ג’ון ס. האנסן, מהנדס אותות בכיר, Agilent Technologies. בכל הנוגע לבדיקת RF, הרי שאחד המאפיינים החיוניים של כל מחולל אותות RF הוא הספק המוצא המרבי שאותו הוא יכול לספק להתקן שתחת בדיקה (DUT) תוך שמירה על טוהר ספקטראלי ועל דיוק. היכולת לספק אות טהור ומדויק ברמה של +25 dBm ומעלה מבטיחה דיוק מדידה משופר ואף מאפשרת בדיקה של תנאי פעולה קיצוניים או חריגים.
כמתואר במאמר זה, יכולות אלה עשויות לפשט את הבדיקה של מגברים גבוהי הספק, להתגבר על הפסדים הקיימים במערכות ציוד בדיקה ממוכן (ATE) ולתת מענה להנחתה של אותות כאשר מדובר באורכי כבל גדולים. בשורה התחתונה, עם יתרונות השימוש במחולל אותות בעל הספק מוצא גבוה נמנה גם צמצום העלות, הגודל והמשקל של מערכת הבדיקה או תצורת הבדיקה המתקבלת.
פישוט בדיקות המגבר
מגברי המיקרוגל מסוג TWT (Traveling wave tube) מהווים דוגמה קלאסית: הם מפיקים יותר מ-100 ואט או +50 dBm של הספק מוצא ודורשים רמות מבוא של +25 dBm ומעלה. למרבה הצער, רוב מחוללי אותות המיקרוגל הקיימים בשוק אינם מספקים מוצאים מאוזנים המתאפיינים ברמות הספק כאלה. כתוצאה מכך, האפשרות היחידה היא לחבר את מחולל לקדם-מגבר מיקרוגל חיצוני ולציוד התמיכה הנחוץ לניטור, איזון וכיול של האות המועבר ל-TWT.
איור 1 מציג תצורה נפוצה של בדיקת מגברים גבוהי הספק. מוצא מחולל האותות, שהנו לרוב +10 עד +23 dBm, מוזן לתוך קדם-מגבר המתאפיין בשבח של 30 עד 35dB. הקדם-מגבר יכול להיות התקן פס רחב או התקן אשר תואם לטווח התדרים של המגבר שתחת בדיקה (AUT).
איור 1. תצורה לדוגמה עבור בדיקת מגברים גבוהי הספק
על מנת להשאיר את הספק המבוא ברמה נמוכה ככל האפשר, מוצא הקדם-מגבר מוזן לתוך מצמד מאזן, אשר מספק נקודת דגימה פרופורציונאלית שמועברת אל ה-ALC (בקרת הרמה האוטומטית) של מחולל האותות. סוג זה של תיקון אי התאמה דינמי הנו חיוני, בגין הסבירות הגבוהה לתנודות בהיענות התדר של הקדם-מגבר. על מנת לאפיין כראוי את שבח ה-AUT, אות המוצא של המצמד חייב להתאפיין בדיוק של dB 0.5 ± בכניסת המגבר.
המגבר מניע עומס שעבר קירור במים או שמן, לצורך טיפול במוצא גבוה ההספק של ה-AUT. כמו במקרה של המצמד, גם מוצא העומס הנו פרופורציונאלי למוצא ה-AUT ומקדם את האות לטווח שנמדד בקלות באמצעות חיישני הספק ומדי הספק שנמכרים באופן מסחרי.
לרוע המזל, גישה נפוצה זו מתאפיינת בשלושה חסרונות עיקריים: התצורה מורכבת מעט; היא מחייבת שימוש באבזרי בדיקה יקרים המסוגלים להתמודד עם הספקים גבוהים ורמת הדיוק הכוללת שלה כפופה למידת הדיוק של כל אלמנט בתוך המערכת. העלות והמורכבות גדלים כאשר יש צורך במספר התקני קדם-מגבר צרי פס לצורך שימור הספק מבוא נאות לרוחב טווח תדרי ה-AUT.
מחולל אותות בעל הספק מוצא גבוה מאפשר את תצורת הבדיקה הפשוטה יותר, אשר מוצגת באיור 2. אם מחולל האותות מסוגל לספק לפחות +25 dBm של הספק מוצא, הרי שניתן להסיר את הקדם-מגבר ואת מצמד האיזון החיצוני. הדבר מפחית את עלויות המערכת ואף משפר את ביצועיה.
איור 2: תצורה מפושטת עבור בדיקת מגבר עם מחולל אותות בעל הספק גבוה
על מנת לשמר את רמת הדיוק של ±0.5dB לרוחב טווח תדרי ה-AUT, מחולל האותות יכול להשיג גורמי תיקון מתוך מד ההספק. לדיוק מוגבר, ניתן להוסיף מצמד איזון חיצוני לתצורה זו. הדבר מאפשר למדוד במדויק את הספק המבוא של ה-AUT ומאפשר איזון הספק חיצוני עבור מחולל האותות (איור 3). הדבר משמר כמה ממאפייני העלות והמורכבות של התצורה המקורית (איור 1); עם זאת, הוא מבטל את העלות הכרוכה בקדם-מגבר יחיד של פס רחב או במספר התקני קדם-מגבר צרי פס.
איור 3: תצורה מפושטת עם מחולל אותות גבוה הספק ואיזון דינמי חיצוני.
התגברות על הפסדי אותות בתוך מערכת ATE
מערכת ATE אופיינית צוברת הפסדי עוצמת אות לרוחב מגוון מרכיבי מערכת: חיווט, מתגים וכן מצמדים, משלבים, מבודדים וכד’, אשר מאפשרים את שיתוף האות. זמינות עוצמה גבוהה יותר דרך מחולל האותות יכולה להתגבר על הפסדים אלה וכך להבטיח דיוק מדידה מוגבר. העוצמה הנוספת אף מאפשרת להוסיף מסננים ומנטרי אותות, תוך שיפור איכות המדידה הכוללת.
ההחלטה להכליל מחולל אותות בעוצמה גבוהה מבטיחה רוחב פס מוגדל והגברה נמוכת רעשים – באופן יחסי – של אותות הסטימולוס המועברים למערכת ה-ATE. בסופו של דבר, השימוש במקור כזה מפחיתה את עלויות המערכת על-ידי מניעת הצורך במגברי פס צר ובמערכות המיתוג המשויכות אליהם.
התמודדות עם הנחתה בעת שימוש בכבלים ארוכים
בעת בדיקת אנטנות או תתי מערכות לווייניות, מקור האות עשוי להימצא במרחק ניכר מה-DUT. לדוגמה, במטווח הבדיקה של אנטנות, אנטנת השידור עשויה להיות ממוקמת במגדל שמתנשא לגובה של 4 מטרים עד 25 מטרים (איור 4). תתי המערכות הלווייניות עשויות להיות ממוקמות בתא תרמי/תא ואקום, אולם מערכת הבדיקה תמוקם מחוץ לתא, שעשוי בתורו להיות גדול למדי ושדרכי הגישה אליו עשויות להימצא במרחק גדול מעל פני הקרקע, במגדל אחסון עשוי אלומיניום.
איור 4: מחולל אותות בעוצמה גבוהה יכול להתגבר על ההנחתה הנגרמת על-ידי כבלים בעת בדיקת אנטנות
במקרים כאלה, הפתרון המקובל ביותר הוא להשתמש בכבלים קואקסיאליים באורכים גדולים; עם זאת, כבלים אלה גורמים להפסדים ניכרים בעוצמת ה-RF ואף גדלים באופן דרמטי בתדרים גבוהים יותר. אף על פי שההנחתה יכולה להשתנות במידה רבה בכפוף לאיכות הכבל, הערכים האופייניים עבור כבל קואקסיאלי באורך 30 מטרים הם 45 dB בתדר של GHz 12 ו-70 dB בתדר של 20 GHz. אחד הפתרונות הוא שימוש בכבל קואקסיאלי מסוג Heliax, אשר מתאפיין בהפסדים נמוכים; עם זאת, העבודה עמו עלולה להיות מסובכת משום שהוא קשיח ואינו מיועד לתנועה מרובה ולשינויי התצורה המאפיינים את סביבות הבדיקה.
פתרון חלופי עשוי להיות הגברה נוספת בתוך מקור האות והגישה המועדפת כוללת שימוש במגברי הספק משורשרים, לצורך הגברת עוצמת התפוקה. שילוב עוצמת התפוקה הנוספת במקור מאפשר לחסוך בעלות, במקום ובמשקל.
סיום
מחולל אותות בעל עוצמת תפוקה גבוהה מספק מספר יתרונות, החל בתצורות בדיקה מפושטות וכלה בהקטנת הגודל, המשקל והעלות של סביבת הבדיקה. היכולת לספק אות טהור ומדויק בעוצמה של +25 dBm ומעלה יכולה להבטיח דיוק מדידה מוגבר ואף לאפשר בדיקה של תנאי פעולה קיצוניים או חריגים. למידע נוסף אודות מחולל אותות גבוהי עוצמה והיישומים שלהם, ראה הערת המוצר של Agilent Technologies “ייצור והחלה של אותות מוצא גבוהי עוצמה”, אשר זמינה בכתובת www.agilent.com/find/E8257D
בתמונה: Agilent PSG-E8257D, לדיוק מדידה מוגבר גם בתנאי פעולה קיצוניים או חריגים.
ביוגרפיה של המחבר
ג’ון האנסן הוא מהנדס יישומים בכיר ב-Agilent Technologies, Inc. ומאחוריו יותר מ-20 שנות ניסיון בתחום הנדסת המערכות ופיתוח מוצרים חדשים בענפי התקשורת האלחוטית, המיקרו-אלקטרוניקה והביטחון. בימים אלה הוא אחראי על יישום מוצרי Agilent בענפי התעופה והביטחון. ג’ון מחזיק בתואר ראשון בהנדסה של אוניברסיטת UCLA, בתואר שני בהנדסת חשמל של USC ובתואר שני במנהל עסקים של San Diego State University. הוא מהנדס מקצועי רשום במדינת קליפורניה.
