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?

[vhk]

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.

Спасибо за ссылку.
Статья интересная и полезная. В частности, о IMD 3-го порядка.

Субъективное мнение авторов данной статьи заключается
в том, что на сегодняшнем уровне схемотехнической и компонентной базы крайне затруднительно реализовать максимальный ДД 3го порядка более 105 дБ, который можно наблюдать на экране спектроанализатора.

Частоты 7,175 МГц, уровни -16 дБм. Смеситель "переносит" сигналы на НЧ.
IMD 3-го порядка -120 дБ.

Сообщение отредактировал vhk - Jul 26 2012, 13:20

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Chenakin]

Коллеги, все эти проблемы уже давно решены, а соответствующие решения давно применяются в разных сферах.

Тогда, просто применим эти решения и всего делов... Но Вы тут же совершенно справедливо замечаете, что не всё так просто, то скорость не вытягивается, то чувствительность, то сильно дорого и т.д.

предположим, что имеем в качестве LO FSW-0020 со скоростью 100мксек, получаем 12сек на весь диапазон, что много). Лишь при скорости в 10мксек приближаемся к традиционным «медленным» ЖИГ-анализаторам. А много ли ГУН-синтезаторов с такими скоростями в 10мксек? Рамп с ГУНом (в отличие, от рампа с ЖИГом) дает слишком большую частотную ошибку. Поэтому в анализаторе высокого уровня применять ГУН пока нет смысла. Аргументы: хуже профиль шумов, в конечном счете, не выше скорость. В среднестоимостном и low-end сегменте смысл перейти на ГУНы есть. Основные аргументы: цена и габариты. Подчеркиваю: нигде речи нет о скорости.

А зачем рампать ГУН? Зачем он, вообще, нам нужен? Скажем, когда Вы делаете синтезатор, то, скорее всего, Вы переносите сигнала ГУНа вниз и ФАПЧ-уете его на низкой частоте. Т.е., по сути, downconverter – это одна из составных частей хорошего синтезатора (понятно, другие критерии и т.д., но тем не менее). Ну и Вы прекрасно понимаете, что одна из “тех ещё штучек” – это формирование сетки частот. Так зачем это делать два раза? Не стоит ли сформировать сетку частот в самом downconverter-e спектроанализатора и переключаться с частоты на частоту без всяких ГУН-ов? По сути, это direct analog synthesis, но что интересно, осуществить его в downconverter-e проще, чем в классическом синтезаторе (как мне кажется). Вот тут мы и выходим на сотни наносекунд, т.е. не на порядки, а уже на сотни порядков (оставим цифр. обработку пока за скобками – не всё сразу).

Поэтому в анализаторе высокого уровня применять ГУН пока нет смысла.

Согласен. Я нигде здесь и не агитировал за ГУН. Только против ЖИГ фильтра.

Рамп с ГУНом (в отличие, от рампа с ЖИГом) дает слишком большую частотную ошибку.

Утверждение спорное. Точнее, при желании проблему можно решить. Зачем нам обеспечивать линейное изменение частоты? Дадим ГУНу порезвиться, пусть делает, что он хочет (ну в известных пределах, конечно ). А его реальную частоту будем определять (мерить) в реальном времени другим способом, укладывающимся в эти 10 мксек (когда-то об этом в “книжной теме” говорил Rloc), что решит вопрос с точностью рампа. Правда скажу сразу, что мне лично это решение категорически не нравится, привожу просто как off-topic.

ересь, ИМХО

Если не привязывать спектральный анализ только к БПФ с накоплением, то вовсе не ересь.

Если не привязывать, то тем более ересь.

Во как пошло! Может сейчас и ересь, но сколько тому примеров, когда и покруче ересь потом таковой быть переставала.

Взять меньше полосу скажем 100 МГц – сколько каналов надо параллелить? 200 для диапазона 20 ГГц. Да и не расфильтруешься на СВЧ. Даже с 500 МГц входная расфильтровка – вопрос не тривиальный.

Да, проблема. А что, если взять меньшее количество (но более широких) параллельных каналов и внутри них уже свипать (а лучше скакать)? Т.е. совместить эти два способа?

Повторю, параллельный анализ - это решение, которое с уcпехом применяется в военных приложениях. В коммерческих приложениях его применение ограничено ввиду, в первую очередь, стоимостного фактора.

Да, если делать каждый канал в виде отдельного модуля с разъёмами, а потом эти модули кабелями туда-сюда соединять, то выходит сложно и дорого (а если использовать внутри этих модулей ещё и свои connectorized parts, то это вообще монстр получится). Всё правильно.
Но прогресс не стоит на месте. Сейчас можно набить несколько каналов на одной общей плате, используя “копеечные” (относительно) компоненты. Расклад сильно меняется. Хотя, это, конечно, и не снимает всю сложность вопроса, но появляется какой-то просвет (опять же, речь о СВЧ-части, цифр. обработка пока за скобками).

А использовать в качестве измерительного спектроанализатора скоростной даунконвертор вообще чушь несусветная.

А мне нравиться. Только, конечно, если довести параметры до инструментальных. Понятно, наскоком не решишь, но подумать стоит. А там, хоть чушь, хоть ересь, хоть трава не расти.

Александр, и Вы туда же… что Вы понимаете под макс. ДД???

Я к тому, что ДД связки МШУ+смеситель всегда хуже чем ДД одного смесителя. Про УПЧ + АЦП не спорю, Вы знаете лучше, что у Вас используется.

с моей точки зрения, дискуссия носит отвлеченно-схоластический характер.

Да, это так. Ну, действительно, о чём идёт речь? Повторить PXA, чуть улучшив параметры? Но тут уже всё занято, как Вы сами когда-то говорили (кстати, отдельно скажу, что с большим уважением отношусь к тому, чем занимаетесь и Вы и Микран, т.к. нельзя развивать какие-то там технологии, не имея своей измерительной базы). Т.е. надо делать что-то прорывное, на порядки, десятки порядков. По скорости, по цене, возможно по какому-то там другому параметру, который ещё нужно угадать. Вот и получается по определению, пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю что. Нужно по крупице отсеивать рациональные зёрна. Да, тема отвлечённая. Это плохо?

Частоты 7,175 МГц, уровни -16 дБм. Смеситель "переносит" сигналы на НЧ.
IMD 3-го порядка -120 дБ.

Чем Вы измеряете (картинка красивая )?

[Sergey Beltchico...]

Тогда, просто применим эти решения и всего делов... Но Вы тут же совершенно справедливо замечаете, что не всё так просто, то скорость не вытягивается, то чувствительность, то сильно дорого и т.д.

Так и применяем для тех, кто платит. Вы думаете, есть сильный коммерческий смысл нести более продвинутые решения "в массы"?

Ну, действительно, о чём идёт речь? Повторить PXA, чуть улучшив параметры? Но тут уже всё занято, как Вы сами когда-то говорили

Заостровных С.А. (Планар) в личной беседе однажды высказался: "60% от бренда при аналогичных параметрах - это всем интересно". Сейчас я близок к тому, чтобы с этим согласиться. Так что не все так плохо, хотя и места заняты. Хотя, как Вы понимаете, это не главная цель. Но и "прорывное" обычно не рождается на пустом месте. Ему что-то должно предшествовать. Хотя бы и попытки повторить и улучшить чьи-то характеристики.

Я к тому, что ДД связки МШУ+смеситель всегда хуже чем ДД одного смесителя. Про УПЧ + АЦП не спорю, Вы знаете лучше, что у Вас используется.

оставим цифр. обработку пока за скобками – не всё сразу

опять же, речь о СВЧ-части, цифр. обработка пока за скобками

Дело не в том, что используется у нас, а в том, что если проектируется спектроанализатор, то мы должны смотреть на его параметры в целом - как законченной системы. Если какие-то параметры (ДД МШУ+смеситель vs ДД смеситель alone) не вносят системных ограничений, нет смысла изголяться и оптимизировать их до предела. Лучше тратить силы на преодоление ограничений в другом месте системы. Вот и получается, что если речь идет о параметрах приемно-анализирующего устройства, то оставлять обработку за скобками Вы не можете. Напротив, нужно четко понимать, на что способен Ваш обработчик, и, если с его стороны ограничений нет, или они преодолены, то только тогда можно и должно оптимизировать СВЧ часть.

А зачем рампать ГУН? Зачем он, вообще, нам нужен? Скажем, когда Вы делаете синтезатор, то, скорее всего, Вы переносите сигнала ГУНа вниз и ФАПЧ-уете его на низкой частоте. Т.е., по сути, downconverter – это одна из составных частей хорошего синтезатора (понятно, другие критерии и т.д., но тем не менее). Ну и Вы прекрасно понимаете, что одна из “тех ещё штучек” – это формирование сетки частот. Так зачем это делать два раза? Не стоит ли сформировать сетку частот в самом downconverter-e спектроанализатора и переключаться с частоты на частоту без всяких ГУН-ов? По сути, это direct analog synthesis, но что интересно, осуществить его в downconverter-e проще, чем в классическом синтезаторе (как мне кажется). Вот тут мы и выходим на сотни наносекунд, т.е. не на порядки, а уже на сотни порядков (оставим цифр. обработку пока за скобками – не всё сразу).

Идея, в общем, не нова. Если не изменяет память, похожая концепция у 8563Е. В смысле, что 3 гетеродина могут "шагать" по-разному при сужении шага на каждом этапе преобразования. А первый LO может быть набором опорных частот. Но при этом: на широких спанах Вы либо работаете без захвата (значит, кого-то надо рампать), либо Вы сразу захватываете дигитайзером всю полосу между соседними опорными палками. Опять-таки Вы не можете выбросить из рассмотрения digitizer при оценке скорости системы.
Но все это не помогает выбросить ЖИГ-фильтр. До тех пор, пока Вы кардинально не улучшили фазовый шум, что позволило бы Вам работать с высокой ПЧ, или до тех пор, пока Вы на фазовый шум не забъете как на релевантный параметр. Либо параметры LO по шуму нужно улучшить на 10 дБ (я исхожу из того, что частота настройки LO при высокой ПЧ повысилась в 3 раза: с 3ГГц до 10ГГц). Кстати, вот одна из сфер применения сверхчистых генераторов типа Сапсинт или похожих.

А использовать в качестве измерительного спектроанализатора скоростной даунконвертор вообще чушь несусветная.

А мне нравиться. Только, конечно, если довести параметры до инструментальных.

Вот это "если" - очень серьезная оговорка.

Да, проблема. А что, если взять меньшее количество (но более широких) параллельных каналов и внутри них уже свипать (а лучше скакать)? Т.е. совместить эти два способа?

Неплохая мысль - разрисуйте блок-схему На первый взгляд, здесь будет такой trade-off: снизятся требования к вычислителю/дигитайзеру, но повысятся требования к гетеродинной части, думаю, что будет в целом такое решение дороже традиционного анализатора.


Александр, а Вам не поручили случайно изыскать методы построения конвертора под существующее или разрабатываемое ("суперпродвинутое") решение сбора и вывода данных от NI ? Может дискуссия и не столь схоластическая?

Сообщение отредактировал Sergey Beltchicov - Jul 28 2012, 09:28