Аппаратура на 76гГц
Назад-
О дистанционных измерениях коэффициента шума.
Немного необычный способ, но, во всяком случае, оценку NF он позволяет сделать. Делаются взаимные измерения отношения сигнал/шум у станций в двух точках. Антенны в прямой видимости, смотрят друг на друга, станции по очереди передают несущие, и измеряют в режиме приема S/N, фиксируют полосу, в которой проводились измерения. Для расчета должны быть известны мощность излучения обеих, усиление антенн, коэффициент шума NF одной из них. А у другой NF можно вычислить по формуле:
NF[ua3avr, dB] = NF[rw3bp, dB] + P[rw3bp, dBm] – P[ua3avr, dBm] + Gant[rw3bp, dBi] – Gant[ua3avr, dBi] + S/N[rw3bp, dB] – S/N[ua3avr, dB] + 10*Log10(BW[rw3bp, kHz]) - 10*Log10(BW[ua3avr, kHz])
Станции условно обозначены "rw3bp" и "ua3avr". Формула такая получается, если расписать для каждой из станций отношения сигнал/шум в dB как уравнения, а потом вычесть их друг из друга. При вычитании уйдут общие, входящие в них величины, такие, как затухание на трассе между станциями. Останутся только индивидуальные, характерные для каждой из станций.
Для измерений, что мы проделали с Сергеем Георгиевичем RW3BP на 76 GHz, были следующие цифры для этой формулы.
Мощности:
P[rw3bp, dBm] = 80 mW (19.03 dBm) ± 2 dB;
P[ua3avr, dBm] = 0.6 mW (-2.22 dBm) ± 3 dB;
Усиление антенн:
Gant[rw3bp, dBi] = 63 dBi ± 2 dB;
Gant[ua3avr, dBi] = 45 dBi ± 2 dB;
Коэффициент шума:
NF[rw3bp, dB] = 6.5 dB ± 1.5 dB;
Измеренные S/N:
S/N[rw3bp, dB] = 62 dB ± 3 dB в полосе BW[rw3bp, kHz] = 1 kHz;
S/N[ua3avr, dB] = 51 dB ± 4 dB в полосе BW[ua3avr, kHz] = 2000 kHz;
Цифра NF у меня получается такая NF[ua3avr, dB] = 23.74 dB.
Коэффициенты шума и мощности, строго говоря, отнесены к раскрыву облучателя, а если еще строже, то вообще к апертуре антенны, уже с учетом ее зеркала-тарелки. NF характеризует шум приемной системы целиком. Где-то за скобками осталась разница в том шуме, что подсасывают антенны помимо полезного сигнала, но тоже будем считать их равными, в крайнем случае, можно добавить порядка ~ 1 dB в неопределенность измерений.
Подсчет неопределенности (статистический) дает NF[ua3avr, dB] = 23.7 dB ± 7.0 dB. Это для приемной системы в целом. Чтобы получить оценку NF отдельно смесителя надо вычесть из этой потери на участке от апертуры антенны до ее волноводного входа. Для потерь в волноводе есть оценка 10 dB/m, но это для квадратного волновода с тем же периметром. Для моего случая это около 2 dB, и цифру возьмем с неопределенностью ± 1 dB. Какие-то еще потери тут оценить сложнее, полагаю, что по сравнению с 2 dB они не столь существенны. Еще как-то надо оценить рассогласование смесителя с антенной, оно повлияет на итоговую неопределенность. Тут у меня данных нет, берем КСВ с двух сторон 2.5 и 3, как предположительно худший возможный случай, получаем ± 2.1 dB. Дальше копать вряд ли имеет смысл, и со всеми добавками и вычетами получаем для смесителя NF[ua3avr, dB] = 21.7 dB ± 7.6 dB.
(продолжение следует) -
(2Иван, RA3WDK. Пытался ответить на замечания. Интересные, возможное влияние препятствий на ширине луча антенн как-то упустил из виду. Спасибо за них, но они исчезли почему-то.)
Там в формуле есть слагаемые, зависящие от полос, в которых измеряется S/N. Результаты измерений должны быть приведены к одной полосе, но дальше они вычитаются друг из друга, и, собственно, размер полосы, той, к которой приводились оба результата измерений, уже не важен. Ошибки в полосах да, влияют на эту разность. Фактически она отнесена собственно к неопределенности измерений S/N.
Насчет влияния препятствий подумаю: размер луча у меня и Сергея Георгиевича разный. У него, считай, он не касается их, у меня может скользить краешком по крышам. На всякий случай, для неопределенности своей мощности взял цифру побольше. Но результат получается правдоподобный. Во всяком случае, он объясняет, почему я не слышу с этой тарелкой Солнца на том уровне, на котором должен его слышать при обещанном NF смесителя в 12 dB. А вижу лишь статистические всплески в сотые dB, которые будут как раз при NF ~ 24 dB. -
del
-
Что можно ждать от этого смесителя по результатм моделированя? Графики там внизу, есть схема, в схеме согласование по всем входам смесителя, моделирование в MWO Harmonic balance. Модель диодов в смесителе включала в себя и их дробовой шум, термальный резистивный шум. LO брался без "хвостов" фазового шума.
NF считается там как SSB. Бывает еще значение коэффициента шума DSB для смесителей. Использование двух разных шумовых характеристик смесителя связано с тем, что у него бывает два канала передачи сигнала, основной и зеркальный. Шум он в итоге на выходе выдает с обоих, но полезный сигнал бывает, как правило, только с одного. Это "как правило" лучше всего характеризует NF SSB. Но, если, скажем разница в коэффициенте передачи между двумя каналами невелика (например, при низкой IF), а полезный сигнал поступает на оба, то может пригодится и коэффициент NF DSB. Так может случиться при измерении шума Солнца, в радиоастрономии бывает. Значение DSB всегда меньше значения SSB. Разница между NF SSB и NF DSB при равном коэффициенте передачи в каналах 3 dB, при ослаблении зеркалки на 10 dB эта разница будет около 0.4 dB, при 20 dB - около 0.04 dB.
По цифрам NF в основном канале значение ~ 15 dB SSB соответствует 12 dB DSB, которые приводят на этот смеситель DB6NT&DL2AM. Это в минимуме цифра, при определенном уровне LO, будем считать, что мы в него попали, или где-то близко от него, например, настроились по максимуму передачи в режиме приема. Но мы помним про оговорки: 12 dB DSB характеризуют деградацию отношения сигнал/шум в приемнике-смесителе, если сигнал поступает в оба канала, основной и зеркальный одновременно, и если между ними нет разницы в Conversion Gain.
Для этого смесителя можно ждать, что при низкой IF, и при измерении шума Солнца без фильтров на входе такая ситуация возможна. И если чувствительность не портит собственный LO своим фазовым шумом. При увеличении IF разница между каналами растет. На графиках разница в значениях коэффициента передачи заметна, в спектрах сигнала на передачу тоже, графики сделаны при IF=1500 MHz. Т.е. IF=1297 MHz (выбранная у меня, в частности, чтобы избежать влияния "хвостов" фазового шума LO), можно считать, уже большая промежуточная частота, чтобы почувствовать разницу между основным каналом и зеркальным. Причем в схеме нет фильтров, лишь звенья согласования.
mixer_77GHz_2harm
mixer_77GHz_2harm
mixer_77GHz_2harm
mixer_77GHz_2harm
-
Дмитрий, спасибо за информацию. Я не стал загружать топик таблицами в Excel, твой расчет достаточно точный, совсем небольшие погрешности вносят разные по длине и диаметру зоны Френеля для твоего луча и луча RW3BP, + разные эффективные полосы приема.
В качестве идеи улучшить NF системы - предлагаю взять два одинаковых чипа МШУ включить параллельно от разных зондов ( или запитать их синфазно другим способом) а гетеродин подать с разностью фаз на частоте 35 ГГц на входы МШУ. Выход нагрузить на ФНЧ со срезом 7-8 ГГц для ПЧ 5760 МГц.
Волновод 76 ГГц будет запредельным для сигнала гетеродина ( но не будет запредельным для удвоенной частоты гетеродина, но его на входах будет меньше, чем на смесителе на встречно-параллелных диодах).
76.JPG
-
... Я не стал загружать топик таблицами в Excel
Иван, сейчас не могу найти сообщение в котором Вы выкладывали скрин таблицы расчётов в Excel. Если это возможно, то "выложите", пожалуйста эту таблицу.
И ещё, не совсем понятно:совсем небольшие погрешности вносят разные по длине и диаметру зоны Френеля для твоего луча и луча RW3BP
Правильно ли я понял, что Вы имеете в виду "номера" зон Френеля? -
... Я не стал загружать топик таблицами в Excel
Иван, сейчас не могу найти сообщение в котором Вы выкладывали скрин таблицы расчётов в Excel. Если это возможно, то "выложите", пожалуйста эту таблицу.
И ещё, не совсем понятно:совсем небольшие погрешности вносят разные по длине и диаметру зоны Френеля для твоего луча и луча RW3BP
Правильно ли я понял, что Вы имеете в виду "номера" зон Френеля?
Алексей, я позже таблицы выложу.
Зона Френеля это эллипсоид вокруг мнимой линии между антеннами корреспондентов . Считается, что перекрытие не более чем на 20% этой зоны какими либо препятствиями уже вносит дополнительно потери 2-3 дб к потярям, считаемым в прямом пространстве.
Для релеек говорят только о первой зоне Френеля и считается диаметр зоны Френеля для учета дополнительных потерь. -
Иван, вопрос не принципиальный и в этой теме я любитель, но хотел бы уточнить;
меня смутило в Вашем высказывании вот это:"небольшие погрешности вносят разные по длине и диаметру зоны Френеля для твоего луча и луча RW3BP".
Если я правильно понимаю, то эти вещи зависят только от частоты и расстояния между антеннами.
Мы сейчас с Анатолием UA4HTS пытаемся определить трассу для будущих экспериментов и этот вопрос достаточно важен для нас.
Может имеется в виду разное расстояние до препятствия? -
В качестве идеи улучшить NF системы - предлагаю взять два одинаковых чипа МШУ....
Иван, приветствую ... и спасибо за идею. Эти МШУ работают в нелинейном режиме?
*****
По поводу зон Френеля. Формула для ширины первой зоны (радиуса эллипса) rho=sqrt(lambda*r1*r2/(r1+r2)), lambda - длина волны, r1 и r2 - расстояния от станций до препятствия между ними, все длины в одинаковых единицах.
-
Иван, вопрос не принципиальный и в этой теме я любитель, но хотел бы уточнить;
меня смутило в Вашем высказывании вот это:"небольшие погрешности вносят разные по длине и диаметру зоны Френеля для твоего луча и луча RW3BP".
Если я правильно понимаю, то эти вещи зависят только от частоты и расстояния между антеннами.
Мы сейчас с Анатолием UA4HTS пытаемся определить трассу для будущих экспериментов и этот вопрос достаточно важен для нас.
Может имеется в виду разное расстояние до препятствия?
Алексей, да, в теории, влияние зоны Френеля будет одинаково для обоих корреспондентов, т.к. высота каждого фиксирована и возможные препятствия находятся на фиксированном расстоянии. Примерно посередине между корреспондентами необходимо иметь максимально чистое место по высоте прохождения луча (мин. радиус 1й з.Френеля).
Но расчеты приводятся, когда обе станции находятся на одинаковой высоте, а если одна станция выше, а другая ниже и есть влияние отражения от подстилающей поверхности ( к примеру металлическая крыша на трассе) то уже может влиять эффект приема многолучевого сигнала. Антенна с меньшей диаграммой подвержена в меньшей степени эффекту многолучевого приема, а значит и QSB будут
чуть меньше, уровень сигнала стабильнее.ЦитироватьИван, приветствую ... и спасибо за идею. Эти МШУ работают в нелинейном режиме?
Дмитрий, какими бы МШУ не были линейными устройствами, но два сигнала разной частоты на их входе при определенном уровне создадут
F1-F2 и F1+F2. Возможно, что придется уровнем гетеродина поиграться.
К сожалению в питание подать сигнал гетеродина мы не сможем, чипы-конденсаторы на кристалле подавят этот сигнал. -
Спасибо, понятно.
-
В первом сообщении этой темы Александр RA3EME дал ссылку на статью, в которой есть картинка
(в приложении)
Нет ли у кого статьи, в которой описан этот умножитель, т.е. DUBUS 1/92 стр.24
В интернете не нашёл
mult_x_3.jpg
-
http://www.dubus.org/archive.htm
-
Алексей есть этот Дубус. На 24 стр. чертежи флянцев, на 25-й тарелка с контррефлектором. Вся статья с 13 по 26 стр. Всю отсканировать?
-
В архиве это есть.