre in uscita segnali I/Q-IF a frequenza intermedia. Per consentire con semplicità la programmazione di differenti segnali base I/Q, Rigol fornisce gratuitamente assieme all’opzione DSG3000 -I/Q il software chiamato Ultra IQ Station. La larghezza di banda di modulazione IQ dei segnali I e Q del DSG3000 è 30 MHz quando si impiega la modulazione interna, ed è di 60 MHz quando si usa la modulazione esterna. Ciò significa che con la modulazione esterna il segnale I o Q in bada base può avere 60 MHz; i segnali RF-I/Q potranno avere 120 MHz.

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