Analizoare de spectru1CONINUT

1 Analizorul de spectru. Noiuni fundamentale.....................................31.1 Atenuatorul RF........................................................................................41.2 Filtrul trece jos sau preselectorul.............................................................................51.3 Acordul analizorului.................................................................................51.4 Rezoluia de frecven............................................................................71.5 Timpul de baleiaj.....................................................................................91.6 Tipuri de detectoare................................................................................111.7 Filtrarea video.........................................................................................191.8 Medierea trasei.......................................................................................232 Zgomotul.........................................................................................................242.1 Determinare Noise factor......................................................................293 Nelineariti....................................................................................................313.1 Distorsiuni pentru un semnal unic la intrare.........................................333.2 Distorsiuni pentru 2 sau mai multesemnalela intrare.................................293.3 Exemple practice..................................................................................3624 Preamplificatoare / Atenuatoare...............................................................374.1 Exemplu de calcul...................................................................................375 Identificarea produselor de intermodulaie.............................................386 Punctul de compresie de 1 dB...................................................................417 Gama dinamic ..............................................................................................428 Aplicaii practice..........................................................................................438.1 Monitorizarea frecvenelor din spectrul radiodifuziune FM....................438.2 Monitorizarea frecvenelor din spectrul radiodifuziune TV......................458.3 Metod de msur a deviaiei de frecven..........................................478.4 Construcia mtii spectrale de msur a benziiFMocupate ...............498.5 Construciai aplicareamtii demsurpentruanalizorul Agilent E4402 B..................................................................................................508.6 Construcia i aplicarea mtii de msur pentru analizorulR&S FSL6 .569 Msurarea cmpului electromagnetic...............................................5710 Incertitudinea de msur.................................................................601. Analizorul de spectru. Noiuni fundamentaleTehnologia modern de aziface posibil implementarea circuitelor analogicecu circuite digitale. Este foarte util nelegerea arhitecturii i a funcionrii analizoarelor de spectru clasice, constituind un punct de plecare pentru clarificarea capabilitilor i avantajelor analizoarelor moderne.3Fig.1 Schema bloc a unui analizor de spectru clasic superheterodin.n fig.1 este prezentat schema bloc a unui analizor tip superheterodin. Semnalul deintrarevatreceprintr-unatenuator, urmat deunfiltru trece jos(sevavedeancontinuareutilitateaacestui filtru), urmatde etajulmixer. Semnalul sinusoidal al oscilatorului local (OL) se va mixa cu semnalul de intrare. Mixer-ul fiind prin excelen un etaj nelinear, la ieire vor apare semnalele originale, armonicele acestora,sumele i diferenele armonicelor. Datorit prezeneifiltrelor de frecven intermediar, vor fi selectate i amplificate (eventual pe o scar logaritmic), toate semnalele din banda de trecere a F.I. Semnalul de la ieirea detectorului de anvelop, mpreun cu un semnalramp (care sincronizeaz i OL), se aplic simultan display-ului. Semnalul ramp creeaz micarea orizontal a spot-ului pe ecran, de la stnga la dreapta. Afiarea semnalelorsefacentr-undisplaygraticular, XY. Axaorizontaleste calibratlinearcufrecvenaanalizat. Setareafrecvenei deanalizse facendouetape. Pentrunceputseseteazfrecvenagrilei centrale, apoi se seteaz gama frecvenelor de analiz (span). Aceste reglaje sunt independente, astfel nct, dac se modific frecvent central, span-ul nu se modifica. Alternativ, se pot seta direct frecvenele de start i stop.Axa vertical este calibrat n amplitudine. Se poate selecta ntre o scal linear sau logaritmic,n dB. Scala logaritmic permite vizualizarea simultan a unei dinamici de 70 ..100 dB (raporturi de 3200 100.000 n tensiune, sau 10.000 000 10 000 000 000 n putere). Scala linear este utilizat pentruodinamicde20.. 30dB(raporturi de10.. 32n tensiune).Nivelul dereferin,grid-ul superior, reprezint valoarea absolut generat de circuitele de calibrare. Astfelse pot face msurri absolute ale nivelului sau msurri relative ale diferenei ntre dou semnale.4Fig.2 Display-ul unui analizor tipic.1.1 Atenuatorul RFPrima parte a unui analizor de spectru o reprezint atenuatorul de intrare. Rolul lui constnasigurarealaintrareamixeruluiaunui nivel optim pentru prevenirea suprancrcrii, compresului ctigului i apariia distorsiunilor. Datoritfaptului catenuarealaintrareestei uncircuit protectival analizorului, setarealui sepoatefacei automat, avndca element de comparaie nivelul de referin.Selecia manual a atenurii se poate face n step de 10, 5, 2 dB sau 1dB. nfig.3 este unexemplu de atenuator cuvaloarea maxim a atenurii = 70 dB i increment de 1 dB. Condensatorul serie are rolul de a bloca componenta CCsau prezenta unui offset CC n semnalul RF. Prezena condensatorului de separare este benefic, dar limiteaz frecvenele joase, n anumite cazuri la 9 kHz.Pentru analizoarele performante, existposibilitateaconectrii unui semnal referinde amplitudine, utilizat de ctre analizor pentru calibrare automat.Fig.3 Atenuatorul RF intrare.51.2 Filtrul trece jos sau preselectorulPrezena la intrare a unui FTJ sau preselector are rolul de evita saturarea mixerului cu semnal din afara benzii de analiz i reducerea riscului de a interpreta produsele de intermodulaie proprii ca semnale reale. Preselectorul eteconstituit dintr-unfiltru acordabil i seutilizeazde obicei peste 1 GHz.1.3 Acordul analizoruluiAcordul analizorului pe frecvena central de interes reprezinta de fapt o funcie a frecvenei centrale a filtrelor de frecven intermediar, implicit acordul OL. Avnd n vedere necesitile de rejecie a frecvenei imagine, se prefer selecia semnalului sum dintre OL i semnalul analizat, semnal care este egal cu frecvena central a filtrului IF.Spresupunemcdorimrealizareaunui SA(Spectrumanalyser) cuo band a semnalelor de intrare 0 3 GHz. Stabilim frecvena intermediara, IF = 1 GHz.Observm c valoarea IF se regsete i n gama frecvenelor de intrare. Din acest motiv, dac la intrare se aplic 1 GHz, acesta se va regsi i la ieirea din mixer, va trece prin filtrul IF, genernd un semnal constant pe display, indiferent de reglajul OL. Dac valoarea IF este sub cea mai nalt frecven din spectrul de intrare, ca rezultat imediat, putemtrage concluzia c valoare IF = 1 GHz nu este recomandat pentru IF. Evident, frecvena intermediar va trebui s fie n afara benzii de analiz.Ecuaia de acord a analizorului se poate scrie:semnal OL IFF F F OL semnal IFF F F +La analizoarele Agilent pna la 3 GHz, frecvena intermediar = 3.9 GHz. Pentru a determina frecvena oscilatorului local, necesar pentru acordul analizorului pe frecvena minim, medie i maxim (de.ex: 1 kHz, 1,5 GHz i 3 GHz), se pot rescrie ecuaiile de acord:LOLOLOF =1kHz +3.9 GHz =3.900001 GHzF =1.5GHz +3,9GHz =5.4GHzF =3GHz +3,9GHz =6.9GHzFig.4 ilustreaz acordulanalizorului.OLF nu este att demare pentru ca produsele de mixajOL semnalF - Fs intre n banda de trecere a frecvenei intermediare, deci nu va avea loc un rspuns pe display. Dac se ajusteaz generatorul de ramp astfel nct s se acorde mai sus, 6produsele de mixaj vor intra n banda de trecere a IF n acelai punct al rampei (sweep-ului), i va fi afiat pe display.Fig.4 Oscilatorul local va fi acordat pe IF semnalf +fpentru a produce un rspuns pe display.Deoarece generatorul de ramp controleaz att poziia orizontal a trasei ct i frecvena OL, se poatre calibra aza orizontal a display-ului n frecvena semnalului de intrare.Cesevantmpladacfrecvenasemnalului deintrare=8.2GHz ? Oscilatorul local sepoateacordantre3.97GHz. LaOLF = 4.3 GHzexist un produs de mixaj (8.2 - 4.3 =3.9 GHz), care va intra n IF, crend astfel un rspuns pe display. Ecuaia de acord va deveni semnal OL IFF =F +F . Aceast ecuaie denot faptul c arhitectura prezentat n fig.1 este valabil i n domeniul de acord ntre 7.8 10.9 GHz, numai n condiia prezeneila intrarea mixerului a acesteibenzia semnaluluide intrarea. Apare evident n acest caz utilitatea instalrii filtrului trece jos la intrarea de semnal a analizorului.Concluzii: pentruunanalizor despectru, frecvenaintermediarvafi superioar celei mai mari frecvene de intrare; de asemenea flitrul trece jos va trebui s fie eficient i cu suficient atenuare a frecvenei intermediarepentruapreveni rspunsuri falsendomeniul frecvenelor imagine. Pentru separarea semnalelor foarte apropiate,unele tipuride analizoare sunt dotate cu filtre IF avnd valori de 1 kHz, 100, 10 sau chiar 1 Hz. Astfel de filtre sunt greu de realizat practic la o valoare a frecvenei intermediare =3,9GHz. Rezolvareaproblemei const ninstalareaa2.. 4etaje suplimentaredemixarei IF. nfig.5seprezintarhitecturaunui SA modern. n acest caz, ecuaia de acord se scrie:7semnal OL1 OL2 OL3 finalIFF F (F F F ) + + deci:OL2 OL3 finalIFF F F 3.6GHz 300MHz 21.4MHz 3.9214GHz + + + + = valoarea primei frecvene intermediareFig.5Utilizare etaje suplimentare de mixare i IF.1.4 Rezoluia de frecven ( Frequency resolution)Rezoluia de frecven reprezint abilitatea analizorului de a separa dou semnale deintrare n rspunsuridistincte.Dup Fourier,un semnalpur sinusoidal este monocromatic i energia lui va fi distribuit pe o singur frecven. Dousemnaleaplicatelaintrarevor fi redatecadoulinii separate pe display. Problema care se pune este ct deapropiatepot fi frecvenele de intrare astfel ca rspunsul pe diplay s fie redat tot ca dou linii spectrale lizibile.Datorit faptului c semnalul de intrare este fix iar oscilatorul local este de tip ramp (baleiaj), produsul de mixaj va fi distribut peste semnalul ramp. Peecrantrasavaurmri defapt formacaractersisticii (filter shape) a filtrului IF. Evident, rezoluia de frecven va fi determinat de cel mai ngust filtru IF.Fig.6Produsul de mixaj este baleiat peste filtrul IF; de fapt pe display va aprea forma caracteristicii filtrului IF (filter shape).8Unalt parametrudinspecificaiileanalizorului, strnslegatderezoluia filtrelor este, selectivitatea n band (bandwidth selectivity) sau factorul de form al filtrului (shape factor). Pentru analizoarele de tip Agilent, selectivitateaestengeneral specificatcaraport ntrelrgimeade bandafiltrului IFla60dBi 3dB.Filtreleanalogiceutilizateaun general 4 poli i o caracteristic aproximativ Gaussian.Fig.7Selectivitatea, raportul dintre lrgimea de band la 60 dB i 3 dB.Exemplu: Ce band de rezoluie (resolution bandwidth - RBW) vom selecta, pentru a putea vizualiza un semnal care difer cu 4 kHz i 30 dB, fa de frecvenacentral, asumndoselectivitatenbandaanalizorului de 12.7:1(filter shape) ?Pentru a calcula rejecia semnalelor mari, cnd analizorul este acordat pe un semnal lateral, de amplitudine mai mic, va trebui s lumn consideraienubandantreagci diferenadintrefrecvenacentrala filtruluipn la punctulconsiderat de pe palierulcaracteristicii.Pentru a determina ct dedeparte este este un punct de pe caracteristic, pentru un anumit offset de frecven, se utilizeaz relaia:2F 10 0H 10 N f f 1 +( )( ) log [( / ) ]Unde : FH( ) = rejecia datorat caracteristicii filtrului, dB; N = numrul de poli ai filtrului;

f = diferenta dintre punctul de pe caracteristic i frecvena centrala, Hz;9 01 NRBWf2 2 1/;Daca N=4 i f=4000 Hz, pentru un RBW=3000 Hz vom obine:01 43000f 3448 442 2 1/, Rejecia filtrului selectat la 4 kHz va fi:24000 10H 10 4 4000 3448 44 1 14 8dB( )( ) log [( / . ) ] . + Valoarea obinut este suficient pentru a discerne semnalul mai mic pe display: Fig.8Utiliznd un filtru cu RBW=3kHz, semnalul mai mic aflat la 4 kHz nu este lizibil; cu un filtru cu RBW=1 kHz, semnalul este lizibil..Dac utilizm un filtru IF cu RBW=1 kHz, obinem:01 41000f 1149 492 2 1/, 24000 10H 10 4 4000 1149 49 1 44 7dB( )( ) log [( / . ) ] . + 101.5 Timpul de baleiaj ( Sweep time)Rezoluia de frecven afecteaz timpul de baleiaj datorit faptului c filtrele IF sunt circuite cuband limitat, care necesit un timp finit pentru ncrcare descrcare. Dac produsele de mixaj sunt baleiate prea rapid, va avea loc o anumit pierdere de amplitudine a semnalului pe display.Fig.9Un sweep time prea rapid poate cauza o pierdere de amplitudine i o modificare a frecvenei indicate.Timpul de staionare a produsului de mixaj n banda de trecere a filtrului analog este dat de relaia:_ _ _ _/RBW RBWSTTimpul in banda de trecereSpan ST Span Unde :RBW = banda de rezolutie;ST= sweep time;Pedealtparte, timpul decretere(risetime) afiltrului esteinvers proporional culrgimeadebandi, dacincludemoconstantde proporionalitate, k, atunci:11kRise _ timeRBWde unde:k RBW STRBW Span deci:2k SpanSTRBWDeobicei, valoarealui k=2..3pentruanalizoareledotatecufiltrecu acord sincronizat.Mesajul transmis derelaiiledemai sus estedestul deimportant, i anume: o modificare a rezoluiei induce un efect dramatic asupra sweep time. Majoritatea analizoarelor au secvene de tipul 1, 3, 10 sau ca raport, egal cu cca. 10. Ca o consecin imediat, timpul de baleiaj (sweep time) este afectat cu un factor de 10 pentru fiecare schimbare cu un pas (step) a rezoluiei.Analizoarele moderneschimb automat sweep time cu modificrile span-ul i a benzii de rezoluie, avnd ca motivaie meninerea calibrrii display-ului. Dac sweep time este mai mare dect maximul disponibil, pe display va aprea n partea dreapt a ecranului mesajul Meas Uncal .Filtreledigitalederezolutieauunefectdiferit asuprasweeptime dect filtreleanalogice, prezentatemai sus. S-aconstatat ocreterea vitezei de analiz de 2 4 ori mai mare. Mai mult, pentru filtrele bazate pe FFT(fast Fourier transform),semnalul deanalizesteprocesat n blocuri de frecven. De exemplu, dac blocurile de frecven au 1 kHz i selectnd RBW = 10 Hz, ca efect, analizorul va procesa n timp real datele din fiecare bloc de 1 kHz printr-o serie continu de 100 filtrri de 10 Hz. Presupunnd c procesarea digital este instantanee, ne ateptm la un factor dereducerede100ori asweeptime-ului. Practic, factorul de reducere este mai mic, dar rmne totui semnificativ.1.6 Tipuri de detectoare Display-urile moderne ale analizoarelor de spectru sunt digitale. Ce semnale se vor trimite pentru activarea fiecrui data point al ecranului? Fiecarepunctvatrebui sreprezinterezultatul digitizrii unei benzi de frecven ntr-un anumit interval de timp.Fig.10Cnd se digitalizeaz un semnal analogic, ce valori vom afia pe display?12Ca principiu, datele sunt decupate n intervale (bucket), crora li se aplic anumiteprocesematematicepentruaextragebit-ul deinformaiede interesdinsemnalul deintrare. Acestedatesunt memoratei trimise ctre display, cea ce permite o mare flexibilitate n prelucrarea datelor. n continuare se prezint 6 tipuri de detectoare utilizate la analiza spectral.Fig.11Fiecare din cele 101 puncte ale trasei acoper un span de 100 MHz i 0.1 mS din timpul de baleiaj.Conform figurei de mai sus, fiecare interval conine date din frame-ul de baleiaj, determinate astfel:Frecvena:lrgime interval = span / (nr. ne puncte din tras 1)Timp: lrgime interval = sweep time / (nr. puncte din tras 1)Durata de eantionare a semnalului difera de la instrument la instrument, dar o acuratee bun se obine micornd span-ul i/sau crescnd timpul de baleiaj, inclusivlaanalizoarelecuIFdigitalizat cualgoritmspecial de interpolare, proiectat s echivaleze cu procesarea continu a semnalului.Noiunea de interval (bucket gleat, cup, interval) este important i pot fi difereniate 6 tipuri de detectoare: Sample; Positive peak (sau simplu peak); Negative peak; Normal; Average; Quasi peak;13Funcionareaprimelor 3tipuri dedetectoare, sample, peaki negative este simplu de neles i sunt reprezentate vizual n fig.12.Fig.12Punctele de pe tras salvate n memorie conform tipului detectorului selectat.Pentru claritate, revenimla ntrebarea cumreprezentmun semnal analogutilizndtehnicadigitali sanalizmsituaiadinfig.10, un display care conine doar zgomot i o singur purttoare.Sample detectionPresupunemcselecmvaloareainstantaneeaunui punct dincentrul fiecrui interval (fig.12). Aceasta reprezint modulsample detection.Pentru ca trasa de pe ecran s par continu, se proiecteaz un sistem care deseneaz vectori ntre aceste puncte.Fig.13Modul sample detection utiliznd10 Fig.14 Mai multe puncte utilizate produc puncte pentru a afia semnalul din fig.10 o imagine mai apropiat de cea analogic.Cu ct vom avea maimulte puncten tras, cu atit maimult replicape displayasemnalului analogicdeintrarevafi mai bun. Numrul de punctedindisplayvariazfunciedetipul analizorului.Laanalizoarele Agilent ESA&PSAnumrul minimdepuncte=101, maxim=8192 puncte.Modulsampledetectionestebunpentruafiareazgomotului aleator, dar nu este indicat pentru analiza semnalelor sinusoidale. Modulsample detectionnu prinde toate semnalele i nu va reflecta valoarea peak-ului adevrat a semnalului afiat. Dac RBW selectat este mai mic dect 14intervalul utilizat pentrusample, modul dedeteciesamplepoateafia rezultate eronate.Fig.15 Modul samplePeak (positive) detectionSoluiapentruafiareatuturor vrfurilor dinsemnal esteraportareala amplitudinea adevratasemnalului aplicat, respectiv afiareavalorii maxime relevat n fiecare interval de eantionare. Acesta este modul de detecie positive peak (Fig.16). Fig.16 Modul de detecie peak15Negative peak detectionAcest mod afieaz valorile minime relevate din fiecare interval de eantionare. Pentru testele EMC este foarte utilacest mod, n special la aplicaiile care necesit separarea valorii CW de semnalele impulsive.Normal detectionPentru o bun vizualizare a semnalelor de tiprandomnoise, fr problemele deafiareamoduluipeakisample, modulnormalde detecieechipeazmajoritateaanalizoarelor despectru(menionmc acest mod este denumit i rosenfell de fapt este descrierea unui algoritm caretesteazdacsemnalulroseandfell-seridicicoboar, n intervalul de eantionare).Dacunsemnal, vaaveavrfuri pozitivei negative, unnumrparde puncte vor afia vrfurile pozitive iar un numr impar de puncte vrfurile negative din intervalul de eantionare (Fig.17).Fig.17 Modul de detecie normal i sampleCe se va ntmpla dac se aplic la intrare un semnal sinusoidal?Produsele de mixaj trec prin filtrele IF iar analizorul va afia practic forma caracteristicii acestor filtre. Dac caracteristica filtrelor (filter shape) este repartizat (spread) n anumite puncte ale display-ului, va apare situaia n care semnalul afiat ori numai va crete iar produsele de mixaj vor aproximafrecvenacentralafiltrelor, i naltepunctealedisplay-ului numai vor scdea, iar produsele de mixaj se vor deplasa spre dreapta fa de frecvena central a filtrelor. n alte cazuri, vrfurile pozitive i negative se vor schimba n aceeai direcie; conformalgoritmului de detecie normal, va fi afiat valoarea maxim n fiecare interval de eantionare (Fig.18).Ce se va ntmpla dac banda de rezoluie a filtrelor este ngust, relativ la intervalul de esantionare?16Normal, semnalul vaaveacreteri i scderi peduratasemnalului de eantionare. Dacpeduratadeeantionarevorfi acumulateunnumr impardepuncte, esteOK. Maxim-ul nregistrat peeantionestepuri simplu afiat ca punct urmtor.Dac numrulnregistrat este par, va fi afiat minim-ul. Funcie de raportul dintre RBW i durata de eantionare, valoarea minim poate diferi de valoarea minim adevrat.Fig.18 Modul de detecie normal va afia valorile maxime din intervalul de eantionare, atunci cnd semnalul de intrare ori numai crete sau numai scade.La extreme, cnd intervalul de eantionare este mult mai larg dect RBW, diferena dintre valoare maxim i minim din interval va fi chiar diferena dintre positive peak al semnalului i noise (Fig.19)17Fig.19 Punctele din tras selectate pentru detecia normal.nintervalul nr.6 din fig.19, valoarea peak-ului precedent este comparat cu peak-ul curent. Valoarea mai mare, rezultat n urma compaiei va fi afiata n intervalul 7, dac numrul curent este impar.Algoritmul deteciei normale: n intervalele pare se afieaz minimele (negative peak); maximele sunt memorate; n intervalele impare se afieaz maximele (positive peak) valori determinate prin comparaia peak-ului curent cu cel precedent(memorat); Dac semnalul numai crete sau scade n intervalul curent, se afieaz valoarea peak-ului;Procesul menionat poate cauza un offset al valorii maxime spre dreapta, dar procentul este foarte mic, acceptabil.O eroare previzibil este aceea n care sunt afiate dou vrfuri, cnd de fapt exist una singur. Acest tip de eroare apare cnd se seteaz un RBW prea mare (fig.20).Fig.20 Dac RBW este prea mare, pot apare dou maximen concluzie : modul peak detection este util pentru vizualizare semnalelor CW n zgomot; sample detection este util pentru vizualizarea zgomotului;18 modul normal este util pentru vizualizare semnale + zgomot;Average detectionSchemele moderne de modulaie digital utilizeaz caracteristici ale semnalului asemntoaredistribuiei zgomotului. Modul sample detection nu poate evidenia corect semnalul modulat. De exemplu, dac msurm channel power pentru un semnal WCDMA, va trebui s utilizm integrarea rms. Msurtoareanecesitsumareaputerilornintervalul defrecvene selectat. Modul sample detection nu poate face acest lucru.Deoarece analizorul de spectru colecteaz amplitudinele de mai multe ori nfiecareinterval,sampledetectionvareinedoarunadintreacestea, renunnd la celelalte.Average detectionutilizeaz toate datele colectate n intervalul de timp (i frecven) asociat eantionrii curente. Cunoscnd circumstanele digitizrii, datele colectate se pot manipula oricum pentru a obine ce dorim.Anumite tipuri de analizoare se refer laaverage detector,ca un detectorrmscaremediazputerea(mediaptraticatensiunilor). Alte tipuri (Agilent, R&S) suntdotatecuaveragedetectorpentruputere, tensiune i logaritmic,avnd comenziseparate pentru selecia tipuluide average.Power (rms) averagemediaz nivelele rms prin extragerea rdcinii ptrate din suma ptratelor tensiunilor msurate n intervalul considerat. Power averageeste recomandat pentru msurarea semnalelor complexe, reprezentnd puterea medie corect.Voltage averaging mediaz linear tensiunele debitate de un detector de anvelop prin msurare n intervalul considerat. Acest mod este recomandatpentru observarea semnalelor modulate AM sau a semnalelor cu modulaie n impulsuri, radare sau TDMA.EMI detectorsO aplicaie important a moduluiaverage detectiono reprezint efectuarea msurtorile pentru depistarea interferenelor electromagnetice (EMI). n acest caz,voltage detection descris mai sus, se utilizeaz pentru msurarea semnalelor de band ngust mascate de zgomoteimpulsivedebandlarg. Acestmodutilizatninstrumentaia EMI va utiliza o detecie de anvelop urmat de un filtru trece jos cu o largime de band mult mai mic decn RBW-ul utilizat. Filtrulintegreaz (mediaz) frecvenele nalte, interpretndu-le ca zgomot. Pentru efectuarea msurtorii descrise cu un analizor care nu are aceast facilitate,se va seta analizoruln modullinear ise vaselecta un filtru video cu frecvena de tiere inferioar celei mai mici frecvene de repetiie a semnalelor de intrare (PRF pulse repetition frequency).Quasi-peak detector (QPD) este utilizat n msurtorile EMI i reprezint de fapt utilizarea unuipeak detectorcu o anumit caracteristic de ponderare. Ponderarea se refer la faptul c valoarea msurat scade cu rataderepetiieasemnalului deintrare. Astfel, deex., unsemnal n impulsuri cu o amplitudine data i o rata de repetiie = 10 Hz, va avea o 19valoare quasi-peak mai mic dect un semnal de aceeai amplitudine dar cu o rat de repetiie de 1 kHz. Acesta este raionamentul. Menionm c ponderarea se face cu circuite avnd constante de ncrcare descrcare bine definite de CISPR (International Comittee on Radio Interference).1.7 Filtrarea video (Video filtering)Discernareasemnalelor foarteapropiatedezgomot, pedisplay-ul unui analizor, avnd n vedere i caracterul distribuieiGaussiene a puteriide zgomot, uneori este o problem dificil, n special la determinrile EMI.Fig.21 Afiare semnal i zgomot.Pentru aceast procesare, analizorul dispune de un filtru video, de fapt un FTJ cu frecvena de tiere variabil. Frecvena de tiere a filtrelor video poate firedus la eantioanele ale cror lrgime de band este mai mica dect RBW-ul selectat al filtrelor IF. Cnd acestea apar, sistemul video nu poate urmri variaiile rapide ale ale anvelopei semnalului. Ca rezultat are loc o mediere, netezire a semnalului afiat.20Fig.22 Filtrare video a semnalului din fig.21Efectul este evident la msurarea zgomotului, n mod particular dac se utilizeaz un RBW larg. Reducerea benzii video este nsoit i de o reducere a variaiilor vrf la vrf a zgomotului. n figura de mai jos, gradul de reducere este funcie de raportul dintre banda video i banda de rezoluie. La rapoarte < 0.01, netezirea este evident. Fig.23 Efectul de netezire al diferitelor rapoarte VBW vs RBW ; 3:1; 1:10 i 1:100Dac se seteaz analizoruln modulde detecie positive peak, se poate ca:a. Dac VBV > RBW, modificarea RBW nu afecteaz evident fluctuaiile vrf la vrf ale zgomotului.21b. DacVBW 75kHzemitorul analizat nu respect deviaia maxim de frecven.56b) Conform recomandrii ITU-R SM.1268-1:Msurtoarea confirm depirea deviaiei maxime de frecven i a benzii ocupate4.Post FM101.1MHz(emitor SNRdotat cucircuitede control a deviaiei maxime!)a) Conform manualului de utilizare al Agilent E4402B:fmsurat = 134.6 / 2 = 5767.3 kHz< 75kHzemitorul analizat respect deviaia maxim de frecven.b) Conform recomandrii ITU-R SM.1268-1:Msurtoarea confirm respectarea deviaiei maxime de frecven ct i a benzii ocupate.Not: La anumite emitoare FM, datorit nelinearitilor etajului de modulaie FM, banda inferioar nu este egal cu banda superioar. Dinacestmotivesteobligatoriussemsoaredeviaiai banda ocupat cu ambele metode (metoda descris n manualul de utilizare al Agilent E4402B ct i cu metoda ITU-R SM.1268-1).58Dac deviaia maxim esteOK dar spectrulemis depete limita din stnga sau dreapta, emitorul are probleme cu liniaritatea etajului modulator.Un emitor trece testul dac att deviaia maxim i ncadrarea n masc sunt OK.Dac inem cont de erorile de msur inerente (eroarea de msur a analizorului, cable, etc), nivelul dedeciziepentrudemarareaunei proceduri de corecie (notificare, etc.) va fi de 85 KHz. Conformrec. ETSI ETR132, respectarea deviaiei maxime de frecven este absolut necesar deoarece: Alocarea frecventelor FM i rapoartele de protecie necesare pentru evitarea inteferentelor sunt calculate pentru o band ocupat corepunztoare deviaiei maxime; Rejecia filtrelor din combinoarele FM (n cazul staiilor co_site) sunt calculate pentru o band FM normal; depirea deviatieimaxime poate genera apariia intermodulaiilor extrem de periculoase, chiar n spectrul de aviaie.Determinareadeviaiei defrecvenconformGhidului de msurtori i programare a analizorului de spectru Agilent E4402B1. Se efectueaz o revenire la setrile de fabric: Preset, Factory Preset.2. Se cupleaz o anten de msur la analizor;3. nainte de a trece la demodularea semnalului FM se face o calibrare a analizorului:System, Alignments, Align Now, FM demod.4. Se introduce frecvena semnalului FM a crei deviaie de frecven urmez s fie msurat:FREQUENCY Channel, Center Freq, , MHz. 5. Se seteaz analizorul cu zero span n vederea analizei n domeniul timp:SPAN X Scale, Zero Span.Sweep, Sweep Time, 4, ms.6. Se utilizeaz regula lui Carson la calculul rezoluiei limii de band a analizorului pentru a capta intreaga band a semnalului FM analizat:59RBW = 2 x [ Deviaia maxim de frecven + Frecvena maxim de modulaie];BW/Avg, Res BW, 300, kHz. (RBW de 300 KHz se poate seta)7. Se pornete demodulatorul FM al analizorului:Det/Demod, Demod, FM.8. Se ajusteaz rezoluia pe axa vertical:AMPLITUDE Y Scale, Scale/Div, , kHz.9. Se calculeaz deviaia de frecven cu ajutorul markerilor i a funciilor minim si maxim hold:View Trace, Max Hold.Se ateapt pn cnd tresa se aplatizeaz i apoi:Marker, Delta, View/Trace, Min Hold.Valoareaafiatpeecransedividecu2, rezultatul reprezentnd deviaia de frecven a semnalului FM msurat.8.6Construcia i aplicarea mtii n cazul analizorului de spectru R&S FSL61. Construcia mtii pe analizorul de spectru Rohde & Schwarz FSL6:>MODE, Spectrum Analyzer>LINES, New60Secompleteaznumelemtii, eventualelecomentarii, semodific poziionarea pe axele X i Y de la Absolute la Relative i se introduc punctele constituente ale mtii cu ajutorulInsert. Se salveaz dup completare, masca urmnd a se regsi in domeniul LINES. Pentru a utiliza masca, selectm numele acesteia din domeniulLINES i bifm trasa pe care se face verificarea:>LINES, DEVIATIE FRECVENTA, Check Trace 1612. Condiii de msur conform ITU-R SM.1268-1:- nivelul semnal / interferen + zgomot trebuie s fie mai mare sau egal cu 50dB;- nu trebuie s apar interferene de tip impuls (precum cele provenite de la motoare cu scnteie);- pe durata a trei msurtori a cte 5 minute fiecare, emitorul analizat trebuie s emit programele sale uzuale. Msurtoriadiionale pot avea loc pentru a ne asigura ca postul de radio emite programe reprezentative;Exemplu:3. Reglajele analizorului de spectru conform ITU-R SM.1268-1:62- frecvena central (CF)=f0 (frecvena purttoare a emitorului FM);- RBW 10 kHz;- VBW 10 kHz;- span 340 kHz;- sweeptime 340 ms (1ms / kHz);- maxim hold;- atenuare in funcie de nivelul semnalului msurat.4. Instruciuni de msur:- se msoar semnalul postului de radio pe o perioad de 5 minute;- se urmrete analizorulin vederea observrii interferenelor impuls ce pot compromite msurtoarea;- se suprapune masca descris la punctul1 peste trasa rezultat in urma celor 5 minute de msur;- centrulaxeix a mtiitrebuie s corespund cu frecvena purttoarei postului de radio analizat;- se ajusteaz nivelul de referin astfel nct amplitudinea maxim msurat s nu intersecteze referina de 0 dB a mtii;- se observ dac trasa depete sau nu limita mtii.5. Concluzie:- dac trasa depete masca putem concluziona c deviaia de frecven a emitorului analizat este mai mare de 75 kHz.R&S FSL6 - Exemplu de post FM cu deviaia de frecven < 75 kHz:63R&S FSL6 - Exemplu de post FM cu deviaia de frecven > 75 kHz:Not:Acest material nuse substituie manualelor de utilizare a echipamentelor din dotare ; este doar completare a acestora.649. Msurare cmp electromagneticDirectivitate, ctig, arie efectiv i factorul antenei.Directivitatea i ctigul unei antene caracterizeaz cantitatea de energie concentrat ntr-o direcie dat. Directivitatea, d, este raportul dintre densitatea de energie,denp , n direcia dat i densitatea de putere care se poate produce izotrop, den isop.denden-isopd=p(1)Geometric, directivitatea se poate exprima:den24pd=EE d(2)undeEreprezintcmpulEM.Menionez cpentrudirectivitate se face referin numai la puterea din spaiul apropiat antenei i nu are legtur cu puterea la bornele antenei. Exist o pierdere de putere ntre bornele antenei i spaiul liber.Ctigul, g, include aceste pierderi; ctigul reprezint intensitatea cmpului produs n direcia dorit de puterea de intrareinp n anten. Ctigul i directivitatea sunt determinate de eficien:g=d (3)unde: denin( 4p )g=P(4)Aria efectiva a antenei, ea, nu are legtur cu dimensiunile fizice ale antenei i se definete:2e ga =4(5)unde estelungimeadeundanspaiul liber. Dereinut cea are dimensiunea unei suprafee, 2m.Pentru o anten adaptat cu sarcina (intrarea unui receptor), puterea n sarcina loadpeste dat de densitatea de putere n free-space ea :load den ep =p .a (6)65Dac loadpare 50 ohm i densitatea de energie denp, n spaiul liber (377 ohm), obinem:2loadloadVp =50i:(7.a) 2spatiudenVp =377(7.b)Rescriem ecuaia (6) i obinem: _ ,22spatiuloadeVV=a 50 377(8)Trebuiemenionat cunitateademsurpentruloadV estevoltul, iar pentru spatiuVeste V/m (unitate de msur a cmpului EM). Aria efectiv exprimat n 2mconvertete densitatea de putere repartizata ntr-o arie n putere electromagnetica ntr-un circuit de o anumit impedan.n acest moment se poate introduce noiunea deantenna factor (factorul antenei), care se definete:2spatiu2loadVAF =V(9)Unitatea de msur pentru AF este 1/m. Rescriind ecuaia (8) pentru Zant = 50 ohmi, se obine: _ , e377 1AF =50 a(10)De menionat c ea este dependent de ctig i frecven; substituim ec.(5) n (6) : _ ,2377 4AF =50 g(11)Exprimnd frecvena n MHz, obinem: 1 1 ]122MHz8 2377 10 1AF = 4( f ) 50 ( 310 ) g(12)-3MHz1AF =1.0310 f g(13)numeric,( dB) MHz numericAF =-29.78+20log( f )-10log( g ) (14), n dB

( dB) MHz dBiAF =-29.78+20log( f )- g(14.1)66De reinut: n relaiile de mai sus, ctigul g este ctigul antenei referitor la antena izotrop;n dBi = n dBd+2.15 dB;Model matematicEfectuarea msurtorilor de cmp EM implic cunoaterea caracteristicelor tehnice aleaparaturii de msurutilizate.Pentrumsurareacmpului electromagnetic se utilizeaz urmtoarea configuraie a sistemului de msur: n acest caz, cmpul EM msurat se poate exprima : ) ( ) ( ) / ( ) ( ) / (0 0dB D dB P m dB K V dB U m V dB E t + + unde: Uo : tensiunea msurat la bornele aparatului de msurK : factorul de antenP :pierderi pe cablul de msurD : incertitudinea datorat dezadaptrilor de impedan i a erorilor instrumentului de msurParametrii care influeneaz rezultatele msurtorilor:Msurtoarea este influenat de elementele din interioruli din exteriorul sistemului de msur. Forurile internaionale propun o list, non exhaustiv, a acestor parametrii: Semnalul ambient ; Calibrarea factorului de anten ; Calibrarea atenurii cablului RF ; Specificaiile receptorului (analizorului) utilizat ; Variaia centrului de faz al antenei ; Interpolarea factorului de anten ; Dezadaptarea impedanelor ;Este posibil s se defineasc valori ale incertitudinii de msur pentru aproape toate cazurile. Metoda simpl este calculul incertitudinii generale n toat banda de msur, lund n consideraie valorile maxime ale incertitudinelor pariale. 67Banda de msur necesar i tipul detectorului utilizat:Bandaderezoluieaanalizorului (RBW- resolutionbandwith), vaaveao lrgimesuficientastfel nct sincludprileesenialeaspectrului de modulaie. De asemenea tipul detectorului utilizat va trebui selectat corespunztor caracteristicilor modulaiei. nERC RECOMMENDATION (00)08 sunt prezentate urmtoarele informaii :Tip semnal Banda minima (kHz) Functie detectorAM double side band 9 or 10 linear averageAM single side band 2.4 peakFM broadcast 120 or greater linear (or log) averageTV carrier 200 linear (or log) averageGSM signal 300 peakDAB signal 1500 r.m.sTETRA 30 peakRadiotelefon 12.5 kHz 7.5 linear (or log) average10. Incertitudine concepte de baz.StandardeleEMCincludspecificaii alevalorii cetrebuiescmsurate msurandul, i definesc metodele de msur. Concret, tensiunea RF va fi msuratcuunreceptor detest sauanalizor despectru, conectat la borneleunei antenecalibrate. Procesul demsuresteimperfecti va include erori de msur la rezultate. n consecin, rezultatul msurtorii va aproxima valoarea real a msurandului i va fi complet numai dac se specificincertitudineaaproximrii. Fiecaremetoddemsurconine cteva surse importante de incertitudine. Va trebui analizat fiecare surs i se vor atribui valori, astfel inct prin sumarea lor adecvat s se obin incertitudineatotal. ngeneral, sursaerorilor poatefintmpltoare (random)sausistematic. Erorile de msur apar direct datorit efectului de mprstiere ia erorilor sistematice. Niciodat o msurtoare nupoatefi efectuatncondiii identicei vor existatotdeaunavalori diferite. n consecin, crescnd numrul valorilor msurate, se poate calcula o valoare medie rezonabil a incertitudinii totale.68Efectul valorilor intimpltoare (random) i sistematiceErorile sistematiceapar atunci cnd un anumit parametru rmne neschimbatlarepetareamsurtorilori influeneazrezultatul (deex., eroarea de calibrare). Eroarea sistematic introduce un offset ntre valoarearealamsurandului i valoareamedieobinut. Esteposibil diminuarea acestui efect, dac erorile maxime ateptate sunt cunoscute, prin aplicarea unui factor de corecie a datelor obinute - dac nu, eroarea va fi inclus in bugetul total al erorilor.Bugetul incertitudinilorreprezint un listing al surselor erorilor, estimeazlimiteleindividualei distribuiaprobabilitii deapariie. La stabilirea acestei liste este necesar conoaterea metodei de msur i a parametrilor instrumentelor utilizate. Este indicat ca lista s fie mai mult inclusiv dect exclusiv chiar dac contribuiile individuale sunt neglijabile sau chiar zero, pentru a nelege corect semnificaia incertitudinii. Fiecare component va fi analizat i valorile vor fi sumate pentru a obine rezultatul final. La analiz,sursele de incertitudine sunt grupate astfel:Tip A: efectul mprtierii (random effects)Evaluarea de Tip A reprezint rezultatul calculelor efectuate asupra unor serii de msurtori repetate, utilizind metode statistice, rezultnd o distribuie a probabilitilor asumat ca normal. Pentru fiecare metod de msurestenecesarevaluareadeacest tippentruaneasigurac influena efectelor necontrolabile asupra rezultatelor este n limite acceptabile. Uneori, pentru a discerne corect sursa efectelor necontrolabile, suntnecesaretesteprincomparaie(emitoaredetest etalon). Incertitudinea datorat contribuieirandom este dat de deviaia standard( )ksq , a unei serii de n msurtori:211( ) ( )1nk kks q q Qn UndeQreprezintvaloareamedieamsurtorilor. Valoarea ( )ks q este utilizat direct pentru incertitudinea datorit contribuiilorrandom. 69Incertitudinea este redus proporional cu rdcina ptrat a numrului de msurtori:( )( )ks qs QnTip B: erori sistematice (systemic effects)Reprezint alte efecte decit tipul A, de exemplu, valorile din certificatele de calibrare, specificaiile livrate de fabricantul echipamentelor, rezultatelemsurtoriloranterioare, saualteinformaiirelevante. Toate acestea reprezint efectele sistematice si se adun constant n perioada msurtorilor. Evident, dac se schimb echipamentele de msur, condiiiledemsursauseefectueazrecalibrri, acesteerori pot fi eliminate. Exemplul tipic in acest caz este urmtorul:n certificatul de calibrare al unui instrument sunt date corecii ale incertitudinii funcie de banda de msur, etc. Uzual, la msurand se vor adunaacestecorecii individual. Practic, sefacegreealadeaaduna incertitudineaglobalmaximlivratdefabricant (evident mai mare decit cea pe game, subbenzi, etc). Aplicare factor corecie(FC) pentru reducerea incertitudiniiAlte contribuii la Tipul B (care nu sunt generate de calibrri, etc), vor fi calculate din interpretarea corect atipului msuratorii. De exemplu, valori diferite ale cmpului EM, datorate nerespectrii separrii antenelor n distan, vor urma firesc o lege de tipul1/r i se poate calcula exact contribuia la incertitudine a acestor influene.Sumarea contribuiilorTipul Areprezintdefaptincertitudineastandardi nunecesitalte prelucrri sau interpretri. Pentru a fi sumate, contributiile de Tipul B, vor 70fiprelucrate n sensuldistribuiei probabilitideapariie.Lamsurarea intensittii cmpului electromagnetic, probabilitaile relevante de distribuie ale incertitudinii sunt: Normal:incertitudini derivate din contribuii multiple, de exemplu, incertitudini calibrare, etc.Rectangular:probabilitti egale ntre 2 limite, de exemplu, specificaiile de fabricaie; n form de U: aplicabile n cazul dezadaptrilor (valoarea corect este n domeniul VSWR acceptat); Triangular: valoarea corect se afl la un punct situat ntre 2 limite si crete uniform de la 0 la punctul maxim; incertitudinea se va alege din majoritatea valorilor aflate ntre 2 limite din jurul punctului central.Distribuia probabilitilorn figura de mai sus sunt prezentate variaiile valorilor corecte ale valorii msurate, funcie de rezultatele msurrii si ale celor 4 tipuri de distribuie deprobabilitate. Pentruclaritate, senelegecvaloareaadevratnu este cunoscut, dar putem s asumm c aceasta se afl ntre anumite limiterestrnse, conform tipului de distribuie. Se poate calcula incertitudineastandard ( )iux , conformtipurilordedistribuieprezentate mai sus. Dac o contribuie particular de incertitudine nu este exprimat in aceleaiunitai de msur (de exemplu incertitudinea uneidistane poate crea incertitudinea cmpului EM msurat), practic vorbind, aceast contribuiepoatefi interpretatcauncoeficient desensibilitate,ic . Normal, acest lucru induce apariia unor serii de contribuii de iesire( )iu y . Este mai simplu de exprimat coeficienii de sensibilitate n aceleasi uniti de msur;astfel sumarea coeficienilordevinesimpl. Dupcefiecare 71contribuie a fost convertit n incertitudine standard,incertitudinea combinat ( )cu yse obtine din m contribuii, astfel:n2u( y)= u( y)cii=1n final se va calculaincertitudinea expandat, U. Aceasta definete rezultatul msurtorii ca fiind inclus intr-un interval, cu un anumit nivel de incredere. Acest interval este mai mare dect incertitudinea standard i va fi interpretat ca o probabilitate mai mare de obinere a valorii reale.Incertitudineaexpandatseobineprinmultiplicarecuunfactorka incertitudinii standard combinate. Factorul k va avea valoarea 2 pentru un intervalde ncredere de 95%. Evident, k poate lua diverse valoripentru obinerea altor intervale de ncredere. Valoarea 2 este acceptat pentru aceste tipuri de msurtori (EMC, etc). Se utilizeaz k = 2 pentru un interval de incredere de 95%; acest lucru va fi interpretat astfel : se asum faptul c distribuiile individuale ale probabilitilor deapariienusuntcorelate, cantitiledeintraresunt independenteintreelepentruastfel demsurtori, datoritprelucrrii matematice de tip sume din rdcina ptrat a valorilor independente.Incertitudine expandatRezultatulmsurtorilor, mpreun cu incertitudinea expandat asociat, poate fi raportat astfel:R=x( dB V/m)y( dB)Unde:Valoare msurat :x (dBV/m)Incertitudine asociat: ytdBIncertitudinea expandat raportat este bazat pe incertitudinea standard multiplicatcucufactor deacoperire k=2i includeunnivel de ncredere de 95%. Este absolut rezonabil de a mpri gama de msur n subgamei deacalculai reportaincertitudineaseparat. Deexemplu, msurtorile de radiaie utilizeaz antene diferite pentru frecvene joase si nalte, avind contribuii diferite la calculul incertitudinii; rezultatul final va fi mprit in subgame de frecvene pentru a reflecta corect incertitudinea expandat.72Valoarea lui k definete gradul de ncredere (confiden) a msurtorii. Pentru o distribuie normal (Gaussiana), valoarea k = 2, definete o confiden de 95% (95%dinmsurtori suntinintervalul k t avalorii medii). Pentruk=3se defineste o confiden de 99%.Verificare respectare standard (complian)Rezultatele msurtorilor stabilesc dacvalorile se ncadreaz in limitele standardului impus. Ideal arfi dacspecificaiilesuntndeplinitedeun echipament supus testelor, adugnd la rezultate incertitudinea expandat pentru un anumit interval de ncredere, i observnd dac se ncadreaz clar in limitele specificate. Evaluarea incertitudinii de msur n apropierea limitei de complian se face conform figurii de mai jos:ncadrare rezultat msurtori73