design and testing of microwave amplifiers

8/7/2019 Design and Testing of Microwave Amplifiers

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A n I n t r o d u c t i o n t o

T h e D e s i g n a n d T e s t i n g o f M i c r o w a v e A m p l i f i e r s

L A B O R A T O R Y M A N U A L

f o r t h e

E E 7 2 3 A d j u n c t M i c r o w a v e L a b o r a t o r y

P a t r i c k R o b l i n

P r o f e s s o r

T h e O h i o S t a t e U n i v e r s i t y

2 0 0 7 ( 1 5 t h E d i t i o n )


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C o n t e n t s

A c k n o w l e d g e m e n t s 5

1 I N T R O D U C T I O N 6

1 . 1 L a b o r a t o r y O v e r v i e w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1 . 2 T h e L a b o r a t o r y F a c i l i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1 . 3 L a b o r a t o r y P o l i c i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1 . 4 L a b o r a t o r y S c h e d u l e a n d R e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 L A B O R A T O R Y 1 w i t h H P 8 5 7 3 C :

M i c r o w a v e M e a s u r e m e n t o f a M i c r o w a v e A m p l i e r 9

2 . 1 P r e p a r a t i o n f o r L a b 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 . 2 P A R T I : F r e q u e n c y a n d G a i n C o m p r e s s i o n M e a s u r e m e n t . . . . . . . . . . . 9

2 . 3 P A R T I I : M e a s u r e m e n t o f t h e N o i s e F i g u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3

3 L A B O R A T O R Y 1 w i t h A g i l e n t E 5 0 7 1 B :

M i c r o w a v e M e a s u r e m e n t o f a M i c r o w a v e A m p l i e r 1 7

3 . 1 P r e p a r a t i o n f o r L a b 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7

3 . 2 P A R T I : F r e q u e n c y a n d G a i n C o m p r e s s i o n M e a s u r e m e n t . . . . . . . . . . . 1 7

3 . 3 P A R T I I : M e a s u r e m e n t o f t h e N o i s e F i g u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1

4 L A B O R A T O R Y 2 :

N o n l i n e a r R e s p o n s e o f A m p l i e r s u n d e r M u l t i t o n e E x c i t a t i o n s 2 5

4 . 1 I n t r o d u c t i o n a n d S y s t e m D i a g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5

4 . 2 E X P E R I M E N T I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7

4 . 2 . 1 L a b o r a t o r y G o a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7

4 . 2 . 2 O u t p u t D a t a T o B e R e c o r d e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7

4 . 2 . 3 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7

4 . 2 . 4 D a t a A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1

4 . 3 E X P E R I M E N T I I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

2


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4 . 3 . 1 L a b o r a t o r y G o a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2

4 . 3 . 2 O u t p u t D a t a T o B e R e c o r d e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3

4 . 3 . 3 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3

4 . 3 . 4 D a t a A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

4 . 4 E X P E R I M E N T I I I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

4 . 4 . 1 L a b o r a t o r y G o a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

4 . 4 . 2 O u t p u t D a t a T o B e R e c o r d e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

4 . 4 . 3 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5

4 . 4 . 4 D a t a A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7

4 . 5 A p p e n d i x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8

5 L A B O R A T O R Y 3 :

D e s i g n o f a M i c r o w a v e A m p l i e r 3 9

5 . 1 D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

5 . 1 . 1 I m p o r t a n t D e s i g n C o n s t r a i n s : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

5 . 1 . 2 D e s i g n P r o c e d u r e : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9

5 . 1 . 3 S u m m a r y o f t h e D e s i g n r u l e s a s s o c i a t e d w i t h t h e F a b r i c a t i o n . . . . . 4 2

5 . 2 F a b r i c a t i o n P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4

5 . 3 M e a s u r e m e n t o f Y o u r C i r c u i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5

5 . 4 W r i t e U p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6

5 . 4 . 1 T h e L a b o r a t o r y R e p o r t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6

5 . 4 . 2 P o s t e r P a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6

6 A P P E N D I C E S 4 8

6 . 1 H o w t o U s e A D S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9

6 . 2 H o w t o U s e t h e L a y o u t T o o l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0

6 . 3 H o w t o U s e L i n e C a l c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2

6 . 4 T i p s f o r S o l d e r i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3

6 . 5 C a r i n g A b o u t C o n n e c t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5

3


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6 . 6 A T 4 2 0 8 5 S - P a r a m e t e r s a n d N o i s e P a r a m e t e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6

6 . 7 C o m p u t e r D a t a A c q u i s i t i o n f o r 2 - P o r t S - p a r a m e t e r s . . . . . . . . . . . . . . 5 9

6 . 8 L o a d i n g S - p a r a m e t e r d a t a i n A D S a n d M A T L A B . . . . . . . . . . . . . . . 6 0

6 . 9 A c t i v e B i a s i n g C i r c u i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3

6 . 1 0 L a b o r a t o r y R e p o r t F o r m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 5

4


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A c k n o w l e d g e m e n t s

T h i s l a b o r a t o r y w o u l d n o t h a v e b e e n p o s s i b l e w i t h o u t t h e h e l p a n d s u p p o r t o f m a n y

p e o p l e w h o s e c o n t r i b u t i o n s I w o u l d l i k e t o a c k n o w l e d g e .

M o s t o f a l l I a m v e r y g r a t e f u l t o t h e H e w l e t t P a c k a r d / A g i l e n t T e c h n o l o g i e s C o m p a n y

f o r d o n a t i n g o u r r s t N e t w o r k A n a l y z e r ( n o w r e t i r e d ) , o u r r s t S p e c t r u m A n a l y z e r H P 8 5 9 2 A

a n d o u r N o i s e F i g u r e m e t e r H P 8 9 7 0 B . P a r t i c u l a r I w o u l d l i k e t o t h a n k o u r f a m o u s O S U

a l u m i n i D r . J o h n M o l l o f H P L a b o r a t o r i e s a s w e l l a s H o w a r d B o y d , T o m N e b e l , a n d J e

S k o k a l o f t h e l o c a l H P s a l e o c e f o r t h e i r a c t i v e s u p p o r t .

T h e N e t w o r k A n a l y z e r H P 8 7 5 3 C c u r r e n t l y u s e d i n t h e l a b w a s a c q u i r e d t h a n k s t o a

N a t i o n a l S c i e n c e F o u n d a t i o n e d u c a t i o n e q u i p m e n t g r a n t . T h e m o s t r e c e n t N e t w o r k A n a l y z e r

A g i l e n t E 5 0 7 1 B w a s a c q u i r e d t h a n k s t o a g r a n t o f t h e O h i o B o a r d o f R e g e n t s . F i n a l l y w e

a r e g r e a t f u l t o M o t o r o l a f o r d o n a t i n g t o o u r l a b i n 2 0 0 3 a s e t o f u n u s e d p i e c e s o f e q u i p m e n t

w h i c h w e u s e d f o r d e v e l o p i n g L a b # 2 o n n o n l i n e a r R F .

S e v e r a l p a r t s a n d s u p p l i e s h a v e b e e n g e n e r o u s l y d o n a t e d b y t h e m i c r o w a v e i n d u s t r y .

I w o u l d l i k e t o t h a n k t h e R o g e r s C o r p o r a t i o n f o r t h e d o n a t i o n o f m i c r o s t r i p c i r c u i t b o a r d s

a n d A g i l e n t / A v a n t e k f o r t h e d o n a t i o n o f m i c r o w a v e t r a n s i s t o r s .

T h e r s t d e m o n s t r a t i o n m i c r o w a v e a m p l i e r w a s d e v e l o p e d f o r t h i s l a b o r a t o r y b y

T r u o n g X . N g u y e n d u r i n g t h e c o u r s e o f i n d e p e n d e n t s t u d y p r o j e c t s .

I a m m o s t g r a t e f u l t o m y g r a d u a t e s t u d e n t s S u n g C h o o n K a n g , C h i h J u H u n g , S i r a j

A k h t a r , X i a n C u i f o r t h e i r d e d i c a t e d c o n t r i b u t i o n t o t h e d e v e l o p m e n t o f t h i s l a b o r a t o r y s i n c e

1 9 9 2 . S p e c i c a l l y I w o u l d l i k e t o a c k n o w l e d g e t h e h e l p o f X i a n C u i w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f

t h e n e w L a b # 2 e x p e r i m e n t s .

F i n a l l y I w o u l d l i k e t o t h a n k P r o f e s s o r s . H . C . K o , B . M a y a n , D . H o d g e , Y . Z h e n g ,

F . O z g u n e r a n d R . L e e f o r t h e f u l l s u p p o r t p r o v i d e d t o t h i s p r o j e c t a s c h a i r o f t h e E E d e -

p a r t m e n t . P r o f . K l e i n o n - g o i n g s u p p o r t o f t h e l a b t h r o u g h o u t t h e y e a r s i s a l s o g r a t e f u l l y

a c k n o w l e d g e d .

P a t r i c k R o b l i n

J a n u a r y 2 0 0 7

5


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1 . I N T R O D U C T I O N

1 . 1 L a b o r a t o r y O v e r v i e w

T h e E E 7 2 3 a d j u n c t m i c r o w a v e l a b o r a t o r y i s d e s i g n e d t o r u n i n p a r a l l e l w i t h E E 7 2 3 . A n

i n t r o d u c t i o n t o m i c r o w a v e a m p l i e r a n d o s c i l l a t o r d e s i g n i s g i v e n i n t h e E E 7 2 3 l e c t u r e . I n

s u p p o r t t o t h e t h e o r y , t h e s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n o f t h e m i c r o w a v e a m p l i e r s s t u d i e d

a r e p e r f o r m e d u s i n g a n a d v a n c e d m i c r o w a v e c i r c u i t s i m u l a t o r ( A D S ) i n o u r E R 4 c o m p u t e r

f a c i l i t i e s . T o c o m p l e t e t h e l e a r n i n g c y c l e t h e E E 7 2 3 a d j u n c t m i c r o w a v e l a b o r a t o r y p r o v i d e s

t h e E E 7 2 3 s t u d e n t s w i t h t h e o p p o r t u n i t y t o e x p e r i m e n t a l l y v e r i f y t h e d e v i c e p r i n c i p l e s a n d

d e s i g n t h e o r y o f t h e m i c r o w a v e d e v i c e s a n d c i r c u i t s s t u d i e d . T h e t w o m a i n o b j e c t i v e s o f t h e

l a b o r a t o r y a r e t h e r e f o r e :

1 . T o i n t r o d u c e t h e E E 7 2 3 s t u d e n t t o t h e t e c h n i q u e s a n d p r i n c i p l e s o f m i c r o w a v e m e a -

s u r e m e n t w i t h a m o d e r n N e t w o r k A n a l y z e r a s w e l l a s a n i n t r o d u c t i o n t o n o n - l i n e a r

R F m e a s u r e m e n t .

2 . T o i n v o l v e t h e E E 7 2 3 s t u d e n t i n t h e d e s i g n o f a n a m p l i e r o r a n o s c i l l a t o r . T h e

p r o j e c t i n c l u d e s r s t p r i n c i p l e d e s i g n , C A D s i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n , C A D l a y o u t ,

f a b r i c a t i o n o f a p r o t o t y p e , a n d t e s t i n g .

N o t e t h a t t h e s t u d e n t s w h o a r e i n t e r e s t e d i n p u r s u i n g a d e s i g n p r o j e c t o f t h e i r o w n w i l l h a v e

t h e o p p o r t u n i t y t o d o s o u n d e r a f o l l o w - u p i n d e p e n d e n t s t u d y . S u c c e s s f u l d e s i g n p r o j e c t s

w i l l b e u s e d a s d e m o i n t h e m i c r o w a v e l a b o r a t o r y .

1 . 2 T h e L a b o r a t o r y F a c i l i t i e s

T h e m e a s u r e m e n t a n d f a b r i c a t i o n f a c i l i t i e s o f t h e E d u c a t i o n M i c r o w a v e L a b o r a t o r y a r e l o -

c a t e d i n C L 3 0 5

T h e m e a s u r e m e n t s t a t i o n s i n c l u d e o f a H P 8 7 5 3 C a n d a n A g i l e n t E 5 0 7 1 B N e t w o r k A n a l y z e r ,

t h e H P 8 9 7 0 B N o i s e F i g u r e m e t e r , t h e H P 6 2 3 7 B p o w e r s u p p l i e s , t h e H P 5 4 5 0 3 A D i g i t i z i n g

o s c i l l o s c o p e , t h e R D I n t e r m o d u l a t i o n d i s t o r t i o n s i m u l a t o r a n d t h e A g i l e n t E 4 4 0 5 B s p e c t r u m

a n a l y z e r .

A b e n c h r a c k i s a v a i l a b l e f o r s t o r i n g y o u r c i r c u i t s u n d e r d e v e l o p m e n t . P l e a s e u s e t h e w h i t e

s t i c k e r s a v a i l a b l e i n C L 3 0 5 t o w r i t e y o u r n a m e ( s ) o n y o u r c i r c u i t s .

6


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T h e c i r c u i t s d e s i g n e d b y t h e s t u d e n t s a r e f a b r i c a t e d i n C L 3 0 5 u s i n g c o m p u t e r a i d e d m a -

c h i n i n g b y t h e E E 7 2 3 t e a c h i n g a s s i s t a n t . C L 3 0 5 f e a t u r e s a w o r k b e n c h , a t o o l b o x , v a r i o u s

d r i l l s , t w o d i e r e n t s o l d e r i n g i r o n s , a n d a p a r t s c a b i n e t .

1 . 3 L a b o r a t o r y P o l i c i e s

F o r a p r o p e r a n d e c i e n t s h a r i n g o f t h e l a b o r a t o r y e q u i p m e n t a s e t o f r u l e s i s n e c e s s a r y . T h e

l a t t e r m a k e u p t h e L a b o r a t o r y p o l i c y . A s a m p l e o f t h e L a b o r a t o r y P o l i c y i s g i v e n b e l o w .

Y o u a r e a s k e d t o r e a d i t a n d o b i d e b y i t s r u l e s t o p a r t i c i p a t e i n t h i s l a b o r a t o r y .

E E 7 2 3 | L a b o r a t o r y P o l i c y

1 . A s i g n - u p s h e e t w i l l b e p l a c e d o n t h e d o o r o f R o o m 3 0 5 C a l d w e l l L a b . S c h e d u l e y o u r

f a b r i c a t i o n a n d m e a s u r e m e n t t i m e a t l e a s t o n e d a y i n a d v a n c e y o u c a n r e s e r v e u p t o

2 h o u r s p e r d a y , t w i c e a w e e k . O p e n t i m e i s , h o w e v e r , a v a i l a b l e o n a r s t c o m e , r s t

s e r v e d b a s i s i f t h e t i m e s l o t h a s n o t b e e n r e s e r v e d .

2 . R e a d y o u r L a b o r a t o r y M a n u a l a n d m a k e a p l a n o f w o r k b e f o r e c o m i n g t o t h e l a b .

3 . Y o u c a n o b t a i n t h e l a b o r a t o r y k e y a g a i n s t y o u r I D c a r d a t t h e f r o n t d e s k o f t h e E E

D e p a r t m e n t ( R o o m 2 0 5 D r e e s e L a b ) w h i c h c l o s e s a t 5 : 0 0 p m . T h e r e c e p t i o n i s t s h o u l d

c h e c k t h a t y o u a r e o n t h e c l a s s r o s t e r ( r e m i n d h i m / h e r t o d o s o ! ) P l e a s e r e t u r n t h e

k e y t o t h e f r o n t d e s k b e f o r e 5 : 0 0 p m , i n c a s e o t h e r g r o u p s m a y n e e d i t i n t h e m o r n i n g

o f n e x t d a y . I f y o u r g r o u p p r e f e r s d o i n g t h e l a b s d u r i n g E V E N I N G s ( a f t e r 5 : 0 0 p m ) o r

W E E K E N D s , p l e a s e c o n t a c t t h e T A o n e d a y i n a d v a n c e t o c h e c k a l a b k e y .

4 . M a k e s u r e t h a t t h e l a b o r a t o r y d o o r i s C L O S E D w h e n y o u l e a v e t h e r o o m

{ e v e n f o r a s h o r t p e r i o d ! T h e k e y h o l d e r i s r e s p o n s i b l e f o r t h e m a t e r i a l , t u r n i n g

o e q u i p m e n t a n d l i g h t s , a n d c l o s i n g t h e d o o r w h e n d o n e .

5 . T h e m e a s u r e m e n t w i l l b e m a d e u s i n g S M A t e r m i n a t e d c o a x i a l t e s t c a b l e s . D o N o t

d i s c o n n e c t t h e S M A / c o a x i a l t e s t c a b l e s f r o m t h e N e t w o r k A n a l y z e r . P l a c e a l l t h e

c a l i b r a t i o n s t a n d a r d s b a c k i n t o t h e b o x w h e n t h e l a b i s d o n e .

6 . T a k e c a r e o f t h e m e a s u r e m e n t c a b l e s a n d c o n n e c t o r s . R e f e r t o A p p e n d i x 6 . 5 o f y o u r

L a b o r a t o r y M a n u a l f o r p r o p e r c o n n e c t o r c a r e p r o c e d u r e s . D i r t y c a b l e s l e a d t o b a d

d a t a .

7


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7 . R e a d s o l d e r i n g , i n A p p e n d i x 5 . 4 o f y o u r L a b o r a t o r y M a n u a l t o i n s u r e a p r o p e r u s e o f

t h e t o o l s a n d t o a s s u r e y o u r p r o t e c t i o n . I f y o u a r e u n c o m f o r t a b l e w i t h a p a r t i c u l a r

l a b o r a t o r y p r o c e d u r e r e q u e s t h e l p f r o m t h e I n s t r u c t o r .

8 . T a k e c a r e o f t h e e q u i p m e n t i n g e n e r a l . R e p o r t d a m a g e o r m a l f u n c t i o n i m m e d i a t e l y ( n o -

b o d y w i l l b e p e n a l i z e d f o r u n v o l u n t a r y d a m a g e ) t o t h e i n s t r u c t o r o r t e a c h i n g a s s i s t a n t .

H o n o r R u l e : I h a v e r e a d t h e l a b o r a t o r y r e g u l a t i o n s a n d a g r e e t o a b i d e b y t h e m . I t a k e

r e s p o n s i b i l i t y f o r m y a c t s a n d w i l l n o t t a k e p a r t i n d a n g e r o u s b e h a v i o r e n d a n g e r i n g m y s e l f

o r o t h e r s .

1 . 4 L a b o r a t o r y S c h e d u l e a n d R e p o r t

A l a b o r a t o r y r e p o r t i s d u e f o r e a c h l a b o r a t o r y a n d s h o u l d b e t u r n e d i n b y t h e d u e d a t e

s p e c i e d i n y o u r E E 7 2 3 s y l l a b u s I n a d d i t i o n a p o s t e r p a g e s u m m a r i z i n g y o u r d e s i g n s h o u l d

b e i n c l u d e d w i t h t h e l a s t l a b o r a t o r y r e p o r t . A f e w g u i d e l i n e s a r e g i v e n b e l o w :

u s e f o r r s t p a g e o f y o u r l a b r e p o r t t h e l a b o r a t o r y r e p o r t s h e e t g i v e n i n A p p e n d i x 6 . 1 0 ,

i n c l u d e a t a b l e o f c o n t e n t s d e s c r i b i n g t h e m a t e r i a l a p p e n d e d ,

w r i t e a c a p t i o n o n e a c h g u r e a n d p l o t ,

d i s c u s s a n y p r o b l e m s e n c o u n t e r e d .

O n l y o n e r e p o r t p e r t e a m s h o u l d b e t u r n e d i n . T h e r e p o r t s d o n o t n e e d t o b e l o n g b u t

m u s t b e w e l l o r g a n i z e d . T h e r s t t w o l a b o r a t o r y r e p o r t s d o n o t n e e d t o b e t y p e d . H o w e v e r

t o h e l p w i t h c l a r i t y p l e a s e w r i t e t h e l a b o r a t o r y 3 ( d e s i g n p r o j e c t ) r e p o r t a n d p o s t e r p a g e

u s i n g a w o r d p r o c e s s o r . I n c l u d e A D S s i m u l a t i o n p l o t s i n y o u r r e p o r t . A n e l e c t r o n i c v e r s i o n

o f y o u r r e p o r t / p o s t e r a n d p r e s e n t a t i o n w i l l b e a r c h i v e d o n t h e w e b s o t h a t i t c a n b e u s e d a s

a r e f e r e n c e b y f u t u r e E E 7 2 3 s t u d e n t s a n d t h e b e s t p o s t e r s w i l l d i s p l a y e d i n t h e d i s p l a y c a s e

i n t h e D r e e s e - C a l d w e l l b r i d g e .

8


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2 . L A B O R A T O R Y 1 w i t h H P 8 5 7 3 C :

M i c r o w a v e M e a s u r e m e n t o f a M i c r o w a v e A m p l i e r

L a b o r a t o r y G o a l : T h i s l a b o r a t o r y i s d i v i d e d i n t o t w o p a r t s . T h e p u r p o s e o f P a r t I o f t h i s

l a b o r a t o r y i s t o g e t f a m i l i a r i z e d w i t h t h e N e t w o r k A n a l y z e r a n d t o p e r f o r m m e a s u r e m e n t s

o n a m i c r o w a v e a m p l i e r . I n P a r t I I o f t h i s l a b o r a t o r y , t h e m e a s u r e m e n t o f t h e N o i s e F i g u r e

o f t h e m i c r o w a v e a m p l i e r i s p e r f o r m e d u s i n g a N o i s e F i g u r e m e t e r . A p p r o x i m a t e D u r a t i o n :

4 - 5 h o u r s .

2 . 1 P r e p a r a t i o n f o r L a b 1

1 . P r e l i m i n a r y R e a d i n g :

R e a d i n t h e U s e r ' s G u i d e m a n u a l o f t h e H P 8 7 5 3 B N e t w o r k A n a l y z e r ( a v a i l a b l e o n - l i n e

i n t h e c o u r s e w e b p a g e ) t h e f o l l o w i n g c h a p t e r s :

- C h a p t e r 1 : O p e r a t i n g t h e H P 8 7 5 3 B

- C h a p t e r 3 : S c a t t e r i n g P a r a m e t e r M e a s u r e m e n t s w i t h t h e H P 8 7 5 3 B

- C h a p t e r 4 : T i m e D o m a i n A n a l y s i s

D o n o t f o r g e t t o b r i n g y o u r N e t w o r k A n a l y z e r U s e r ' s g u i d e w i t h y o u t o t h e

l a b f o r q u i c k r e f e r e n c e .

2 . L a b o r a t o r y O v e r v i e w :

R e a d t h e r e m a i n i n g o f t h e i n s t r u c t i o n s f o r L a b 1 b e f o r e c o m i n g t o y o u r s c h e d u l e d

l a b o r a t o r y t i m e . D e t e r m i n e t h e g o a l s t o b e a t t a i n e d .

3 . C o n n e c t o r a n d C a b l e C a r e :

T h e m e a s u r e m e n t o f m i c r o w a v e c i r c u i t i s a s c i e n c e . I n t h i s l a b o r a t o r y a n d t h e s u b s e -

q u e n t o n e s y o u w i l l p h y s i c a l l y c o n n e c t i n g m a n y m i c r o w a v e d e v i c e s t o t h e t e s t c a b l e s o f

t h e n e t w o r k a n a l y z e r . T h e q u a l i t y o f y o u r m e a s u r e m e n t a n d t h e l i f e t i m e o f t h e d e v i c e s

a n d c a b l e s w i l l d e p e n d e n t c r i t i c a l l y o n t h i s s i m p l e p r o c e s s . P l e a s e r e a d A p p e n d i x 6 . 5

w h i c h g i v e s s o m e k e y a d v i c e s a b o u t i t . I t i s i n d e e d i m p o r t a n t t o l e a r n h o w t o d o i t

r i g h t a n d d e v e l o p h a b i t s w h i c h y o u c a n k e e p d u r i n g y o u r p r o f e s s i o n a l l i f e .

2 . 2 P A R T I : F r e q u e n c y a n d G a i n C o m p r e s s i o n M e a s u r e m e n t

M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e :

9


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1 . C l e a n t h e S M A c o n n e c t o r s o f t h e c a b l e s , a n d s t a n d a r d s :

T h e r e l a t i v e l y i n e x p e n s i v e S M A c o n n e c t o r s a r e n o t m a d e t o b e c o n n e c t e d m o r e t h a n

a f e w t i m e s . Y o u m i g h t n o t i c e g o l d p a r t i c l e s o n t h e w h i t e d i e l e c t r i c o f t h e c a b l e s ,

a n d s t a n d a r d s w h i c h w i l l a e c t t h e q u a l i t y o f y o u r c a l i b r a t i o n a n d m e a s u r e m e n t . T h e

s t a n d a r d s w h i c h a r e s k e t c h e d b e l o w a r e a v a i l a b l e i n a s m a l l w o o d e n b o x . C l e a n t h e

c a b l e s a n d s t a n d a r d s ( 5 0 a n d s h o r t ) u s i n g a c o t t o n s w a b , a l c o h o l a n d c o m p r e s s e d

a i r . S e e c o n n e c t o r c a r e i n A p p e n d i x 6 . 5 .

2 . P o w e r U p :

T u r n t h e N e t w o r k A n a l y z e r o n i f i t i s o o r p r e s s P R E S E T i f i t i s a l r e a d y o n .

3 . P e r f o r m a 2 - P o r t C a l i b r a t i o n o f t h e N e t w o r k A n a l y z e r

Y o u m i g h t n d i t c o n v e n i e n t t o s e l e c t t h e S M I T H C H A R T f o r m a t ( p . 1 0 ) f o r a l l t h e

s c a t t e r i n g p a r a m e t e r s b e f o r e c a l i b r a t i n g . S i m p l y p r e s s M E A S t o s e l e c t a S - p a r a m e t e r s

a n d t h e n p r e s s F O R M A T a n d s e l e c t S M I T H C H A R T .

D o N O T H O L D t h e c a b l e w h e n y o u c a l i b r a t e a s t h i s i n t r o d u c e s c a l i b r a t i o n

i n s t a b i l i t i e s . J u s t l e t t h e c o a x i a l c a b l e l y i n g a t r e s t o n t h e t a b l e b e f o r e y o u

s e l e c t S H O R T , O P E N , 5 0

L O A D a n d t h e f o u r T H R U i n t h e c a l i b r a t i o n

p r o c e d u r e .

T o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n p r e s s C A L a n d s e l e c t t h e 2 - p o r t C a l i b r a t i o n ( p . 1 3 ) . U s e t h e

c a l i b r a t i o n s h o r t , o p e n , 5 0 l o a d i n t h e S M A c a l i b r a t i o n k i t ( a v a i l a b l e i n t h e s m a l l

w o o d e n b o x ) f o r t h e r e e c t i o n c a l i b r a t i o n o f p o r t s 1 a n d 2 . A s k e t c h o f t h e s t a n d a r d s

i s g i v e n b e l o w . U s e t h e t h r u f o r t h e T H R U c a l i b r a t i o n . F o r t h e i s o l a t i o n c a l i b r a t i o n

s e l e c t O m i t I s o l a t i o n .

P r e s s D O N E w h e n d o n e . S a v e y o u r c a l i b r a t i o n i n a r e g i s t e r ( p . 3 1 ) .

V e r i f y t h e c a l i b r a t i o n b y t e s t i n g t h e 5 0 l o a d , t h e o p e n a n d s h o r t a n d t h r u c o n n e c t i o n s .

N o t e t h a t t h i s c a l i b r a t i o n i s o n l y v a l i d f o r t h e p a r t i c u l a r t e s t c a b l e s y o u a r e u s i n g .

P l e a s e d o n o t r e m o v e t h e t e s t c o a x i a l c a b l e s ! . Y o u a r e n o w r e a d y t o p e r f o r m a t w o - p o r t

m e a s u r e m e n t .

OPEN50

THRUSHORT

F i g u r e 2 . 1 : C a l i b r a t i o n S t a n d a r d s

B e f o r e y o u c o n t i n u e a f e w c o m m e n t s o n c a l i b r a t i o n a r e i n o r d e r .

1 0


11/69

T h e t r a n s m i s s i o n c a l i b r a t i o n r e q u i r e d t h e u s e o f a t h r u s t a n d a r d . A t h r u i s s u p p o s e d

t o h a v e n o l e n g t h . W e h a v e a m a t i n g p r o b l e m s i n c e o u r S M A c o n n e c t o r s a r e b o t h m a l e

c a n b e c o n n e c t e d t o g e t h e r . S i n c e a n e r r o r i n t h e t h r u c a l i b r a t i o n i s n o t t o o c r i t i c a l a t

3 G H z y o u u s e d t h e s h o r t f e m a l e t o f e m a l e b a r r e l a v a i l a b l e . A m o r e r i g o r o u s a p p r o a c h

a t h i g h - f r e q u e n c y r e q u i r e s t h e u s e o f t w o e q u a l l e n g t h b a r r e l s . T h e f e m a l e t o f e m a l e

b a r r e l i s c o n n e c t e d b e t w e e n p o r t 1 a n d p o r t 2 d u r i n g t h e t h r u c a l i b r a t i o n . T h e f e m a l e

t o m a l e w h i c h p r o v i d e s a n e q u a l e l e c t r i c l e n g t h i s c o n n e c t e d s a y t o p o r t 1 f o r t h e S 1 1

c a l i b r a t i o n a n d f o r t h e s u b s e q u e n t S - p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t s . N o t e : O n c e y o u h a v e

b e c o m e f a m i l i a r w i t h t h e c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e y o u c a n a v o i d t h e c a l i b r a t i o n s t e p b y

r e c a l l i n g t h e 2 - P o r t c a l i b r a t i o n d a t a f r o m a p r e v i o u s c a l i b r a t i o n w h i c h h a v e b e e n s t o r e d

o n d i s k f o r y o u r c o n v e n i e n c e ( c h e c k w i t h t h e i n s t r u c t o r t o v e r i f y i f t h i s i s a v a i l a b l e ) . ]

T o r e t r i e v e c a l i b r a t i o n d a t a u s e t h e f o l l o w i n g i n p u t p r o c e d u r e :

P r e s s L O C A L ] , s e l e c t S Y S T E M C O N T R O L L E R ] .

P r e s s R E C A L L ] , s e l e c t L O A D F R O M D I S K ] , L O A D T W O F U L L ] .

P r e s s L O C A L ] , s e l e c t T A L K E R / L I S T N E R ] .

T h e l a s t s t e p i s i n t e n d e d t o f r e e t h e H P I B ( I E E E 4 8 8 ) n e t w o r k s o t h a t a n o t h e r p i e c e o f

i n s t r u m e n t ( t h e o t h e r N e t w o r k A n a l y z e r o r t h e N o i s e F i g u r e m e t e r ) c a n a l s o b e c o m e

t e m p o r a r e l y a s y s t e m c o n t r o l l e r t o p l o t o r a c c e s s t h e d i s k d r i v e . O n c e t h e s e c a l i b r a t i o n

d a t a h a v e b e e n l o a d e d t h e n e t w o r k a n a l y z e r s h o u l d b e c a l i b r a t e d . Y o u c a n v e r i f y i t

w i t h t h e o p e n s h o r t , t h r u a n d 5 0 t o m a k e s u r e . N o t e : T h e c a l i b r a t i o n d a t a a r e o n l y

v a l i d f o r t h e p a i r o f c o a x i a l c a b l e s u s e d . T h e n e t w o r k a n a l y z e r w i l l b e i m p r o p e r l y

c a l i b r a t e d i f s o m e o n e h a s c h a n g e d t h e c o a x i a l c a b l e s . D o n o t d i s c o n n e c t e d t h e c o a x i a l

c a b l e s f r o m t h e n e t w o r k a n a l y z e r i t s e l f !

4 . S - p a r a m e t e r s o f a m i c r o w a v e a m p l i e r :

W e s h a l l n o w m e a s u r e t h e S p a r a m e t e r s o f a l o w n o i s e n a r r o w - b a n d m i c r o w a v e a m p l i -

e r .

C l e a n t h e c o n n e c t o r o f t h e a m p l i e r ( s e e A p p e n d i x 6 . 5 o n c o n n e c t o r c a r e ) .

C o n n e c t t h e l o w n o i s e a m p l i e r m o d e l 1 3 L N A ( a l u m i n i u m b o d y w i t h 2 S M A

c o n n e c t o r s , b l u e l a b e l ) b e t w e e n p o r t 1 ( i n p u t ) a n d 2 ( o u t p u t ) .

T u r n o n t h e H P 6 2 3 7 B p o w e r s u p p l y . T h e o p e r a t i n g v o l t a g e s h o u l d a l r e a d y b e s e t

t o 1 2 V o n t h e l o w e r s c a l e o f t h e p o w e r s u p p l y m e t e r ( D o n o t i n c r e a s e i t a s t h i s

w o u l d d a m a g e t h e a m p l i e r ) . N o t e : T h e r e d b a n a n a c a b l e s h o u l d b e c o n n e c t e d

t o + 1 8 V a n d t h e b l a c k c a b l e t o C O M . T h e m e t e r s w i t c h s h o u l d i n d i c a t e + 1 8 V .

1 1


12/69

C o n n e c t t h e p o w e r s u p p l y t o t h e a m p l i e r . R e s p e c t t h e p o l a r i t y ! R e d i s p o s i t i v e .

B l a c k i s n e g a t i v e . T o p r e v e n t p o w e r g a i n c o m p r e s s i o n o f t h e f r o n t e n d 1 3 L N A

a m p l i e r w e n e e d t o r e d u c e t h e p o w e r u s e d b y t h e N e t w o r k A n a l y z e r f o r t h e S -

p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t s t o - 1 0 d B m :

M E N U ]

P O W E R ] - 1 0 ]

1 ]

M a k e a h a r d c o p y o u t p u t o f S

2 1

o n t h e p l o t t e r ( F o l l o w t h e i n s t r u c t i o n g i v e n i n t h e

U s e r ' s g u i d e m a n u a l p . 1 7 ) . F i n d t h e f r e q u e n c y f

0

a t w h i c h S

2 1

i s m a x i m u m u s i n g

t h e m a r k e r M K R . F i n d t h e 3 d B b a n d w i d t h B o f t h e a m p l i e r . R e c o r d j S

2 1

ja n d

j S

1 2

ji n d B a t t h i s f r e q u e n c y a n d m e a s u r e

j S

1 1

ja n d

j S

1 2

ju s i n g V S W R u n i t s . N o t e :

T h e n e t w o r k a n a l y s e r s h o u l d o n l y b e c o m e t h e s y s t e m c o n t r o l l e r f o r t h e t i m e n e c e s -

s a r y t o p l o t ( P r e s s S Y S T E M a n d s e l e c t C O N T R O L L E R ) . O n c e y o u a r e d o n e f r e e

t h e H P I B ( I E E E 4 8 8 ) n e t w o r k ( P r e s s S Y S T E M a n d s e l e c t T A L K E R / L I S T E N ) t o

g i v e a c c e s s t o t h e p l o t t e r a n d d i s k d r i v e t o o t h e r u s e r s . ]

5 . 1 d B P o w e r C o m p r e s s i o n :

W e s h a l l n o w m e a s u r e t h e 1 d B P o w e r c o m p r e s s i o n p o i n t a t t h e f r e q u e n c y f

0

o f t h e

a m p l i e r u n d e r t e s t .

T h e n e t w o r k a n a l y z e r H P 8 7 5 3 B o e r s t h e c a p a b i l i t y ( n o t a l w a y s a s s o c i a t e d w i t h

a n e t w o r k a n a l y z e r ) t o s w e e p t h e R F i n p u t p o w e r . A n a c c u r a t e m e a s u r e m e n t o f t h e

o u t p u t p o w e r o f a n a m p l i e r r e q u i r e s a s p e c i a l c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e t o a c c o u n t f o r t h e

l o s s t h r o u g h t h e t e s t s e t b e t w e e n t h e a m p l i e r o u t p u t a n d t h e r e c e i v e r i n p u t . F o r t h e

s a k e o f s i m p l i c i t y w e s h a l l b y p a s s h e r e t h i s s p e c i a l c a l i b r a t i o n . O u r m e a s u r e m e n t s h o u l d

g i v e u s t h e a m p l i e r ' s r e s p o n s e t o a p o w e r r a m p . R e c o r d j S

2 1

ji n d B o f t h e a m p l i e r

f o r - 1 0 d B m i n p u t p o w e r P

i n

. N o t e : P

i n

i n d B m i s d e n e d a s 1 0 l o g ( P

i n

= 1m W ) . F r o m

t h i s r e s p o n s e w e s h a l l d e t e r m i n e t h e i n p u t p o w e r a t w h i c h t h e g a i n j S

2 1

ji s c o m p r e s s e d

b y 1 d B .

M e a s u r e m e n t p r o c e d u r e :

S e l e c t a p o w e r s w e e p a t t h e f r e q u e n c y

f

o

( e . g . 2 G H z )

M E N U ]

S W E E P T Y P E M E N U ]

P O W E R S W E E P ]

R E T U R N ]

C W F R E Q ] 2 ] G / n ]

S e t t h e s t i m u l u s p a r a m e t e r s . P o w e r l e v e l s m u s t b e s e t s o t h a t t h e a m p l i e r i s

f o r c e d i n t o p o w e r g a i n c o m p r e s s i o n . T h e r a n g e o f t h e H P 8 7 5 3 ' s s o u r c e i s f r o m

1 2


13/69

- 1 0 t o + 1 0 d B m .

M E A S ]

S 2 1 B / R ] ]

S T A R T ] - 1 0 ]

1 ]

S T O P ] 1 0 ]

1 ]

U s e t h e m a r k e r M K R ] t o n d t h e i n p u t p o w e r f o r w h i c h a 1 d B d r o p i n t h e

a m p l i e r ' s g a i n o c c u r s r e l a t i v e t o t h e s m a l l s i g n a l g a i n .

6 . F i l l t h e L a b R e p o r t # 1 g i v e n i n A p p e n d i x 6 . 1 0 . A p p e n d t h e p l o t s w h i c h d o c u m e n t s

s t e p s 4 , a n d 5 .

2 . 3 P A R T I I : M e a s u r e m e n t o f t h e N o i s e F i g u r e

L o w n o i s e R F a n d m i c r o w a v e a m p l i e r s a r e u s e d a t t h e f r o n t e n d o f m i c r o w a v e c o m m u n i c a -

t i o n s y s t e m s t o a m p l i f y t h e w e a k s i g n a l s r e c i e v e d b y t h e a n t e n n a o r d i s h . T h e s i g n a l r e c i e v e d

f r o m a s a t t e l i t e a r e t y p i c a l l y i n t h e o r d e r o f - 1 2 0 d B m ( 1 0

;1 5

W a t t ) w h i c h c o r r e s p o n d s a p -

p r o x i m a t e l y t o a v o l t a g e o f 0 . 2 V a c r o s s a r e s i s t o r o f 5 0 .

T h e N o i s e F i g u r e F i s d e n e d ( s e e G o n z a l e z p . 2 9 6 ) a s t h e r a t i o o f t h e o u t p u t n o i s e p o w e r

P

N o

o f t h e a m p l i e r d i v i d e d b y t h e a m p l i e r g a i n G

A

a n d t h e i n p u t n o i s e p o w e r P

n i

.

F =

P

N o

P

N i

G

A

T h e n o i s e g u r e F o f a n a m p l i e r i s l a r g e r t h a n 1 b e c a u s e i t i s a m e a s u r e o f t h e n o i s e a d d e d

b y t h e a m p l i e r t o t h e o u t p u t n o i s e p o w e r . I f t h e a m p l i e r d i d n o t a d d n o i s e w e w o u l d h a v e

F= 1 o r 0 d B . T h e b a n d w i d t h

Bo f t h e a m p l i e r a n d i t s n o i s e g u r e F w i l l p e r m i t u s t o

c a l c u l a t e t h e m i n i m u m d e t e c t a b l e s i g n a l i n p u t p o w e r P

i m d s

( s e e G o n z a l e z p . 3 5 4 ) .

T h e m e a s u r e m e n t o f t h e n o i s e g u r e i s q u i t e s i m p l e w i t h t h e H P 8 9 7 0 B m e t e r .

1 . P o w e r u p :

T u r n t h e H P 8 9 7 0 B N o i s e F i g u r e m e t e r b y p r e s s i n g t h e L I N E s w i t c h O N . I f t h e n o i s e

g u r e m e t e r i s a l r e a d y o n p r e s s R E S E T . T h e n o i s e F i g u r e M e t e r p e r f o r m s a q u i c k

i n t e r n a l c h e c k a n d f r e q u e n c y c a l i b r a t i o n .

2 . S e t f r e q u e n c y p a r a m e t e r s :

T h e H P 8 9 7 0 B m e a s u r e s t h e n o i s e g u r e v e r s u s f r e q u e n c y f r o m 1 0 t o 1 8 0 0 M H z . T h e

d e f a u l t S T A R T , S T O P a n d S T A R T f r e q u e n c i e s a r e 1 0 , 1 6 0 0 a n d 2 0 M H z r e s p e c t i v e l y .

T o e x t e n d i t t o 1 8 0 0 M H z s i m p l y p r e s s S T O P F R E Q 1 8 0 0 E N T E R . N o t e : T h e n o i s e

1 3


14/69

g u r e o f t h e l o w n o i s e a m p l i e r 1 3 L N A a t i t s c e n t e r f r e q u e n c y f

0

c a n n o t b e m e a s u r e d

a s i t i s a b o v e 1 8 0 0 M H z . ]

3 . C a l i b r a t i o n :

C o n n e c t ( u s i n g a t h r u ) t h e N o i s e F i g u r e M e t e r a s s h o w n b e l o w

NOISE FIGURE METER

HP 8970B

NOISE SOURCE

INPUTSOURCE

F i g u r e 2 . 2 : N o i s e F i g u r e M e t e r C a l i b r a t i o n

P r e s s C A L I B R A T E t w i c e . T h e H P 8 9 7 0 B m e a s u r e s i t s o w n n o i s e g u r e . T h e n o i s e

g u r e m e t e r s h o u l d m a k e t w o f r e q u e n c y s w e e p s . I f a n e r r o r o c c u r s y o u m i g h t h a v e

t o i n c r e a s e t h e n u m b e r o f m e a s u r e m e n t s a v e r a g e d b y p r e s s i n g I N C R E A S E i n t h e

S M O O T H I N G b l o c k a n d t r y a g a i n . I f a f t e r s e v e r a l t r i a l s a n e r r o r i s s t i l l o c c u r i n g

y o u m i g h t h a v e t o l i m i t t h e m e a s u r e m e n t t o 1 6 0 0 M H z .

4 . M e a s u r e m e n t o f t h e N o i s e F i g u r e o f t h e A m p l i e r :

O n c e t h e n o i s e g u r e m e t e r h a s b e e n c a l i b r a t e d i t i s p o s s i b l e t o m e a s u r e t h e c o r r e c t e d

n o i s e g u r e a n d g a i n o f t h e d e v i c e u n d e r t e s t ( D U T ) . N o t e : T h i s n o i s e g u r e i s

c o r r e c t e d b e c a u s e t h e m e t e r r e m o v e s i t s o w n n o i s e g u r e f r o m t h e m e a s u r e m e n t r e s u l t s . ]

C o n n e c t t h e a m p l i e r b e t w e e n t h e n o i s e s o u r c e o u t p u t a n d t h e m e t e r i n p u t a s

s h o w n b e l o w :

T o m e a s u r e t h e n o i s e g u r e a n d g a i n p r e s s t h e k e y N O I S E F I G U R E A N D G A I N .

T h e I N S E R T I O N G A I N d i s p l a y s h o w s t h e d e v i c e g a i n a n d t h e N O I S F E F I G U R E

d i s p l a y s h o w s t h e n o i s e g u r e o f t h e D U T a t r o o m t e m p e r a t u r e a t t h e d i s p l a y e d

f r e q u e n c y .

C o n n e c t t h e H P 6 2 3 7 p o w e r s u p p l y t o t h e a m p l i e r . R e s p e c t t h e p o l a r i t y ! S e e

e a r l i e r i n s t r u c t i o n s r e g a r d i n g t h e u s e o f t h e p o w e r s u p p l y . N o t i c e t h e r e d u c t i o n

o f t h e n o i s e g u r e o n c e t h e a m p l i e r i s p o w e r e d .

M e a s u r e t h e n o i s e g u r e a n d g a i n a t 1 8 0 0 M H z b y e n t e r i n g t h e f r e q u e n c y .

1 4


15/69

NOISE FIGURE METER

HP 8970B

INPUTSOURCE

AMPLIFIERNOISE SOURCE

F i g u r e 2 . 3 : N o i s e F i g u r e M e a s u r e m e n t

M e a s u r e t h e n o i s e g u r e v e r s u s f r e q u e n c y b y p r e s s i n g t h e S I N G L E k e y t o o b t a i n

a s i n g l e s w e e p .

P l o t t h e d a t a m e a s u r e d . I n o r d e r t o p l o t , t h e n o i s e g u r e m e t e r m u s t b e t h e

c o n t r o l l e r o f t h e H P I B ( I E E E 4 8 8 ) n e t w o r k .

V e r i f y t h a t n o b o d y i s p l o t t i n g o r u s i n g t h e d i s k a n d i n f o r m t h e o t h e r u s e r s t h a t t h e

n o i s e g u r e m e t e r w i l l t e m p o r a r e l y b e c o m e t h e c o n t r o l l e r o f t h e H P I B n e t w o r k .

T u r n t h e p l o t t e r o n a n d i n t r o d u c e a s h e e t o f p a p e r .

P r e s s 4 8 . 0 S P E C I A L f u n c t i o n f o r t h e n o i s e g u r e m e t e r t o b e c o m e t h e c o n t r o l l e r .

P r e s s 4 7 . 0 S P E C I A L F U N C T I O N t o v e r i f y t h a t t h e p l o t t e r i s o n t h e H P I B n e t -

w o r k .

P r e s s 2 5 . 0 S P E C I A L F U N C T I O N t o s t a r t t h e p l o t .

O n c e t h e p l o t i s d o n e p r e s s 4 8 . 1 S P E C I A L F U N C T I O N t o f r e e t h e H P I B n e t w o r k

f r o m t h e c o n t r o l o f t h e n o i s e g u r e m e t e r .

5 . C o m p l e t e t h e L a b o r a t o r y R e p o r t # 1 w i t h t h e n o i s e g u r e d a t a . A p p e n d y o u n o i s e

g u r e p l o t . C a l c u l a t e t h e p o w e r o f t h e m i n i m u m d e c t e c t a b l e i n p u t s i g n a l P

i m d s

o f t h i s

a m p l i f e r a t f

0

( y o u w i l l n e e d t o e x t r a p o l a t e F

a tf

0

) .

1 5


16/69

1 6


17/69


18/69

1 . C l e a n t h e S M A c o n n e c t o r s o f t h e c a b l e s , a n d s t a n d a r d s :

T h e r e l a t i v e l y i n e x p e n s i v e S M A c o n n e c t o r s a r e n o t m a d e t o b e c o n n e c t e d m o r e t h a n

a f e w t i m e s . Y o u m i g h t n o t i c e g o l d p a r t i c l e s o n t h e w h i t e d i e l e c t r i c o f t h e c a b l e s ,

a n d s t a n d a r d s w h i c h w i l l a e c t t h e q u a l i t y o f y o u r c a l i b r a t i o n a n d m e a s u r e m e n t . T h e

s t a n d a r d s w h i c h a r e s k e t c h e d b e l o w a r e a v a i l a b l e i n a s m a l l w o o d e n b o x . C l e a n t h e

c a b l e s a n d s t a n d a r d s ( 5 0 a n d s h o r t ) u s i n g a c o t t o n Q - t i p s , a l c o h o l a n d c o m p r e s s e d

a i r . S e e c o n n e c t o r c a r e i n A p p e n d i x 6 . 5 .

2 . P o w e r U p :

T u r n t h e N e t w o r k A n a l y z e r o n i f i t i s o o r p r e s s P R E S E T ] i f i t i s a l r e a d y o n .

3 . P e r f o r m a 2 - P o r t C a l i b r a t i o n o f t h e N e t w o r k A n a l y z e r

Y o u m i g h t n d i t c o n v e n i e n t t o s e l e c t t h e Z - S M I T H C H A R T f o r m a t f o r a l l t h e s c a t -

t e r i n g p a r a m e t e r s b e f o r e c a l i b r a t i n g . F o r e x a m p l e f o r S

2 1

:

p r e s s M e a s ]

c l i c k " S 2 1 "

p r e s s F o r m a t ]

c l i c k " S m i t h "

c l i c k " R + j X "

D o N O T H O L D t h e c a b l e w h e n y o u c a l i b r a t e a s t h i s i n t r o d u c e s c a l i b r a t i o n

i n s t a b i l i t i e s . J u s t l e t t h e c o a x i a l c a b l e l y i n g a t r e s t o n t h e t a b l e b e f o r e y o u

s e l e c t S H O R T , O P E N , 5 0

L O A D a n d t h e f o u r T H R U i n t h e c a l i b r a t i o n

p r o c e d u r e .

T o s t a r t t h e c a l i b r a t i o n p r e s s C A L ] a n d s e l e c t t h e 2 - p o r t C a l i b r a t i o n ( p . 1 0 1 ) . U s e

t h e c a l i b r a t i o n s h o r t , o p e n , 5 0 l o a d i n t h e S M A c a l i b r a t i o n k i t ( a v a i l a b l e i n t h e s m a l l

w o o d e n b o x ) f o r t h e r e e c t i o n c a l i b r a t i o n o f p o r t s 1 a n d 2 . A s k e t c h o f t h e s t a n d a r d s i s

g i v e n b e l o w . U s e t h e t h r u f o r t h e T H R U c a l i b r a t i o n . J u s t s k i p t h e i s o l a t i o n c a l i b r a t i o n

s t e p " I s o l a t i o n ( O p t i o n a l ) " .

C l i c k " D o n e " w h e n d o n e .

S a v e y o u r c a l i b r a t i o n i n a r e g i s t e r ( p . 2 4 4 ) :

p r e s s S a v e / R e c a l l ]

c l i c k " S a v e T y p e "

c l i c k " S t a t e & C a l "

c l i c k " S a v e S t a t e "

c l i c k " S t a t e 0 1 " ( o r a n y o t h e r )

1 8


19/69

V e r i f y t h e c a l i b r a t i o n b y t e s t i n g t h e 5 0 l o a d , t h e o p e n a n d s h o r t a n d t h r u c o n n e c t i o n s .

N o t e t h a t t h i s c a l i b r a t i o n i s o n l y v a l i d f o r t h e p a r t i c u l a r t e s t c a b l e s y o u a r e u s i n g .

P l e a s e d o n o t r e m o v e t h e t e s t c o a x i a l c a b l e s ! . Y o u a r e n o w r e a d y t o p e r f o r m a t w o - p o r t

m e a s u r e m e n t .

OPEN50

THRUSHORT

F i g u r e 3 . 1 : C a l i b r a t i o n S t a n d a r d s

B e f o r e y o u c o n t i n u e a f e w c o m m e n t s o n c a l i b r a t i o n a r e i n o r d e r .

T h e t r a n s m i s s i o n c a l i b r a t i o n r e q u i r e d t h e u s e o f a t h r u s t a n d a r d . A t h r u i s s u p p o s e d

t o h a v e n o l e n g t h . W e h a v e a m a t i n g p r o b l e m s i n c e o u r S M A c o n n e c t o r s a r e b o t h m a l e

c a n b e c o n n e c t e d t o g e t h e r . S i n c e a n e r r o r i n t h e t h r u c a l i b r a t i o n i s n o t t o o c r i t i c a l a t

3 G H z y o u u s e d t h e s h o r t f e m a l e t o f e m a l e b a r r e l a v a i l a b l e . A m o r e r i g o r o u s a p p r o a c h

a t h i g h - f r e q u e n c y r e q u i r e s t h e u s e o f t w o e q u a l l e n g t h b a r r e l s . T h e f e m a l e t o f e m a l e

b a r r e l i s c o n n e c t e d b e t w e e n p o r t 1 a n d p o r t 2 d u r i n g t h e t h r u c a l i b r a t i o n . T h e f e m a l e

t o m a l e w h i c h p r o v i d e s a n e q u a l e l e c t r i c l e n g t h i s c o n n e c t e d s a y t o p o r t 1 f o r t h e S 1 1

c a l i b r a t i o n a n d f o r t h e s u b s e q u e n t S - p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t s .

4 . S - p a r a m e t e r s o f a m i c r o w a v e a m p l i e r :

W e s h a l l n o w m e a s u r e t h e S p a r a m e t e r s o f a l o w n o i s e n a r r o w - b a n d m i c r o w a v e a m p l i -

e r .

C l e a n t h e c o n n e c t o r o f t h e a m p l i e r ( s e e A p p e n d i x 6 . 5 o n c o n n e c t o r c a r e ) .

C o n n e c t t h e l o w n o i s e a m p l i e r m o d e l 1 3 L N A ( a l u m i n i u m b o d y w i t h 2 S M A

c o n n e c t o r s , b l u e l a b e l ) b e t w e e n p o r t 1 ( i n p u t ) a n d 2 ( o u t p u t ) .

T u r n o n t h e H P 6 2 3 7 B p o w e r s u p p l y . T h e o p e r a t i n g v o l t a g e s h o u l d a l r e a d y b e s e t

t o 1 2 V o n t h e l o w e r s c a l e o f t h e p o w e r s u p p l y m e t e r ( D o n o t i n c r e a s e i t a s t h i s

w o u l d d a m a g e t h e a m p l i e r ) . N o t e : T h e r e d b a n a n a c a b l e s h o u l d b e c o n n e c t e d

t o + 1 8 V a n d t h e b l a c k c a b l e t o C O M . T h e m e t e r s w i t c h s h o u l d i n d i c a t e + 1 8 V .

C o n n e c t t h e p o w e r s u p p l y t o t h e a m p l i e r . R e s p e c t t h e p o l a r i t y ! R e d i s p o s i t i v e .

B l a c k i s n e g a t i v e . T o p r e v e n t p o w e r g a i n c o m p r e s s i o n o f t h e f r o n t e n d 1 3 L N A

a m p l i e r w e n e e d t o r e d u c e t h e p o w e r u s e d b y t h e N e t w o r k A n a l y z e r f o r t h e S -

p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t s t o - 1 0 d B m :

1 9


20/69

p r e s s S w e e p S e t u p ]

c l i c k " P o w e r "

e n t e r - 1 0 ]

1 ]

M a k e a h a r d c o p y o u t p u t o f S

2 1

o n t h e p r i n t e r :

p r e s s S y s t e m ]

c l i c k " P r i n t "

F i n d t h e f r e q u e n c y f

0

a t w h i c h S

2 1

i s m a x i m u m u s i n g t h e m a r k e r M K R . F i n d t h e

3 d B b a n d w i d t h B o f t h e a m p l i e r . R e c o r d j S

2 1

ja n d

j S

1 2

ji n d B a t t h i s f r e q u e n c y

a n d m e a s u r e j S

1 1

ja n d

j S

1 2

ju s i n g V S W R u n i t s .

5 . 1 d B P o w e r C o m p r e s s i o n :

W e s h a l l n o w m e a s u r e t h e 1 d B P o w e r c o m p r e s s i o n p o i n t a t t h e f r e q u e n c y f

0

o f t h e

a m p l i e r u n d e r t e s t .

T h e n e t w o r k a n a l y z e r E 5 0 7 1 B o e r s t h e c a p a b i l i t y ( n o t a l w a y s a s s o c i a t e d w i t h a n e t -

w o r k a n a l y z e r ) t o s w e e p t h e R F i n p u t p o w e r . A n a c c u r a t e m e a s u r e m e n t o f t h e o u t p u t

p o w e r o f a n a m p l i e r r e q u i r e s a s p e c i a l c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e t o a c c o u n t f o r t h e l o s s

t h r o u g h t h e t e s t s e t b e t w e e n t h e a m p l i e r o u t p u t a n d t h e r e c e i v e r i n p u t . F o r t h e s a k e

o f s i m p l i c i t y w e s h a l l b y p a s s h e r e t h i s s p e c i a l c a l i b r a t i o n . O u r m e a s u r e m e n t s h o u l d

g i v e u s t h e a m p l i e r ' s r e s p o n s e t o a p o w e r r a m p . R e c o r d j S

2 1

ji n d B o f t h e a m p l i e r

f o r - 1 0 d B m i n p u t p o w e r P

i n

. N o t e : P

i n

i n d B m i s d e n e d a s 1 0 l o g ( P

i n

= 1m W ) . F r o m

t h i s r e s p o n s e w e s h a l l d e t e r m i n e t h e i n p u t p o w e r a t w h i c h t h e g a i n j S

2 1

ji s c o m p r e s s e d

b y 1 d B .

M e a s u r e m e n t p r o c e d u r e :

S e l e c t a p o w e r s w e e p a t t h e f r e q u e n c y

f

o

( e . g . 2 G H z )

p r e s s S w e e p S e t u p ]

c l i c k " S w e e p T y p e "

c l i c k " P o w e r S w e e p "

c l i c k " P o w e r "

c l i c k " C W F r e q "

e n t e r 2 ] G / n ]

S e t t h e s t i m u l u s p a r a m e t e r s . P o w e r l e v e l s m u s t b e s e t s o t h a t t h e a m p l i e r i s

f o r c e d i n t o p o w e r g a i n c o m p r e s s i o n . T h e r a n g e o f t h e E 5 0 7 1 B ' s s o u r c e i s f r o m - 1 0

t o + 1 0 d B m .

p r e s s M e a s ]

c l i c k " S 2 1 "

p r e s s F o r m a t ]

2 0


21/69

c l i c k " L o g M a g "

S t a r t ] - 1 0 ]

1 ]

S t o p ] 1 0 ]

1 ]

U s e t h e m a r k e r M K R ] t o n d t h e i n p u t p o w e r f o r w h i c h a 1 d B d r o p i n t h e

a m p l i e r ' s g a i n o c c u r s r e l a t i v e t o t h e s m a l l s i g n a l g a i n .

6 . F i l l t h e L a b R e p o r t # 1 g i v e n i n A p p e n d i x 6 . 1 0 . A p p e n d t h e p l o t s w h i c h d o c u m e n t s

s t e p s 4 , a n d 5 .

3 . 3 P A R T I I : M e a s u r e m e n t o f t h e N o i s e F i g u r e

L o w n o i s e R F a n d m i c r o w a v e a m p l i e r s a r e u s e d a t t h e f r o n t e n d o f m i c r o w a v e c o m m u n i c a -

t i o n s y s t e m s t o a m p l i f y t h e w e a k s i g n a l s r e c i e v e d b y t h e a n t e n n a o r d i s h . T h e s i g n a l r e c i e v e d

f r o m a s a t t e l i t e a r e t y p i c a l l y i n t h e o r d e r o f - 1 2 0 d B m ( 1 0

;1 5

W a t t ) w h i c h c o r r e s p o n d s a p -

p r o x i m a t e l y t o a v o l t a g e o f 0 . 2 V a c r o s s a r e s i s t o r o f 5 0 .

T h e N o i s e F i g u r e F i s d e n e d ( s e e G o n z a l e z p . 2 9 6 ) a s t h e r a t i o o f t h e o u t p u t n o i s e p o w e r

P

N o

o f t h e a m p l i e r d i v i d e d b y t h e a m p l i e r g a i n G

A

a n d t h e i n p u t n o i s e p o w e r P

n i

.

F =

P

N o

P

N i

G

A

T h e n o i s e g u r e F o f a n a m p l i e r i s l a r g e r t h a n 1 b e c a u s e i t i s a m e a s u r e o f t h e n o i s e a d d e d

b y t h e a m p l i e r t o t h e o u t p u t n o i s e p o w e r . I f t h e a m p l i e r d i d n o t a d d n o i s e w e w o u l d h a v e

F= 1 o r 0 d B . T h e b a n d w i d t h

Bo f t h e a m p l i e r a n d i t s n o i s e g u r e F w i l l p e r m i t u s t o

c a l c u l a t e t h e m i n i m u m d e t e c t a b l e s i g n a l i n p u t p o w e r P

i m d s

( s e e G o n z a l e z p . 3 5 4 ) .

T h e m e a s u r e m e n t o f t h e n o i s e g u r e i s q u i t e s i m p l e w i t h t h e H P 8 9 7 0 B m e t e r .

1 . P o w e r u p :

T u r n t h e H P 8 9 7 0 B N o i s e F i g u r e m e t e r b y p r e s s i n g t h e L I N E s w i t c h O N . I f t h e n o i s e

g u r e m e t e r i s a l r e a d y o n p r e s s R E S E T . T h e n o i s e F i g u r e M e t e r p e r f o r m s a q u i c k

i n t e r n a l c h e c k a n d f r e q u e n c y c a l i b r a t i o n .

2 . S e t f r e q u e n c y p a r a m e t e r s :

T h e H P 8 9 7 0 B m e a s u r e s t h e n o i s e g u r e v e r s u s f r e q u e n c y f r o m 1 0 t o 1 8 0 0 M H z . T h e

d e f a u l t S T A R T , S T O P a n d S T A R T f r e q u e n c i e s a r e 1 0 , 1 6 0 0 a n d 2 0 M H z r e s p e c t i v e l y .

T o e x t e n d i t t o 1 8 0 0 M H z s i m p l y p r e s s S T O P F R E Q 1 8 0 0 E N T E R . N o t e : T h e n o i s e

g u r e o f t h e l o w n o i s e a m p l i e r 1 3 L N A a t i t s c e n t e r f r e q u e n c y f

0

c a n n o t b e m e a s u r e d

a s i t i s a b o v e 1 8 0 0 M H z . ]

2 1


22/69

3 . C a l i b r a t i o n :

C o n n e c t ( u s i n g a t h r u ) t h e N o i s e F i g u r e M e t e r a s s h o w n b e l o w

NOISE FIGURE METER

HP 8970B

NOISE SOURCE

INPUTSOURCE

F i g u r e 3 . 2 : N o i s e F i g u r e M e t e r C a l i b r a t i o n

P r e s s C A L I B R A T E t w i c e . T h e H P 8 9 7 0 B m e a s u r e s i t s o w n n o i s e g u r e . T h e n o i s e

g u r e m e t e r s h o u l d m a k e t w o f r e q u e n c y s w e e p s . I f a n e r r o r o c c u r s y o u m i g h t h a v e

t o i n c r e a s e t h e n u m b e r o f m e a s u r e m e n t s a v e r a g e d b y p r e s s i n g I N C R E A S E i n t h e

S M O O T H I N G b l o c k a n d t r y a g a i n . I f a f t e r s e v e r a l t r i a l s a n e r r o r i s s t i l l o c c u r i n g

y o u m i g h t h a v e t o l i m i t t h e m e a s u r e m e n t t o 1 6 0 0 M H z .

4 . M e a s u r e m e n t o f t h e N o i s e F i g u r e o f t h e A m p l i e r :

O n c e t h e n o i s e g u r e m e t e r h a s b e e n c a l i b r a t e d i t i s p o s s i b l e t o m e a s u r e t h e c o r r e c t e d

n o i s e g u r e a n d g a i n o f t h e d e v i c e u n d e r t e s t ( D U T ) . N o t e : T h i s n o i s e g u r e i s

c o r r e c t e d b e c a u s e t h e m e t e r r e m o v e s i t s o w n n o i s e g u r e f r o m t h e m e a s u r e m e n t r e s u l t s . ]

C o n n e c t t h e a m p l i e r b e t w e e n t h e n o i s e s o u r c e o u t p u t a n d t h e m e t e r i n p u t a s

s h o w n b e l o w :

NOISE FIGURE METER

HP 8970B

INPUTSOURCE

AMPLIFIERNOISE SOURCE

F i g u r e 3 . 3 : N o i s e F i g u r e M e a s u r e m e n t

2 2


23/69

T o m e a s u r e t h e n o i s e g u r e a n d g a i n p r e s s t h e k e y N O I S E F I G U R E A N D G A I N .

T h e I N S E R T I O N G A I N d i s p l a y s h o w s t h e d e v i c e g a i n a n d t h e N O I S F E F I G U R E

d i s p l a y s h o w s t h e n o i s e g u r e o f t h e D U T a t r o o m t e m p e r a t u r e a t t h e d i s p l a y e d

f r e q u e n c y .

C o n n e c t t h e H P 6 2 3 7 p o w e r s u p p l y t o t h e a m p l i e r . R e s p e c t t h e p o l a r i t y ! S e e

e a r l i e r i n s t r u c t i o n s r e g a r d i n g t h e u s e o f t h e p o w e r s u p p l y . N o t i c e t h e r e d u c t i o n

o f t h e n o i s e g u r e o n c e t h e a m p l i e r i s p o w e r e d .

M e a s u r e t h e n o i s e g u r e a n d g a i n a t 1 8 0 0 M H z b y e n t e r i n g t h e f r e q u e n c y .

M e a s u r e t h e n o i s e g u r e v e r s u s f r e q u e n c y b y p r e s s i n g t h e S I N G L E ] k e y t o o b t a i n

a s i n g l e s w e e p .

P l o t t h e d a t a m e a s u r e d .

{I n o r d e r t o p l o t , t h e n o i s e g u r e m e t e r m u s t b e t h e c o n t r o l l e r o f t h e H P I B

( I E E E 4 8 8 ) n e t w o r k . V e r i f y t h a t n o b o d y i s p l o t t i n g w i t h t h e H P 8 3 7 8 C a n d

i n f o r m t h e o t h e r u s e r s t h a t t h e n o i s e g u r e m e t e r w i l l t e m p o r a r e l y b e c o m e

t h e c o n t r o l l e r o f t h e H P I B n e t w o r k .

{P r e s s 4 8 . 0 S P E C I A L f u n c t i o n f o r t h e n o i s e g u r e m e t e r t o b e c o m e t h e c o n -

t r o l l e r .

{P r e s s 4 7 . 0 S P E C I A L F U N C T I O N t o v e r i f y t h a t t h e p l o t t e r i s o n t h e H P I B

n e t w o r k .

{T u r n t h e p l o t t e r o n a n d i n t r o d u c e a s h e e t o f p a p e r .

{P r e s s 2 5 . 0 S P E C I A L F U N C T I O N t o s t a r t t h e p l o t .

{O n c e t h e p l o t i s d o n e p r e s s 4 8 . 1 S P E C I A L F U N C T I O N t o f r e e t h e H P I B

n e t w o r k f r o m t h e c o n t r o l o f t h e n o i s e g u r e m e t e r .

5 . C o m p l e t e t h e L a b o r a t o r y R e p o r t # 1 w i t h t h e n o i s e g u r e d a t a . A p p e n d y o u n o i s e

g u r e p l o t . C a l c u l a t e t h e p o w e r o f t h e m i n i m u m d e c t e c t a b l e i n p u t s i g n a l P

i m d s

o f t h i s

a m p l i f e r a t f

0

( y o u w i l l n e e d t o e x t r a p o l a t e F

a tf

0

) .

2 3


24/69

2 4


25/69

4 . L A B O R A T O R Y 2 :

N o n l i n e a r R e s p o n s e o f A m p l i e r s u n d e r M u l t i t o n e E x c i t a t i o n s

4 . 1 I n t r o d u c t i o n a n d S y s t e m D i a g r a m

N o n - l i n e a r e e c t s i n R F p o w e r a m p l i e r s i s a t o p i c o f i n c r e a s i n g i m p o r t a n c e i n m o d e r n

c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s . T h e n o n l i n e a r i t y o f a n a m p l i e r i s i n d e e d r e s p o n s i b l e f o r t h e i n t r o -

d u c t i o n o f s p u r i o u s s i g n a l s i n t h e R F f r e q u e n c y b a n d o f o p e r a t i o n a n d i n a d a j a c e n t b a n d s . I n

t h i s l a b o r a t o r y y o u w i l l c o n d u c t 3 d i e r e n t e x p e r i m e n t s t o m e a s u r e n o n - l i n e a r e e c t s a r i s i n g

u n d e r m u l t i t o n e e x c i t a t i o n s a p p r o x i m a t i n g m o d u l a t e d s i g n a l s u s e d i n c o m m u n i c a t i o n s y s -

t e m s . E x p e r i m e n t s I , I I a n d I I I , a l l m a k e u s e o f t h e s y s t e m s h o w n i n F i g . 4 . 1 . T h e s y s t e m

s h o u l d h a v e b e e n p r e i n s t a l l e d b y t h e T A a n d n o a d d i t i o n a l c o n n e c t i o n w i l l b e r e q u i r e d .

I t i s h o w e v e r n e c e s s a r y t o p o w e r u p a l l t h e i n s t r u m e n t s . P l e a s e s t u d y t h i s c i r c u i t d i a g r a m

a n d i d e n t i f y t h e v a r i o u s c o m p o n e n t s b e f o r e d o i n g t h i s l a b . T h e R F s i g n a l i s g e n e r a t e d b y t h e

R D L I M D S i m u l a t o r w h i c h i s a m u l t i t o n e g e n e r a t o r c o m b i n i n g t h e o u t p u t o f u p t o 7 ( 6 i n

o u r e x p e r i m e n t s ) i n d e p e n d e n t p h a s e - l o c k e d R F s o u r c e s ( t h e 8 t h c h a n n e l h a s b e e n d a m a g e d ) .

T h e R F s i g n a l a f t e r a 2 0 d B a t t e n u a t i o n i s s e n t t o a n H P 8 4 4 7 B a m p l i e r . I n i t s l i n e a r r e g i m e

t h i s a m p l i e r c a n p r o v i d e u p t o 2 2 d B g a i n i n t h e . 4 t o 1 . 3 G H z f r e q u e n c y r a n g e . 1 7 d B

g a i n w a s m e a s u r e d i n o u r e x p e r i m e n t b e l o w , c e r t a i n l y d u e i n p a r t t o g a i n s a t u r a t i o n a s t h e

P A m a x i m u m o u t p u t i s s t a t e d t o b e 3 d B m . A t t h e o u p u t a 2 0 d B d i r e c t i o n c o u p l e r i s u s e d

t o i n s p e c t t h e R F s i g n a l u s i n g a s p e c t r u m a n a l y z e r . T h e R F s i g n a l i s t h e n s e n t t o a 1 7 l e v e l

( n e e d s 1 7 d B m a t t h e L O i n p u t ) m i x e r f o r d o w n c o n v e r s i o n . T h e c o n v e r s i o n l o s s f r o m R F

t o I F i s a r o u n d 6 d B . T h e r e s u l t i n g I F s i g n a l i s t h e n s e n t t o a d i g i t a l s c o p e f o r i n s p e c t i n g

t h e R F e n v e l o p e .

T o a c q u a i n t y o u r s e l f w i t h t h e t y p i c a l p o w e r l e v e l s a t t h e d i e r e n t n o d e s i n t h e s y s t e m d i a g r a m

o f F i g u r e 4 . 1 , p l e a s e r e f e r t o T a b l e 4 . 1 w h i c h g i v e s t h e d a t a m e a s u r e d f o r a n i n p u t p o w e r o f

- 3 1 d B m o n t h e R F a m p l i e r .

T h e p o w e r l e v e l o n e a c h n o d e w e r e m e a s u r e d w i t h t h e E 4 4 0 5 B s p e c t r u m a n a l y z e r w i t h

t h e I M D S i m u l a t o r s S Y S A T T E N ( i n t e r n a l s y s t e m a t t e n u a t o r i n s i d e R D L I M D S i m u l a t o r )

s e t t o 1 5 d B , F R E Q U E N C Y s e t t o 8 6 9 M H z a n d A T T E N s e t t o 0 d B f o r e a c h c h a n n e l .

C o r r e s p o n d i n g p o w e r l e v e l v a l u e s s h o w n o n E E 4 4 0 5 B a r e l i s t e d b e l o w .

T h e 2 0 d B x e d a t t e n u a t o r c r e a t e s 2 0 d B o f a t t e n u a t i o n f r o m n o d e A t o B . T h e A m p l i e r

a m p l i e s t h e i n p u t s i g n a l ( n o d e B ) a n d o u t p u t s a s t r o n g e r s i g n a l ( n o d e C ) . T h e d i r e c t i o n a l

C o u p l e r l e t a v e r y s m a l l f r a c t i o n o f i t s i n p u t p o w e r ( n o d e C ) c o u p l e t o n o d e D w h i l e t h e

r e m a i n d e r o f t h e s i g n a l p o w e r i s a v a i l a b l e a t n o d e . S o t h e p o w e r l e v e l a t n o d e C a n d E

s h o u l d b e e s s e n t i a l l y e q u a l . N o d e D i s c o n n e c t e d t o t h e i n p u t o f t h e S p e c t r u m A n a l y z e r . S o

2 5


26/69

CB20 dB Fixed Attenuator

A

Spectrum Analyzer

Amplifier

C

D

E

IF

F

22 dB

Multitone Generator

Directional Coupler

Oscilloscope

Mixer

LO

RFG

F i g u r e 4 . 1 : E E 7 2 3 L a b 2 S y s t e m D i a g r a m

N o d e M e a s u r e d P o w e r L e v e l ( d B m )

w i t h E 4 4 0 5 B

A - 3 . 3

B - 2 3 . 2

C - 2 . 9

D - 2 5 . 4

E - 4 . 7

F 1 7

t h e p o w e r l e v e l o n n o d e C i s a p p r o x i m a t e l y 2 2 d B L A R G E R t h a n t h e p o w e r l e v e l m e a s u r e d

b y t h e S p e c t r u m A n a l y z e r a t n o d e D . D u r i n g y o u r d a t a a n a l y s i s , D O R E M E M B E R t h e s e s

p o w e r l e v e l r e l a t i o n s h i p s :

P

C

= P

E

a n d P

C

j

d B m

= P

D

j

d B m

+ 2 2 d B

S e r v i n g a s a L o c a l O s c i l l a t o r f o r t h e M i x e r , t h e s i g n a l o n n o d e F w h i c h i s t a k e n f r o m t h e r e a r

p a n e l o r i g i n a t e s f r o m c h a n n e l # 7 o f t h e R D L I M D S i m u l a t o r . A f t e r t h e d o w n - c o n v e r s i o n

p e r f o r m e d b y t h e M i x e r , t h e r e s u l t e d I F s i g n a l i s s e n t t o t h e i n p u t c h a n n e l # 1 o f t h e d i g i t i z e d

O s c i l l o s c o p e .

2 6


27/69

4 . 2 E X P E R I M E N T I

4 . 2 . 1 L a b o r a t o r y G o a l

I n t h i s r s t e x p e r i m e n t y o u w i l l l e a r n t o u s e t h e v a r i o u s p i e c e s o f e q u i p m e n t :

* T h e m u l t i s i n e g e n e r a t o r ( I M D S i m u l a t o r )

* T h e s p e c t r u m a n a l y z e r ( E 4 4 0 5 B )

* T h e d i g i t a l s c o p e ( H P 5 4 5 0 3 A O s c i l l o s c o p e )

a n d d e v e l o p a m e t h o d f o r e s t i m a t i n g t h e p e a k R F p o w e r w h i c h y o u w i l l c a l i b r a t e f o r a

c o n s t a n t e n v e l o p e s i n g l e - t o n e s i g n a l b y c o m p a r i n g y o u r t i m e d o m a i n a n d f r e q u e n c y d o m a i n

m e a s u r e m e n t s .

4 . 2 . 2 O u t p u t D a t a T o B e R e c o r d e d

* p o w e r s h o w n o n t h e s p e c t r u m a n a l y z e r

* m a x s i g n a l l e v e l ( V p - p / 2 ) o n t h e d i g i t a l s c o p e f o r I

( p h i 7 = 0

o

)

* m a x s i g n a l l e v e l ( V p - p / 2 ) o n t h e d i g i t a l s c o p e f o r Q

( p h i 7 = 9 0

o

) )

* T h e s e d a t a a r e r e c o r d e d f o r 3 d i e r e n t p o w e r l e v e l s o b t a i n e d b y s e t t i n g t h e I M D

S i m u l a t o r s S Y S A T T E N . t o 5 , 1 0 a n d 1 5 d B r e s p e c t i v e l y .

4 . 2 . 3 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e

( 0 ) P o w e r U p A l l E q u i p m e n t

P o w e r u p t h e f o l l o w i n g e q u i p m e n t ( i f n o t a l r e a d y o n ) :

A G I L E N T S P E C T R U M A N A L Y Z E R E 4 4 0 5 B

H P 5 4 5 0 3 A D I G I T I Z I N G O S C I L L O S C O P E

R D L , I n c I N T E R M O D U L A T I O N D I S T O R T I O N S I M U L A T O R

T h e o s c i l l o s c o p e i s p o w e r e d b y u s i n g t h e s w i t c h o n t h e r i g h t l e g o f t h e b e n c h t a b l e

2 7


28/69

( 1 ) C o n g u r e I n t e r m o d u l a t i o n D i s t o r t i o n S i m u l a t o r ( I M D S i m u l a t o r )

T h e I M D S i m u l a t o r u s e s 3 p r i m a r y m e n u s t o a c c e s s a l l f u n c t i o n s . E a c h o f t h e s e m e n u s m a y

b e a c c e s s e d u s i n g t h e r i g h t a r r o w k e y !

. T h e D a t a E n t r y k e y s i n c l u d e d i g i t s f r o m 0 t o 9 ,

t h e 4 a r r o w k e y s ( , ! , " , #

) a n d t h e E N T k e y .

I n E x p e r i m e n t I o n l y c h a n n e l # 1 a n d # 7 a r e a c t i v a t e d . C h a n n e l # 7 w i l l b e t h e L O s i g n a l

i n t h e w h o l e l a b . C h a n n e l # 1 h e r e s e r v e s a s t h e R F s i g n a l i n t h i s r s t e x p e r i m e n t . T h i s

o n e - t o n e R F s i g n a l i s a m p l i e d b y t h e H P 8 4 4 7 B A m p l i e r a n d t h e n t h e a m p l i e d s i g n a l g o e s

t o M i x e r Z L W - 1 1 H . F o r C h a n n e l # 7 w h i c h g o e s t o t h e L O t e r m i n a l o f t h e M i x e r Z L W - 1 1 H ,

w e w i l l u s e 2 d i e r e n t p h a s e s f o r g e n e r a t i n g t h e I

a n dQ

s i g n a l s .

C h a n n e l # 1 : f 1 = 8 6 9 M H z , p h i 1 = 0 d e g r e e

C h a n n e l # 7 : f 8 = 8 6 8 . 5 M H z , p h i 7 = 0 a n d 9 0 d e g r e e

( 1 a ) A c t i v a t e C h a n n e l # 1

P r e s s r i g h t a r r o w

!t o s w i t c h t o t h e C H A N N E L C O N F I G U R A T I O N m e n u .

P r e s s d o w n a r r o w k e y

#u n t i l y o u h a v e a n a s t e r i s k " * " n e x t t o C H A N # 1 i n t h e c h a n n e l

d i s p l a y l i s t .

P r e s s d i g i t " 1 " t o a c t i v a t e C H A N # 1 u s i n g T O G G L E O N .

P r e s s d i g i t " 2 " t o s e l e c t C H A N G E F R E Q U E N C Y .

P r e s s d i g i t " 8 " , " 6 " , " 9 " a n d t h e n E N T t o s e t 8 6 9 M H z f o r C H A N # 1 .

P r e s s d i g i t " 3 " t o s e l e c t C H A N G E A T T E N U A T I O N .

P r e s s d i g i t " 0 " a n d t h e n E N T t o s e t 0 d B a t t e n u a t i o n f o r C H A N # 1 .


!t o s w i t c h t o t h e P H A S E C O N T R O L m e n u .

P r e s s d i g i t " 5 " o n k e y p a d t o s e l e c t M A N U A L P H A S E c o n t r o l . P r e s s d i g i t " 0 " a n d t h e n

E N T t o s e t 0 d e g r e e f o r t h e p h a s e o f C H A N # 1 .

( 1 b ) A c t i v a t e C h a n n e l # 7 ( S e t p h a s e t o 0 d e g r e e )

P r o c e d u r e s a r e s i m i l a r t o t h o s e f o r a c t i v a t i n g c h a n n e l # 1 .

2 8


29/69


!t o s w i t c h t o t h e C H A N N E L C O N F I G U R A T I O N m e n u .

P r e s s d o w n a r r o w k e y

#u n t i l y o u h a v e a s t e r i s k " * " l a b e l e d o n C H A N # 7 i n t h e c h a n n e l

d i s p l a y l i s t .

P r e s s d i g i t " 1 " t o a c t i v a t e C H A N # 7 u s i n g T O G G L E O N .

P r e s s d i g i t " 2 " t o s e l e c t C H A N G E F R E Q U E N C Y .

P r e s s d i g i t " 8 " , " 6 " , " 8 " , " 5 " a n d t h e n E N T t o s e t 8 6 8 . 5 M H z f o r C H A N # 7 .

P r e s s d i g i t " 3 " t o s e l e c t C H A N G E A T T E N U A T I O N .

P r e s s d i g i t " 0 " a n d t h e n E N T t o s e t 0 d B a t t e n u a t i o n f o r C H A N # 7 .


!t o s w i t c h t o t h e P H A S E C O N T R O L m e n u .

P r e s s d i g i t " 5 " o n k e y p a d t o s e l e c t M A N U A L P H A S E c o n t r o l . P r e s s d i g i t " 0 " a n d t h e n

E N T t o s e t 0 d e g r e e f o r t h e p h a s e o f C H A N # 7 .

( 1 c ) S e t S y s t e m A t t e n u a t i o n


!t o s w i t c h t o t h e S Y S T E M C O N T R O L m e n u .

P r e s s d i g i t " 2 " t o s e l e c t O U T P U T A T T E N .

P r e s s d i g i t " 5 " a n d t h e n E N T t o s e t 5 d B s y s t e m a t t e n u a t i o n .

( 1 d ) C h e c k I M D S i m u l a t o r S t a t u s

T h e f o u r p a r a m e t e r s d i s p l a y e d o n s c r e e n s h o u l d b e t h e s a m e a s s h o w n b e l o w :

I E E E : O F F S A M P L E : I N T E R N A L S Y S A T T E N . = 0 5 D B P H A S E : M A N U A L

O n l y C H A N # 1 a n d # 7 s h o u l d b e O N n o w , a n d o t h e r c h a n n e l s s h o u l d b e O F F . F o l l o w t h e

s a m e p r o c e d u r e a s f o r s e t t i n g t h e c h a n n e l O N t o t o g g l e u n w a n t e d c h a n n e l s t o O F F i f t h e y

a r e O N .

2 9


30/69

( 2 ) P o w e r u p H P 8 4 4 7 B A m p l i e r

( 3 ) L o c a t e S p e c t r u m o n S p e c t r u m A n a l y z e r E 4 4 0 5 B

{ P r e s s b l a c k b u t t o n F R E Q U E N C Y ] - " C e n t e r F r e q " , s e t t o 8 6 9 M H z

{ P r e s s b l a c k b u t t o n S P A N ] - " S p a n " , s e t t o 2 0 M H z

{ P r e s s b l a c k b u t t o n A M P L I T U D E ] - " R e f L e v e l " , s e t t o 2 0 d B m

{ P r e s s b l a c k b u t t o n A M P L I T U D E ] - " A t t e n u a t i o n " , s e t t o 3 0 d B .

{ P r e s s b u t t o n B W / A v g ] - " R e s B W " , s e t t o 9 K H z

U s e t h e P e a k S e a r c h ] b u t t o n a n d i t s m e n u t o n d p e a k p o w e r l e v e l s h o w n i n t h e s p e c t r u m .

T h e w h i t e k n o b o n p a n e l c a n b e u s e d t o m o v e t h e p o s i t i o n o f m a r k e r a s w a n t e d .

S k e t c h t h e p o w e r s p e c t r u m s h o w n o n t h e E 4 4 0 5 B s p e c t r u m a n a l y z e r . W i t h f o l l o w i n g p r o c e -

d u r e s , a l s o s a v e t h e d a t a t r a c e a s * . C S V l e o n t h e o p p y d i s k ( d r i v e A : ) .

P r e s s b u t t o n F i l e ] - " S a v e " - " F o r m a t " - " C S V " - " D i r U p " - c h o o s e A : d r i v e - " D i r S e l e c t "

- " S a v e N o w " - A m e s s a g e " S a v i n g F i l e " i s s h o w n o n s c r e e n .

T h e * . C S V l e c a n b e o p e n e d a n d p r o c e s s e d u s i n g E X C E L . T h e n t h e p o w e r s p e c t r u m c a n

b e r e g e n e r a t e d w i t h p l o t f u n c t i o n s o f E X C E L .

R e c o r d p o w e r o n t h e s p e c t r u m a n a l y z e r R e c o r d

Id a t a o n t h e s c o p e r e s p e c t i v e l y ( s e e

S e c t i o n 4 . 2 . 2 f o r d e t a i l s ) .

( 4 ) M e a s u r e A m p l i t u d e o f I F S i g n a l o n H P 5 4 5 0 3 A O s c i l l o s c o p e

P r e s s C H A N o n k e y p a d o f H P 5 4 5 0 3 A O s c i l l o s c o p e . B y u s i n g s o f t k e y s ( o n e c o l u m n

t o t h e r i g h t o f d i s p l a y s c r e e n ) , s e l e c t C h a n n e l # 1 " o n " . S e t 1 0 0 m V / d i v u s i n g t h e k n o b

o r b y i n p u t i n g d i g i t n u m b e r s . S e t " O s e t " = 0 V . S e t b o t h " d c " a n d " B W l i m " f o r 5 0

( n o t 1 M ) .

P r e s s T R I G , u s e s o f t k e y s t o s e l e c t " a u t o " a n d " e d g e " m o d e .

P r e s s T I M E B A S E , s e t " 1 u s / d i v " b y k n o b o r i n p u t i n g d i g i t n u m b e r s .

P r e s s D I S P L A Y , u s e s o f t k e y t o s e t " n o r m a l " m o d e S e t " C o n n e c t d o t s " a s " O N " .

P r e s s D E F I N E M E A S , u s e s o f t k e y t o s e t " s t a t i s t i c s " b e i n g " o " .

3 0


31/69

P r e s s t h e o n l y b l u e c o l o r e d b u t t o n o n k e y p a d . P r e s s F R E Q a n d t h e n d i g i t " 1 " ( i . e .

c h a n n e l 1 ) t o o b t a i n t h e f r e q u e n c y o f t h e s i g n a l d i s p l a y e d o n t h e s c o p e .

P r e s s t h e b l u e c o l o r e d b u t t o n a g a i n . P r e s s V P - P a n d t h e n d i g i t " 1 " ( i . e . c h a n n e l 1 )

t o o b t a i n t h e s i g n a l v o l t a g e p e a k - t o - p e a k v a l u e ( V p - p ) o f t h e s i g n a l d i s p l a y e d o n t h e

s c o p e .

R e c o r d D a t a

( 5 ) R e c o n g u r e C H A N # 7 ( S e t p h a s e t o 9 0 d e g r e e )

U s e t h e s a m e p r o c e d u r e a s a b o v e t o a c t i v a t e C H A N # 7 b u t s e t n o w i t s p h a s e t o 9 0

d e g r e e .

R e c o r d

Qd a t a .

( 6 ) A c q u i r e D a t a f o r A n o t h e r T w o C a s e s

S e t I M D S i m u l a t o r ' s S Y S . A T T E N . t o 1 0 d B , t h e n f o l l o w t h e s a m e m e a s u r e m e n t

p r o c e d u r e .

S e t I M D S i m u l a t o r ' s S Y S . A T T E N . t o 1 5 d B , t h e n f o l l o w t h e s a m e m e a s u r e m e n t

p r o c e d u r e .

4 . 2 . 4 D a t a A n a l y s i s

A m o d u l a t e d R F s i g n a l c a n b e w r i t e n :

x

R F

( t) =

A ( t) c o s ! t

+ ( t) ] =

I ( t) c o s ( ! t

) ; Q ( t) s i n ( ! t

)

w i t h I ( t

) =A ( t

) c o s ( t )

Q ( t) =

A ( t) s i n

( t )

T h e R F s i g n a l e n v e l o p e a m p l i t u d e E n v( t

) i s r e c o v e r e d f r o m t h e m e a s u r e d d a t a u s i n g :

E n v( t

) =j A ( t ) j =

q

I ( t )

2

+ Q ( t )

2

I n t h i s r s t e x p e r i m e n t t h e e n v e l o p e i s c o n s t a n t i n t i m e . E v a l u a t e t h e m i x e r a t t e n u a t i o n

c o e c i e n t L

c

=

2

f r o m t h e f o l l o w i n g r e l a t i o n s :

3 1


32/69

V

r f

= E n v

P

r f a v g

= P

r f p e a k

=

V

2

r f

2 Z

o

=

2

E n v

2

2 Z

o

w i t h Z

o

= 5 0

2

=

2 Z

o

P

r f a v g

E n v

2

( d B ) = 2 0 l o g (

) = 1 0 l o g (

2

) =P

r f a v g

j

d B m

;

E n v

2

2 Z

o

j

d B m

( d B ) s h o u l d b e a r o u n d 6 d B . I t r e s u l t s t h a t w e h a v e :

P

r f p e a k

j

d B m

= ( d B ) +

E n v

2

2 Z

o

d B m

V e r i f y t h a t t h i s r e l a t i o n w o r k s f o r t h e d i e r e n t I M D S i m u l a t o r ' s S Y S A T T E N . l e v e l s o f 5 , 1 0

a n d 1 5 d B b y t a b u l a t i n g a n d c o m p a r i n g t h e

( d B ) o b t a i n e d f o r t h e s e d i e r e n t p o w e r v a l u e s .

T h e e n v e l o p e E n v w i l l b e u s e d t o m e a s u r e t h e p e a k R F p o w e r P r f , p e a k a n d c a l c u l a t e t h e

P e a k t o A v e r a g e R a t i o ( P A R ) i n E x p e r i m e n t I I I .

P A R ( d B ) = 1 0 l o g

P

r f p e a k

P

r f a v g

!

= P

r f p e a k

j

d B m

; P

r f a v g

j

d B m

4 . 3 E X P E R I M E N T I I

4 . 3 . 1 L a b o r a t o r y G o a l s

I n t h i s e x p e r i m e n t y o u w i l l

* o b s e r v e t h e s p e c t r a l r e g r o w t h g e n e r a t e d b y t h e a m p l i e r f o r a m u l t i t o n e R F s i g n a l

u s i n g t h e s p e c t r u m a n a l y z e r ( t h e R F e n v e l o p e d i s p l a y e d o n t h e d i g i t a l s c o p e w i l l n o t

u s e d h e r e ) .

* m e a s u r e t h e v a r i a t i o n o f t h e s p e c t r a l r e g r o w t h g e n e r a t e d b y t h e a m p l i e r w i t h t h e

i n p u t p o w e r l e v e l .

3 2


33/69


* T h e p o w e r s p e c t r u m p l o t f o r 3 d i e r e n t p o w e r l e v e l s s e t b y t h e I M D S i m u l a t o r ' s S Y S

A T T E N ( 5 , 1 0 , 1 5 d B , r e s p e c t i v e l y ) .

* T h e s i g n a l p o w e r i n t h e c e n t r a l b a n d a n d i n t h e l o w e r a n d u p p e r s i d e b a n d s .


D o N O T c h a n g e t h e c i r c u i t c o n n e c t i o n s . M a n y o f t h e m e a s u r e m e n t o p e r a t i o n s w i l l b e s i m i l a r

t o t h o s e i n E x p e r i m e n t I .

( 1 ) C o n g u r e I n t e r m o d u l a t i o n D i s t o r t i o n S i m u l a t o r ( I M D S i m u l a t o r )

I n E x p e r i m e n t I I c h a n n e l s # 1 t o # 7 a r e a c t i v a t e d . C h a n n e l # 7 s t i l l s e r v e s a s L O s i g n a l

C h a n n e l # 1 t o # 6 a r e u s e d t o g e n e r a t e a 6 - t o n e R F s i g n a l .

I n E x p e r i m e n t I I , C h a n n e l s # 1 t o # 6 h a v e f r e q u e n c y s p a c i n g o f 5 0 0 K H z , a n d a l l 7 c h a n n e l s

h a v e 0 p h a s e c o n g u r e d .

( 1 a ) A c t i v a t e C h a n n e l # 1

U s i n g t h e s a m e p r o c e d u r e s a s i n E x p e r i m e n t I , a c t i v a t e C h a n n e l # 1 , a n d s e t t h e f r e q u e n c y ,

c h a n n e l a t t e n u a t i o n a n d p h a s e f o r c h a n n e l # 1 t o 8 6 9 . 0 M H z , 0 d B a n d 0 d e g r e e r e s p e c t i v e l y .

( 1 b ) A c t i v a t e C h a n n e l # 7 ( S e t 0 d e g r e e p h a s e )

U s i n g t h e s a m e p r o c e d u r e a s a b o v e , a c t i v a t e C h a n n e l # 7 , a n d s e t t h e f r e q u e n c y , c h a n n e l

a t t e n u a t i o n a n d p h a s e f o r c h a n n e l # 7 t o 8 6 8 . 5 M H z , 0 d B a n d 0 d e g r e e r e s p e c t i v e l y .

( 1 c ) A c t i v a t e C h a n n e l # 2 t o C h a n n e l # 6 ( C h a n n e l # 8 s e t t o O F F )

U s i n g t h e s a m e p r o c e d u r e a s a b o v e , a c t i v a t e t h e r e m a i n i n g c h a n n e l a n d s e t t h e f r e q u e n c y ,

c h a n n e l a t t e n u a t i o n a n d p h a s e f o r c h a n n e l # 2 t o # 6 ( f r e q u e n c y s t e p p e d b y 0 . 5 M H z ) . W h e n

d o n e t h e n a l c o n g u r a t i o n o b t a i n e d s h o u l d b e a s f o l l o w :

3 3


34/69

I E E E : O F F S A M P L E : I N T E R N A L S Y S A T T E N . = 0 5 D B P H A S E : M A N U A L

C H A N F R E Q U E N C Y A T T E N P H A S E

1 O N 8 6 9 . 0 0 M H Z 0 0 . 0 D B 0 0 0

2 O N 8 6 9 . 5 0 M H Z 0 0 . 0 D B 0 0 0

3 O N 8 7 0 . 0 0 M H Z 0 0 . 0 D B 0 0 0

4 O N 8 7 0 . 5 0 M H Z 0 0 . 0 D B 0 0 0

5 O N 8 7 1 . 0 0 M H Z 0 0 . 0 D B 0 0 0

6 O N 8 7 1 . 5 0 M H Z 0 0 . 0 D B 0 0 0

7 O N 8 6 8 . 5 0 M H Z 0 0 . 0 D B 0 0 0

8 O F F

( 2 ) P o w e r u p H P 8 4 4 7 B A m p l i e r

( 3 ) L o c a t e t h e S p e c t r u m o n S p e c t r u m A n a l y z e r E 4 4 0 5 B

S t a r t i n g f r o m t h e s a m e c o n g u r a t i o n a s i n E x p e r i m e n t I ( k e e p S Y S . A T T E N = 5 d B ) , o n l y

c h a n g e t h e f o l l o w i n g t w o s e t t i n g s o n t h e s p e c t r u m a n a l y z e r E 4 4 0 5 B :

{ P r e s s b l a c k b u t t o n A M P L I T U D E ] - " R e f L e v e l " , s e t t o 0 d B m

{ P r e s s b l a c k b u t t o n A M P L I T U D E ] - " A t t e n u a t i o n " , s e t t o 1 0 d B

U s e t h e P e a k S e a r c h ] b u t t o n a n d i t s m e n u t o n d t h e p o w e r l e v e l s o f a l l 1 8 t o n e s s h o w n

i n t h e s p e c t r u m : t h e 6 i n - b a n d ( I B ) t o n e s , t h e 6 a d j a c e n t l o w e r s i d e - b a n d ( L S B ) t o n e s

a n d t h e 6 a d j a c e n t u p p e r s i d e - b a n d ( U S B ) t o n e s .

T h e w h i t e k n o b o n p a n e l c a n b e u s e d t o m o v e t h e p o s i t i o n o f m a r k e r a s w a n t e d .

( 4 ) M e a s u r e D a t a f o r A n o t h e r T w o C a s e s

S e t I M D S i m u l a t o r ' s S Y S . A T T E N . t o 1 0 d B , a n d f o l l o w t h e s a m e p r o c e d u r e a s a b o v e

t o r e c o r d d a t a ( 1 8 t o n e s ) s h o w n o n s p e c t r u m a n a l y z e r .

S e t I M D S i m u l a t o r ' s S Y S . A T T E N . t o 1 5 d B , a n d f o l l o w t h e s a m e p r o c e d u r e a s a b o v e

t o r e c o r d d a t a ( 1 8 t o n e s ) s h o w n o n s p e c t r u m a n a l y z e r .

3 4


35/69

4 . 3 . 4 D a t a A n a l y s i s

* T a b u l a t e t h e v a r i a t i o n o f t h e A C P R

w i t h t h e o u t p u t p o w e r P

r f a v g

. N o t e t h a t y o u

h a v e t o c o n v e r t b a c k t o m W b e f o r e a d d i n g t h e p o w e r l e v e l s i n t h e v a r i o u s b a n d s .

T h e A C R P i s d e n e d h e r e a s :

A C P R =

P

I B

( 6 t o n e s )

P

L S B

( 6 t o n e s ) + P

U S B

( 6 t o n e s )

4 . 4 E X P E R I M E N T I I I

4 . 4 . 1 L a b o r a t o r y G o a l s

I n t h i s e x p e r i m e n t y o u w i l l :

* r e c o r d t h e v a r i a t i o n o f t h e s p e c t r a l r e g r o w t h w i t h t h e P A R

* c o r r e l a t e A C P R a n d P A R u n d e r a x e d p o w e r l e v e l f o r t h r e e d i e r e n t p h a s e c o n d i t i o n s


F o r e a c h o f t h e 3 p h a s e c o n d i t i o n s t o b e c o n s i d e r e d w e w i l l

* S a v e t h e s p e c t r u m d i s p l a y e d o n t h e E 4 4 0 5 B .

* R e c o r d t h e s i g n a l p o w e r i n t h e i n - b a n d a n d i n t h e l o w e r a n d u p p e r s i d e b a n d s s h o w n

o n E 4 4 0 5 B ( 1 8 t o n e s t o t a l ) .

* M e a s u r e I

a n dQ

o n t h e o s c i l l o s c o p e a n d c a l c u l a t e t h e e n v e l o p e E n v


D o N O T c h a n g e t h e c i r c u i t c o n n e c t i o n s . A g a i n t h e m e a s u r e m e n t s a r e s i m i l a r t o t h o s e i n

E x p e r i m e n t I I . T h e m e a s u r e m e n t i n c l u d e 3 p a r t s :

* T h e r a n d o m p h a s e c o n d i t i o n

* T h e m i n i m u m A C P R p h a s e c o n d i t i o n

* T h e m a x i m u m A C P R p h a s e c o n d i t i o n

3 5


36/69

( 1 ) M e a s u r e m e n t f o r T h e R a n d o m P h a s e C o n d i t i o n

S t a r t i n g f r o m s a m e c o n g u r a t i o n a s i n E x p e r i m e n t I I ( w i t h S Y S . A T T E N = 1 5 d B ) , e x e c u t e

t h e f o l l o w i n g s t e p s :

O n s p e c t r u m a n a l y z e r E 4 4 0 5 B p r e s s R E F L E V E L , s e t t o - 1 0 d B m p r e s s I N P U T

A T T E N , s e t t o 0 d B

O n t h e I M D S i m u l a t o r p r e s s r i g h t a r r o w k e y

!t o s w i t c h t o t h e S Y S T E M C O N T R O L

m e n u , p r e s s O U T P U T A T T E N a n d i n p u t 1 5 d B s y s t e m a t t e n u a t i o n .

O n t h e I M D S i m u l a t o r p r e s s r i g h t a r r o w k e y

!t o s w i t c h t o t h e P H A S E C O N T R O L

m e n u , p r e s s R A N D O M I Z E P H A S E

R e c o r d t h e 1 8 t o n e d a t a o n t h e s p e c t r u m a n a l y z e r u s i n g t h e s a m e p r o c e d u r e a s i n

e x p e r i m e n t I I .

O n t h e I M D S i m u l a t o r p r e s s d o w n a r r o w k e y

#t i l l t

design and testing of microwave amplifiers

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