Исходные данные:
Есть ВЧ усилитель на 850 МГц. В лабораторных условиях на его вход подаём радиочастотный импульсный сигнал с временами фронта и спада 250 нс (несущая 850 МГц, время импульса 300 мкс). Из-за нелинейности усилитель укорачивает время фронта и спада примерно на 50 нс. Укорочение более чем на 50 нс недопустимо (этого можно добиться регулировкой усилителя). Но в серии (при сдаче продукции) нет возможности сформировать сигнал с необходимыми фронтами и спадами (то есть с генератора идут радиочастотные импульсы с резкими фронтами).
Задача:
Косвенным методом гарантированно проверить укорочение времени спада и фронта импульса.

Первое, что пришло в голову, это снять проходную характеристику усилителя (зависимость мощности на выходе от мощности на входе) и сравнение её с каким-то эталоном. Но достаточно ли измерение данной характеристики для определения укорочения времён фронтов и спадов.
Какие ещё могут быть варианты? Помогайте!

Вероятно гармоники вашего сигнала сильно вырастают, их и надо смотреть на выходе анализатором.
Достаточной смотреть вторую и третью гармоники, если они выше какого-то порога то не прошло.

Начну по-чукотски: стробоскопический осциллограф с полосой несколько ГГц нужен, однако. Ну или крутой цифровой.

Отвечу по-чукотски: осцилограф, способный это увидеть, есть. На производстве нет ВЕКТОРНОГО генератора сигнала, который способен сформировать импульс с заданными фронтами. Есть генераторы R&S SMB-100А, но у них фронты "крутые" резкие.


Интересная идея. Но гармоники могут вырасти не только из-за фронтов, а так же из-за "искажения" несущей (радиочастотного заполнения импульса). Как в таком случае поймать грань?
Да и опять же: сигнал, который придёт на усилитель, уже будет иметь эти гармоники, так как фронты "резкие"

..а что по вашему фронты импульсов? Это суммы гармоник сигнала уходящих в бесконечность, чем выше дальние гармоники тем круче фронты.
И если гармоники поднимаются из-за нелинейности, то из-за того же укорачиваются и фронты импульса.
Я предлагаю замерить гармоники на приемлемых фронтах , а потом на неприемлемых (гармоники будут выше) и по этим критериям проверять.

з.ы.
гармоники несущей частоты будут на кратных ей частотах , гармоники импульса будут вокруг несущей частоты .

Да повторяю Вам, в производстве сформировать сигнал с нужными фронтами (читай подать на усилитель) не представляется возможным.
Нужен способ оценки усилителя по данному параметру, не подавая исходный (нужный) сигнал

Хороший сигнал всё время подавать не нужно, вы должны с его помощью снять огибающую гармоник вокруг несущей и сравнивать анализатором эту огибающую с теми который будут получаться на производстве. Про эталон вы упомянули в первом сообщении. Так как соотношение гармоник в спектре вещь относительная - то она не будет зависить от коэффициента передачи ваших усилителей а будет только свзязана с его нелинейными характеристиками и с фронтами вашего импульса. Так считаю .

Коль скоро прямой метод недоступен, предлагаю косвенный. Подать на усилитель амплитудно модулированный сигнал (SMF это может), с модуляцией 100% от синуса. На анализаторе спектра с усилителя наблюдаем лес вокруг несущей Уровень первой компоненты итермодуляции будет соотвествовать тому на сколько искажается исходный синус, на столько же будут искажаться и фронты импульсов. Кривую для пересчета можно будет постромить на основании простой модели с треугольными фронтами и "резкой" характеристикой насыщения усилителя в матлабе, к примеру.

А вообще задача изначально сформулированна не корректно, поскольку искажение фронтов и уменьшение их длительности будет зависить еще и от исходной формы фронтов.

Вот это объяснение мне более понятно. Спасибо!

А про некорректность задачи можно по-подробнее?


Ну хорошо, всё правильно вы говорите. Огибающую сняли (так же сняли уровни гармоник с неё, т.е. создали так называемый эталон).
Отрегулировали усилители в производстве и ПОДАЛИ СИГНАЛ С ЗАВЕДОМО РЕЗКИМИ ФРОНТАМИ (ЗАВЕДОМО НЕ ПРОХОДНОЙ) и отбраковали сразу все усилители. Так по Вашему получается? Или я не понимаю ход Ваших мыслей...

..я сразу вас не понял, прошу прощения.
Плохо что приборы проверяются абы каким сигналом.

Плохо... я с Вами согласен, но на сегодняшний день другой возможности нет (такова реальность)
Поэтому нужен хоть какой-то косвенный метод контроля. А то ведь регулировщики нарегулируют такого....

Если не хочется тратиться на векторный генератор, то почему нельзя смастерить на коленке импульсный модулятор, который сформирует нужные фронты? По-моему это проще, чем заморачиваться с мат. обработкой частотного спектра или временных диаграмм. К тому же все эти способы будет сложно согласовать с заказчиком.
Вообще укорочение фронта в 5 раз говорит о сильной перегрузке усилителя. Может не стоит работать с таким овердрайвом?

Не вижу возможности собрать "простенький" модулятор, который может сформировать фронты с длительностями 250 нс.


Фронты укорачиваются не с 250 нс до 50 нс, а "на 50 нс", то есть с 250 нс до 200 нс. Большее укорочение действительно "овердрайв", но указанное, вполне приемлемо.

В чём видится основная сложность?

Тогда тем более - это очень тонкая грань между линейным и перегруженным режимом. Предполагаю, что выходная мощность усилителя точно поддерживается (стабилизируется) в вашей системе? Кроме того, нагрузка усилителя всегда постоянная?

Нужно формировать модулирующий сигнал с соответствующими фронтами. Да и сама реализация модулятора мне не представляется такой, что б можно собрать, как Вы выразились, "на коленке".


Да, стабилизируется изменением напряжения питания выходного каскада в небольшом диапазоне.

Я так понимаю принципиально специализированный модулятор применять не хочется. Хотя я не вижу никаких сложностей, учитывая возможность использования импортной ЭКБ. Можно было бы создать отдельную тему по модулятору. Кроме того, думаю никто Вам не запрещает обратиться за помощью со стороны (кто-то же делает модулятор для Вашей системы).

А вот здесь кроется главная проблема. Предположим уровень мощности на выходе больше нормы. Если выходную мощность понизить за счёт уменьшения входной, то усилитель выйдет на более линейный участок передаточной характеристики и, следовательно, фронты увеличатся. А если мощность на выходе понизить за счёт напряжения питания, то нелинейность усилителя ещё больше увеличится за счёт увеличения компрессии коэффициента усиления и фронты будут укорачиваться.

В том то и дело, что формирователь сигналов тоже делаем мы сами и это не тривиальное устройство. Закладывать его в стенд проверки тоже так сказать "жирно" так же как и векторный генератор, а на разработку нового стенда проверки изначально не заложили денег (да и времени уже нет ) Сейчас вопрос стоит так, если нет возможности контролировать данный параметр средствами и приборами, которые есть на производстве, значит не контролировать совсем. Но мне на данный момент последний вариант не нравиться (так как мало ли чего регулировщики могут нарегулировать). Поэтому пытаюсь найти способ хоть какого-то контроля. Но пока что-то ничего найти не удаётся.


Правильно всё Вы говорите, согласен. Но диапазон регулировки очень незначительный (не должен оказать существенного влияния)

По моему мнению, Вам необходим достаточно линейный усилитель для выполнения таких жёстких требований к фронту импульса без доп. фильтра на выходе. Причём, если я правильно понял, усилитель многокаскадный (3-4 каскада усиления). Тогда следует, понимать что коэффициент усиления всего устройства может изменяться на несколько децибел в зависимости от температуры и других факторов. Таким образом, незначительной регулировкой напряжения на выходе вряд ли удастся изменять в таких широких пределах усиление. Кроме того, как писал ранее, такой подход ещё больше угробит линейность усилителя.
Так же необходимо учитывать, что существенная нелинейность может проявляться не только в выходном каскаде. Тут всё зависит от того, насколько правильно распределено усиление между каскадами и насколько хорошо они настроены (опять вопрос к регулировщикам).

Советы про измерение линейности с помощью амплитудной модуляции не подходят для мощных импульсных усилителей. Во-первых, в таком режиме произойдет превышение максимально допустимой температуры перехода транзистора, во-вторых, из-за другой температуры перехода транзистора поведение усилителя может сильно отличаться от его работы в импульсном режиме.

Фильтр на выходе есть 3 каскада усиления. Расчётные и отмоделированные усиления каскадов сбалансированы (это учитывалось). Посмотрим, что получится, когда опытный образец появится. Сегодня разговаривал с руководством. Уже начинает появляться понимание и (вроде бы) сдвиг пошёл в сторону обеспечения нескольких рабочих мест векторниками. Не знаю что из этого выйдет, увидим.

Интересно как это учитывалось? В каком диапазоне температур должно работать изделие?

Думаю, что можно найти недорогие векторные генераторы на эти частоты.

Каскады сначала были отмоделированы, затем отмакетированы. По результатам макетов имеются измеренные проходные (и др.) характеристики в температурном диапазоне -50 +50. На основе них подбирались оптимальные входные мощности и режимы работы каскадов в комплексе как раз исходя из минимизации влияния температуры на выходную мощность.



Вот такие используются у нас SGT-100A. Придётся ими и комплектовать, наверное.

Доброго времени суток!
Извините, что поднял эту Тему.
Я, наверное, тупой, поэтому меня заинтересовала эта Тема.

1. Я не пойму как нелинейность усилителя будет влиять на длительность ипульса?
Работал с импульсными усилителями. Там класс С, об линейности говорить нечего!
Так, импульсы никогда не искажались. Мощности 10...500 Вт. Длительности до 10 мксек.
Подозреваю, что у вас все "гадит" АРУ, если она есть.
Или что-то с контролем импульса на выходе усилителя.

2. Способ контроля.
Что-то сильно "намутили". Векторники, векторники, стробоскопы!
:-)
Все очень просто!
На входе модулятор на p-i-n диодах. Практически любая длительность и фронты. Конечно не пикосекунды и где-то не наны..
На выходе обычный амплитудный детектор (диод, микросхема). Главное, чтобы ФНЧ на выходе детектора имел нужную полосу.
И все это делается "на коленке"

Или, я чего-то недопонимаю?

Если радиочастотный усилитель имеет ограничение полосы частот выходного сигнала и ограничение амплитуды выходного сигнала, то при подаче плавно нарастающего синусоидального сигнала на вход в какой-то момент начнется ограничение выходной амплитуды, но резкого роста выходных гармоник не будет из-за ограничения полосы, поэтому снаружи поведение усилителя будет выглядеть как уменьшение длительности нарастания амплитуды выходного сигнала по сравнению с длительностью нарастания на входе.

Это вы про искажение синусоидального сигнала пишите. Здесь все ясно.
А рассматривается импульсный сигнал.
И при длительности 300 мксек, на частоте 860 МГц получить узкую полосу достаточно трудно.
Для 300 мксек достаточно полосы 3...5 МГц. "Влет" на 860 МГц будет полоса 20...30 МГц, чтобы получить что-то другое уже надо "стараться".

Чтобы ограничение амплитуды усилителем испортило форму синусоиды, нужно пропускание хотя бы 3 гармоники, а это уже 2,5 ГГц, поэтому чтобы получить укорочение нарастания/спада амплитуды - особо стараться не нужно, достаточно не стараться сделать широкополосный выход.

Это у Вас класс С (поэтому фронты резкие всегда, линейность никакая). У нас класс АВ (ближе к А) для обеспечения линейности. И вот если усилитель отрегулировать так, что он уже сильно "компрессирует", то фронты начнут укорачиваться (представьте себе передаточную характеристику усилителя и станет всё понятно).


Уже не первый говорит мне в этой теме про "простой модулятор" и всё-такое "на коленке". Повторюсь, что рад за Вас, раз Вы на коленке собираете то, что у нас является целым блоком формирователей сигналов и разрабатывалось целым КБ. Видимо нас плохо учили....

Я так и понял, что у вас усилитель класса А, АB, и высокие требования к линейности.
ИМХО. Только надо делать хороший линейный усилитель, а не вытягивать линейность с помощью АРУ. Тогда не будет проблем с фронтами импульса.
Хотя, это не мое дело.

Как я понял у вас был весь вопрос в способах контроля искажения длительности импульса, и требуемом для этого оборудования.
Для длительностей 300 мксек, формирователь импульсов делается на любом 8-мибитном микроконтроллере, а остальное делает p-i-n диод.
Ничего там сложного нет.
Я понимаю, что м.б. ваш блок формирователя сигналов может выдавать любые "офигительные" сигналы. Отсюда и сложность.
Но для проверки вам нужен только импульсный сигнал длительностью 300 мксек и скважностью 10.
Ну и двухканальный осциллограф.

Да по-сути, никакого АРУ нет. Есть изменение питающего напряжения в незначительных пределах, для компенсации изменения мощности в диапазоне рабочих температур. У усилителя хорошая линейность (в пределы ТЗ укладываемся), НО некачественной регулировкой можно эту линейность "угробить". Именно поэтому встал вопрос контроля. Поэтому я спрашивал как "проконтролировать", а не как мне сделать усилитель.


Я понял Вас, спасибо! Только денег и "человеко-часов" на эту работу не заложили. Поэтому я ещё раз повторяю: "Я пытался найти способ контроля исходя из имеющегося оборудования!" Способа такого никто так и не подсказал, а только дают советы типа:
1) Сделай модулятор;
2) Купи генератор.
Такие советы мне не были нужны, так как они очевидны. В конечном итоге сейчас настаиваю на покупке генератора.
Всем спасибо. И да, тему не закрываю, может всё-таки кто-то подскажет именно "МЕТОДИЧЕСКИЙ" способ контроля.