מתנדים מבוקרי מתח (VCO) מתוכננים, בדרך כלל, לפעולה בסביבה אידיאלית של 50 אוהם. עם זאת, העומסים הממשיים שמתנדים אלו חייבים לדחוף שונים באופן משמעותי מהערך הזה. מדידת שינויי התדירות, כאשר במוצא של מתנד VCO יש עומס עם הפסדי החזרה של 12dB (לכל זוויות המופע האפשריות), היא פעולה סטנדרטית בתעשייה. מדידה זו מתבצעת, בדרך כלל, באופן ידני וגוזלת זמן רב. טכנאי מיומן יכול לבצע את המדידה בטווח זמן שבין דקות אחדות לכמה שעות. למרבה המזל, בזכות הפיתוח של מאריך קו (line stretcher) חדש אלקטרוני מבית Mini-Circuits, את הבדיקות האלו, שפעם גזלו זמן רב, אפשר כיום לבצע במהירות ובאופן אוטומטי.
איור 1. מדידות של “משיכה על ידי עומס” (Load Pull) בשיטה הישנה, מבוצעות עם מערכת המבוססת על מאריך קו ידני
על מנת להבין את החשיבות של מאריכי קו אלקטרוניים, נסקור את השיטה הישנה לביצוע בדיקות “משיכה על ידי עומס” במתנד מבוקר מתח. מערך מדידה ידנית לבדיקת משיכה על ידי העומס של מתנדים מבוקרי מתח לת”ר (RF) ולגלי מיקרו מוצג באיור 1. יציאת ת”ר של מתנד VCO מחוברת דרך מנחת של 6dB ומצמד כיווני אל מותחן הקו המכני, בעל ההפסדים הנמוכים. המצמד הכיווני מספק אות ברמה נמוכה (אשר הוקטן על גורם הצימוד של הרכיב) לצורך ניטור תדירות באמצעות מונה תדר או באמצעות נתח ספקטרום.
במהלך הבדיקה, מתנד VCO מקבל ממתח בעזרת ספק הכוח Vcc. מתח הכוונון של מתנד VCO, Vt, מחובר למתח קבוע מסוים, על מנת להשאיר את התדירות שלו קבועה. בנקודה זו, מותחן הקו המכני מכוונן באופן ידני כדי לכסות את הזזת המופע המלאה של 360 מעלות בתדירות המסוימת הזו. במצב זה התדירות המרבית והתדירות המזערית הנוצרות כתוצאה מהזזות מופע אלו נמדדות ונרשמות. ההפרש בין התדירויות מהווה את תזוזת התדירות של מתנד VCO כתוצאה מהמשיכה על ידי העומס. קיימים מאריכי קו מכניים שיכולים לספק את הזזת המופע בת 360 מעלות בתדירויות מעל 1000 מגה הרץ. עם זאת, בתדירויות נמוכות יותר, קשה למצוא מאריכי קו מכניים שמשתנים ברציפות עם תוצאות מתאימות בבדיקת משיכה על ידי עומס. כתוצאה מחיסרון זה, מבצעים מדידות תדירות נמוכות יותר, שאותן יוצרים על ידי הוספה של קווי תמסורת בעלי אורכים קבועים אל מאריכי הקו לתדירויות גבוהות יותר, כדי להגדיל את טווח הזזת המופע בתדירויות הנמוכות יותר. בנוסף, על ידי שימוש ברכיבי סטנדרט כיול מדויקים, פתוחים וקצרים כסיומות למותחן הקו, אפשר היה לקבל הזזת מופע נוספת של 180 מעלות. לדוגמה, מותחן קו מכני מסוים יכול היה לספק הזזת מופע של 360 מעלות ב-1,000 מגה הרץ. אותו מותחן קו סיפק הזזת מופע של 180 מעלות בלבד במחצית התדירות, כלומר ב-500 מגה הרץ. על מנת לבצע את בדיקת המשיכה על ידי העומס במתנד VCO בתדירות גל נושא של 500 מגה הרץ, ראשית בוצע חיפוש של נקודת הקיצון (עבור תדירויות המקסימום והמינימום) על פני טווח של 180 מעלות של מותחן הקו ב-500 מגה הרץ, עם רכיב סטנדרט כיול פתוח, שהוצב בקצה של מותחן הקו. רכיב סטנדרט הכיול הפתוח הוחלף לאחר מכן ברכיב סטנדרט קצר, אשר סיפק קפיצת מופע נוספת של 180 מעלות, והחיפוש אחר נקודות קיצון בתדירות בוצע שוב. תדירויות המקסימום והמינימום של המתנד משתי המדידות שימשו כדי לחשב את התוצאות של משיכה על ידי עומס.
איור 2. מערכת אוטומטית זו למדידת משיכה על ידי עומס במתנד VCO אפשרית בזכות מאריכי הקו האלקטרוניים
מדידות משיכה על ידי עומס במתנד VCO שמשמשות בגישה זו יכולות להיות מעייפות בתדירויות נמוכות. עבור מדידות משיכה על ידי עומס במתנד VCO שמשמשות עם גל נושא בתדירות של 250 מגה הרץ ועם מותחן קו של 1000 מגה הרץ, יש לבצע את הבדיקה בארבעה שלבים. בכל שלב, יש להשתמש בטכניקות של נתק – קצר ובתוספת קווי תמסורת באורך של רבע גל (ב-250 מגה הרץ), אשר יגרמו לקפיצת מופע של 90 מעלות. הטכנאי שמבצע את המדידות חייב גם לקחת בחשבון את התוספת של הפסדי המעבר, ההפסדים של מותחן הקו, ההפסדים של המצמד הכיווני, ההפסדים של קווי התמסורת הנוספים ולפצות על הערך של המנחת.
מזיזי מופע אלקטרוניים רגילים יכולים לשמש לבדיקת משיכה על ידי עומס במתנד VCO, אבל הם בדרך כלל בעלי רוחב פס צר עם הזזת מופע מלאה של 360 מעלות וזמינים רק על פני טווח צר אופייני של כוונון מתנד VCO. בנוסף, הפסדי המעבר של הזזת מופע אלקטרונית אינה קבועה על פני כל הטווח של הזזת המופע, אלא היא נוטה להתרחב ככל שהזזת המופע גדלה. מזיזי מופע נתונים תמיד לעיוותים שנובעים מרוויה.
בשל החסרונות שיש למזיזי המופע האלקטרוניים הרגילים ולמותחני הקו המכניים, המהנדסים בחברת Mini-Circuits חיפשו שיטה טובה יותר לביצוע מדידות של משיכה על ידי עומס במתנד VCO. התוצאה של חיפוש זה הייתה הפיתוח של סדרת מוצרים מאריכי קו אלקטרוניים עם הזזת מופע מלאה של 360 מעלות על פני טווחי תדירויות רחבים (עיין בטבלה). שלושת הדגמים הראשונים של סדרת המוצרים הזו, של מאריכי קו אלקטרוניים כוללת יחידות עם טווח תדירויות של אוקטבה או יותר על פני טווח כולל של 110 עד 1300 מגה הרץ. התקנים אלו, בעלי שלושה חיבורים, מתאפיינים בהפסדי החזרה נקובים של 12dB עם טווחי מופע בכוונון אלקטרוני טובים יותר מ-360 מעלות, עבור טווחי התדירויות המוגדרים המלאים. חיבור ניטור מספק דגימה של אות המוצא של מתנד VCO שמוקטנת בבדיקה במשרעת (“אמפליטודה”) לצורך ניטור ובדיקות.
טבלה 1: מבט מהיר על מאריכי הקו האלקטרוניים
איור 3. תוצאות מדידה מציגות את תדירות המוצא כפונקציה של הזזת המופע של מותחן קו אלקטרוני
מאריכי הקו האלקטרוניים החדשים מתאימים במיוחד לשימוש במערכים אוטומטיים לבדיקת משיכה על ידי עומס במתנד VCO (איור 2). כאשר מתח הבקרה הישר משתנה באיטיות (sweep) מ- ל- וולט, זווית המופע של העומס המוצגת למתנד VCO משתנה ביותר מ-360 מעלות. נתח VCO/ PLL מוגדר להציג את התדירות כפונקציה של מתח הבקרה הישר (אשר מייצג את שינוי המופע של העומס). ההפרש משיא לשיא בעקומות התדירות המוצגות מספק את המשיכה של העומס (איור 3). כל מותחן קו אלקטרוני נתון במארז מתכתי עם מחברי SMA נקבה קואקסיאליים בכל החיבורים. מידות המארז המתכתי הן 3.18×3.18×1.91 ס”מ.
