Спектроанализатор, Поговорим? Опции

[Chenakin]

Решил взглянуть, чем дышит сейчас СВЧ-форум. И стало грустно. В плане “настоящих буйных мало” (в смысле тем ). Остановить автомобиль – это, конечно, круто, но...

...но не всё так безнадёжно. Вот – интересная статья Сергея Бельчикова с сайта Элвиры (имеется в свободном доступе):

www.elvira.ru/assets/files/BELAN140_240_280_400_Russian_SPA_family_part1_corrected.pdf
www.elvira.ru/assets/files/BELAN140_240_280_400_Russian_SPA_family_part2_corrected.pdf
www.elvira.ru/assets/files/BELAN140_240_280_400_Russian_SPA_family_part3_corrected.pdf

Довольно объёмная статья, состоящая из трёх частей, много деталей, думаю, будет полезной для многих. В третьей части (часть 3, стр. 59, Скорость) Сергей отмечает один интересный момент, цитирую выборочно: “Скорость — это тот параметр, которому с недавнего времени стали уделять повышенное внимание при построении анализаторов спектра........ Развитие синтезаторов на ГУНах сделало возможным серьезное ускорение анализаторов спектра......... выигрыш в скорости в диапазоне трехкратного преобразования, который обеспечивается использованием гетеродина на ГУНе, в диапазоне двукратного преобразования (основной диапазон СВЧ-анализатора спектра) сводится к нулю необходимостью использования ЖИГ-преселектора.” Это как раз то, что ещё год назад я пробовал зацепить в той синтезаторной-книжной теме.

В принципе, всё это касается и ЖИГ-фильтра, используемого, например, в преселекторе спектроанализатора. Пока проблема не стоит столь остро, но очертания явно вырисовываются. Опять же, я не вижу каких-либо непреодолимых препятствий конструирования широкополосного приёмника с подавлением зеркального канала (а это всё, что требуется от ЖИГ-фильтра; ограничение сигнала, селекция других сигналов большой амплитуды – это уже всё дополнительные “benefits”). Конечно, итоговая блок-диаграмма не будет выглядеть столь просто и красиво, но вот общая цена всех экстра комплектующих получается сопаставимой с самим ЖИГом! Возможно, овчинка стоит выделки?

Продолжения тогда не последовало. Наверное, отчасти потому, что необходимости кардинального увеличения скорости в массовых применениях СА не было. По большому счёту, нет и сейчас (пока!), но очертания проблемы проступают всё отчётливее и отчётливее. А по сему, есть идея попробовать запустить такую тему:
требуется (гипотетически) сконструировать спектроанализатор будущего с высокой скоростью измерений (чем выше, тем лучше). Есть желание порассуждать – устроить мозговой штурм? Простор для обсуждения открывается широкий (что хорошо). Попробую очертить некоторые рамки (что б ненароком опять не уйти к автомобилям ). Итак, как отмечает Сергей, на СВЧ слабым звеном становится ЖИГ-фильтр. Вопрос – как сконструировать спектроанализатор (приёмник, downconverter и т.д.) без использования ЖИГ? Для этого, разобьём проблему на несколько частей и попытаемся последовательно ответить на следующие вопросы:
1. Зачем нужен ЖИГ-фильтр (какая функция) в спектроанализаторе?
2. Является ли эта функция абсолютно необходимой?
3. Как реализовать эту функцию (если она необходима) другим способом (без использования ЖИГ)?
Прошу отозваться всех желающих активно поучаствовать. Тема представляется довольно объёмной и интересной, но имеющей право на жизнь только, если наберётся достаточное число отмороженных энтузиастов, готовых поддержать обсуждение.
Итак?

[Dr.Drew]

За полосу вывести не так просто - они все кучно перестраиваются, потому что находятся примерно в одном поле и зависимость резонансной частоты от напряжённости для ЖИГ, как такового, всегда одна. Кстати, нашёл в одном буржуйском студенческом отчёте формулу для резонансной частоты легированного ЖИГ. Так вот, у чистого ЖИГ частота равна произведению напряженности на гиромагнитное отношение, а у легированного введён коэффициент пропорциональности в вие отношения намагниченностей насыщения чистого к легированному. Из этой формулки следует, что легирование позволяет не только понизить минимальную частоту генерации, но и ток управления. Подтверждения этой формулы пока нигде не нашёл. Что скажут знатоки?

Прикрепленные файлы

 Microwave_Oscillator___YIG___Report.pdf ( 1.51 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 600

 

[Sergey Beltchico...]

1. Зачем нужен ЖИГ-фильтр (какая функция) в спектроанализаторе?
2. Является ли эта функция абсолютно необходимой?
3. Как реализовать эту функцию (если она необходима) другим способом (без использования ЖИГ)?

1) Вопрос риторический . В принципе не особо сильно и нужен, смотря, какие задачи стоят и сколько палок на экране охота видеть. В некоторых анализаторах его не имеется. Например, блок 70905А незабвенной семидесятитысячной серии.
2) Не является и доставляет много хлопот при настройке и калибровке, однако в нормальном анализаторе пока обязательный аксессуар.
3) Как реализовать, все и так знают. Можно софтверно, а также аппаратно - банком фильтров.

Далее к пункту (3). Чтобы банк не превращался в мегапаука с каждым новым фильтром через гигагерц, нужно ПЧ повышать и, как следствие, работать с высоким гетеродином. Минус, что когда Вы начнете так работать, то конкуренты, работающие по старинке, с маленькой ПЧ, уделают Вас по шумам внизу. А Вы их вверху. Да, и смесители будут более экзотические. FSV, MXA и иже с ними, что перешли на ГУНы, на шумы внизу забили - получили -106 и довольны. В PXA и FSW это уже как бы не комильфо, поэтому используется ЖИГ.

Далее, напомним, какой "выигрыш" дают ГУНы: 1 ГГц за 1мсек (близкие к этим скорости и даже существенно выше достижимы и на ЖИГе в режиме рампа). При тысяче точек настройки, как правильно заметил Tay

чего-то не въезжаю, 1mS/1000 = 1uS
т.е Гун должен перестраиваться быстрее, имхо.

ГУН должен перестраиваться за 1мксек. У меня небрежно написано (теперь уже не исправить), но смысл такой: даже если бы ГУНы так перестраивались - за 1мксек на точку (хотя пока это все-таки десятки, а не единицы микросекунд), то на отсечке 1мсек при тысяче точек нас ждало бы новое ограничение: цифровой фильтр (swept RBW) не переваривает такой скорости (фильтр 3МГц, количество точек равно спан=1ГГц/фильтр *3, получаем 1 тыс. точек, по формуле k*SPAN/RBW в квадрате, получаем ограничение на уровне 1.1мсек, если спан 1ГГц и постоянная k равна 10).
И это при фильтре 3 МГц. Если фильтр сужаем, то скорость дополнительно снижается. Я хочу сказать, что в действительности в анализаторе ставить ГУН вместо ЖИГа, это пока в большей степени снижение себестоимости, а не улучшение скоростных характеристик.

Скоростные же даунконверторы (например, 20 ГГц за 1 мсек при эффективной RBW 10 кГц) строятся и будут строиться на основе параллельного анализа с БПФ в максимальной полосе, а там ограничения по скорости будут накладывать уже вычислительные мощности цифровых обработчиков и пропускные способности шин, а гетеродины вообще формируются аналоговым синтезом (хотя можно и цифровым косвенным). Да и формат отображения таких даунконверторов, скажем так, заметно отличается от картинки на традиционном спектроанализаторе.

В заключение: выбросить ЖИГ-фильтр в анализаторе действительно хочется, но вовсе не из-за скорости или желания вставить ГУН, а из-за проблем, связанных с дополнительными амплитудными погрешностями и ограничениями по полосе анализа. Однако не вполне приемлемые технически-стоимостные показатели альтернативных решений заставляют пока сидеть на этой технологии.

И напоследок рекомендую статью Куприянова, если кто не читал, будет любопытно
http://www.centeradc.ru/stati/web-servisy/...trojstva-svch-s

Сообщение отредактировал Sergey Beltchicov - Jul 18 2012, 22:14

[тау]

.... если бы ГУНы так перестраивались - за 1мксек на точку (хотя пока это все-таки десятки, а не единицы микросекунд), то на отсечке 1мсек при тысяче точек нас ждало бы новое ограничение: цифровой фильтр (swept RBW) не переваривает такой скорости (фильтр 3МГц, количество точек равно спан=1ГГц/фильтр *3, получаем 1 тыс. точек, по формуле k*SPAN/RBW в квадрате, получаем ограничение на уровне 1.1мсек, если спан 1ГГц и постоянная k равна 10).
И это при фильтре 3 МГц. Если фильтр сужаем, то скорость дополнительно снижается. Я хочу сказать, что в действительности в анализаторе ставить ГУН вместо ЖИГа, это пока в большей степени снижение себестоимости, а не улучшение скоростных характеристик.

У Вас константа к=10 "постоянная времени для фильтра с заданной импульсной и амплитудночастотной характеристикой"
Аджилент пишет в (Performance Spectrum Analyzer Series Swept and FFT Analysis Application Note) про к=2 для гауссовского фильтра , а с использованием цифрового фильтра RBW , то вообще 1,25 , то бишь в 8 раз быстрее.
При RBW =3М и спане 1ГГц время свипа "в принципе" может быть 140 мкс , или по 140 наносекунд на точку. Переварит или не переварит цифровой фильтр - видимо будет зависеть от его реализации , имхо.

[ledum]

При RBW =3М и спане 1ГГц время свипа "в принципе" может быть 140 мкс , или по 140 наносекунд на точку. Переварит или не переварит цифровой фильтр - видимо будет зависеть от его реализации , имхо.

Я думаю, это дань старым традициям или стандартам измериловки. Иметь набор разных фильтров. Или специальные фильтры, заточенные под определенные виды измерений.
Мы тоже делаем анализаторы. Немного своеобразные. Правда скачем 100МГц окошком (запас на выфильтровку заворотов ПАВами - причем параллельно при наличии подходящих ПАВов можно брать несколько Найквистов параллельно работающими АЦП, потом после двух скачков с перекрытием их сшивать) оцифровки 240МГц. Причем уперлись в честно доставаемые здесь ПЛИС, и то уже по лицензии. Со скоростными, вплоть до ГиГ АЦП проблем нет. Зачем ЖИГи на таких скачках, кроме фазовых шумов? Израильтяне весь L за 15 секунд с разрешением 1кГц и полным распознаванием с демодуляцией сигналов проскакивали еще пару лет назад (хотя, зная израильтян, - быстрей всего российская или китайская разработки под их брэндом). Нам до них далековато пока. Но только пока. Параллельная многополосная обработка рулит. Это, кстати не то, о чем многие подумали. За 10 лет с такой аппаратурой даже в Киеве уже две фирмы-спутниковых паразитов выловили. Спутники не настолько интеллектуальны, как их пытаются представить разработчики.

Сообщение отредактировал ledum - Jul 20 2012, 07:23