Pengukuran Intermodulation Distortion

Pengukuran  Intermodulation Distortion

 

Distorsi intermodulasi adalah salah satu yang paling menarik pengukuran analisa sinyal. Sering disingkat IMD, itu adalah metrik penting linearitas untuk berbagai RF dan microwave komponen. Pada dasarnya, IMD menjelaskan rasio (dalam dB) antara kekuatan nada dasar dan produk distorsi orde ketiga.

Ketiga-Order Distorsi Produk

Pengukuran IMD dimulai dengan menyuntikkan sinyal dua-nada dalam perangkat yang diuji (DUT). Sebagai contoh, kita akan mempertimbangkan perilaku daya RF amplifier. Sebuah penguat sempurna linear akan menghasilkan sinyal keluaran yang mencakup dua nada pada frekuensi yang sama persis seperti sinyal input, tetapi pada output daya diperkuat. Sebaliknya, penguat lebih realistis (misalnya, satu dengan beberapa tingkat non-linear) akan menghasilkan konten sinyal tambahan pada frekuensi selain dua nada masukan pada output.

Misalnya, itu juga diketahui bahwa non-linear menyebabkan harmonisa yang terjadi pada kelipatan setiap nada masukan. Apa yang menarik dalam kasus dua-tone adalah bahwa perangkat nonlinier akan menghasilkan konten frekuensi di berbagai bahkan lebih luas dari frekuensi (Gbr. 1).

Gambar-1 :

 Sebuah penguat realistis akan menghasilkan konten sinyal tambahan pada frekuensi selain dua nada masukan pada output. Dalam kasus two-tone ini, perangkat nonlinier akan menghasilkan konten frekuensi di berbagai bahkan lebih luas dari frekuensi.

Harmonik kedua terjadi pada kelipatan nada dasar, dan kita dapat mengamati mereka di frekuensi seperti  2f1 dan 2f2. Tentu saja, kita akan menemukan harmonik ketiga di 3f1 dan 3f2. Selain itu, sistem akan menghasilkan orde kedua dan produk distorsi orde ketiga pada setiap kombinasi orde pertama dan orde kedua produk. Dengan demikian, selain harmonik, produk distorsi orde kedua akan terjadi pada f2 - f1 dan f1 + f2.

Dua produk distorsi yang paling menantang adalah konten karena distorsi orde ketiga sinyal yang terjadi berbatasan langsung dengan dua nada masukan pada 2f1 - f2 and 2f2 - f1. Pengukuran IMD, kemudian, menjelaskan rasio kekuasaan antara tingkat daya output nada dasar (f2 dan f1) dan produk distorsi orde ketiga (2f1 - f2  and 2f2 - f1).

Perhatikan bahwa IMD bermasalah di RF dan microwave sistem untuk berbagai alasan. Pada sinyal termodulasi, distorsi orde ketiga menciptakan konten frekuensi tambahan sering disebut "spektral pertumbuhan kembali" dalam band berdekatan dengan sinyal termodulasi. Dalam pemancar, spektral pertumbuhan kembali yang dihasilkan dari linearitas yang buruk dapat mengganggu saluran nirkabel lainnya. Dalam penerima, sebaliknya, dapat menyebabkan out-of-band sinyal untuk mengaburkan sinyal bunga.

Ketiga-Order Intercept

Hal ini penting untuk memahami bahwa rasio IMD sangat tergantung pada tingkat kekuatan nada masukan mendasar. Akibatnya, pengukuran terkait dikenal sebagai orde ketiga intercept (TOI) juga digunakan untuk menentukan karakteristik perangkat. Prinsip dasar TOI adalah bahwa untuk setiap kenaikan 1-dB di kekuatan nada masukan, produk orde ketiga akan meningkat sebesar 3 dB.

Jadi sebagai salah satu terus meningkat tingkat daya stimulus two-tone, rasio IMD akan menurun sebagai fungsi daya input. Pada beberapa tingkat daya masukan sewenang-wenang tinggi, produk distorsi orde ketiga secara teoritis akan sama berkuasa dengan nada dasar. Ini tingkat daya teoritis di mana orde pertama dan orde ketiga produk yang sama berkuasa disebut mencegat orde ketiga.

TOI, yang disebut IP3 (titik mencegat urutan ketiga), adalah spesifikasi yang berguna yang menggabungkan gagasan IMD dengan tingkat daya di mana ia diukur. TOI selalu dihitung sebagai fungsi dari IMD:

TOI = (IMD / 2) + power

Membuat Akurat Pengukuran IMD

Saat ini, banyak analisa sinyal RF datang dengan modus pengukuran IMD yang secara otomatis mendeteksi sinyal distorsi fundamental dan orde ketiga dan menghitung rasio baik dan TOI yang dihasilkan. Namun, konfigurasi hardware untuk setup pengukuran IMD membutuhkan perhatian yang besar.

Sementara kita terutama akan fokus pada sisi analisa sinyal di sini, mengakui bahwa mengkonfigurasi sumber two-tone seringkali elemen kompleks mengukur IMD. Kebanyakan IMD pengukuran setup menggunakan dua generator sinyal yang dikombinasikan dengan daya RF Combiner. Setup terbaik termasuk isolator antara setiap sinyal generator dan penggabung untuk menghasilkan terbersih kemungkinan sumber two-tone (Gbr. 2).

Gambar 2:

Kebanyakan IMD pengukuran setup menggunakan dua generator sinyal yang dikombinasikan dengan daya RF Combiner. Setup terbaik termasuk isolator antara masing-masing generator sinyal dan dikombinasikan untuk menghasilkan kemungkinan sumber two-tone terbersih.

Untuk pengukuran IMD paling sulit, di mana produk distorsi orde ketiga sangat kecil dan rasio IMD tinggi, perhatian terhadap pengaturan analisa sinyal RF sangat penting. Sinyal RF analyzer termasuk mixer langsung setelah attenuator diprogram nya. Mixer ini, sementara elemen penting untuk downconversion, akan berperilaku nonlinearly pada tingkat daya yang lebih tinggi (lihat "Memahami Signal Analyzer Arsitektur").

Orang mungkin berpikir bahwa pendekatan sederhana untuk menjaga linearitas dari sinyal analisa RF akan meningkatkan jumlah redaman diprogram sebelum mixer. Karena IMD berhubungan langsung dengan tingkat daya input dan attenuators mengurangi tingkat daya, ini akan memungkinkan mixer untuk beroperasi di wilayah yang lebih linier operasi.

Sementara peningkatan pelemahan pasti akan mengurangi kontribusi IMD dari analisa sinyal RF, juga akan mempengaruhi lantai kebisingan. Jika seseorang berlaku terlalu banyak pelemahan, ketiga-order produk distorsi yang sedang mencoba untuk mengukur akan terdeteksi karena mereka akan jatuh di bawah lantai kebisingan instrumen.

Tips Praktis

Sebagai hasil dari karakteristik ini, grafik rentang dinamis adalah salah satu panduan paling penting untuk RF kinerja sinyal analyzer (Gbr. 3). Menggunakan tabel ini, kita dapat mengidentifikasi dengan tepat berapa banyak pelemahan yang harus digunakan untuk memastikan pengukuran kualitas tertinggi.

Gambar – 3

 Grafik rentang dinamis adalah salah satu panduan paling penting untuk RF kinerja analisa sinyal. Dengan ini, seseorang dapat mengidentifikasi dengan tepat berapa banyak pelemahan menggunakannya untuk memastikan pengukuran kualitas tertinggi.

Melekat distorsi orde ketiga dari analisa sinyal RF dan lantai kebisingan secara langsung berhubungan dengan tingkat mixer instrumen. Tingkat Mixer didefinisikan sebagai kekuatan yang hadir sinyal pada masukan dari mixer pertama dan ditentukan oleh daya input di konektor RF dan jumlah redaman yang digunakan.

Di persimpangan IMD dan noise floor, yang melekat produk distorsi orde ketiga instrumen itu sendiri adalah sama dalam kekuatan untuk lantai kebisingan. Ketika mengkonfigurasi instrumen memiliki tingkat mixer yang lebih rendah dari persimpangan ini, hasilnya akan kebisingan terbatas. Sebaliknya, mengkonfigurasi instrumen memiliki tingkat mixer yang lebih tinggi dari titik persimpangan, pengukuran IMD akan linearitas terbatas. Dengan demikian, memaksimalkan rentang dinamis instrumen untuk pengukuran IMD mengharuskan kita untuk mengkonfigurasi tingkat mixer yang tepat pada titik persimpangan ini.

Perhatikan bahwa jika seseorang tidak memiliki akses ke grafik rentang dinamis instrumen, mengidentifikasi titik operasi yang ideal secara manual cukup mudah. Dengan sinyal uji terhubung ke analisa sinyal, perlahan-lahan mulai meningkatkan jumlah redaman. Jika kekuatan intermodulation orde ketiga (IM3) produk menurun dengan peningkatan pelemahan, maka Anda tahu instrumen yang beroperasi di wilayah linearitas terbatas.

Sebaliknya, jika kekuatan produk IM3 tidak berubah, maka Anda tahu instrumen kemungkinan di wilayah kebisingan terbatas dari jangkauan operasinya. Secara umum, konfigurasi alat yang ideal adalah sedemikian rupa sehingga pelemahan dikonfigurasi adalah beberapa dB lebih tinggi dari tingkat pelemahan mana IM3 perubahan tidak lagi sebagai fungsi atenuasi.

Pengukuran distorsi seperti IMD dan hasil TOI terkait adalah beberapa pengukuran yang paling menarik dan penting bahwa seseorang dapat membuat dengan analisa sinyal RF. Sementara teori pengukuran ini mungkin tampak rumit pada awalnya, seseorang dapat melakukan pengukuran IMD akurat dengan pengetahuan tentang RF arsitektur analisa sinyal.

Untuk lebih rinci tentang pengukuran praktik terbaik menggunakan RF analisa sinyal, kunjungi www.ni.com/rf-academy/.

Hitung produk intermodulasi dari 2 dan 3 frekuensi.

Ini bisa menjadi pekerjaan yang luar biasa untuk menghitung produk intermodulation dari beberapa frekuensi, di bawah ini adalah kalkulator yang menghitung produk intermodulasi dari dua dan tiga frekuensi.