المجموعات

كيفية قياس ضوضاء المرحلة باستخدام محلل الطيف

كيفية قياس ضوضاء المرحلة باستخدام محلل الطيف

توفر أجهزة تحليل الطيف اليوم وسيلة فعالة للغاية لاختبار ضوضاء المرحلة بسهولة ودقة ، ويمكن أن تكون أسهل بكثير وأكثر دقة من استخدام الأساليب التي تستخدم أشكالًا أخرى من أدوات اختبار الإلكترونيات.

غالبًا ما يتم تصميم أدوات اختبار الإلكترونيات هذه مع إجراءات مدمجة في البرنامج لتسهيل الاختبار. عند مقارنته بالطرق الأخرى التي تستخدم أشكالًا مختلفة من معدات الاختبار ، لا يوفر محلل الطيف طريقة أكثر ملاءمة للحصول على قياسات ضوضاء الطور فحسب ، بل يكون عادةً أكثر دقة.

تزداد أهمية ضوضاء الطور كمعامل في العديد من أجهزة التردد اللاسلكي لأنه لا يمكن أن يؤدي أداء ضوضاء الطور الضعيف إلى زيادة أخطاء البيانات فحسب ، بل قد يؤدي أيضًا إلى حدوث تداخل مع المستخدمين على القنوات الأخرى.

وفقًا لذلك ، هناك حاجة إلى قياسات ضوضاء المرحلة لمجموعة من الأنواع المختلفة من المعدات الإلكترونية أثناء مراحل التصميم. يمكن أن يكون قابلاً للتطبيق على العناصر من الهواتف المحمولة ، إلى العقد / الوحدات المستخدمة لإنترنت الأشياء ، وإنترنت الأشياء ، ومعدات الاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى ، ومعدات الاتصالات اللاسلكية وعدد كبير من العناصر الأخرى.

نتيجة لمجموعة متنوعة من العناصر التي قد تحتاج إلى إجراء قياسات ضوضاء الطور ، هناك حاجة إلى طريقة ملائمة لتحقيق ذلك ، ومحلل الطيف هو أداة اختبار مثالية لتلبية هذه الحاجة.

ما هو ضوضاء المرحلة

تنتج ضوضاء الطور من تقلبات الطور قصيرة المدى الموجودة على أي إشارة. يُعرف هذا باسم ارتعاش الطور ويتم قياسه مباشرةً بوحدات الراديان.

يتجلى ارتعاش الطور في إشارة كنطاقات جانبية تنتشر على جانبي الإشارة الرئيسية. يُعرف هذا باسم ضوضاء طور النطاق الجانبي الفردي ، وعند النظر إليه بهذه الطريقة يكون من الأسهل تصور وقياس أيضًا.

ضوضاء المرحلة مهمة لعدد من الأسباب:

  • يحط من أداء عمليات نقل البيانات: تستخدم معظم عمليات إرسال البيانات مثل تلك المستخدمة في الاتصالات الخلوية و Wi-Fi والعديد من التطبيقات الأخرى أشكالًا من التعديل تستخدم الطور كجزء من تقنية التعديل أو كلها. ستعمل ضوضاء الطور على تقليل الهامش بين الحالات المختلفة وستؤثر على هوامش الإشارة ومعدلات خطأ البتات الناتجة. هذا يعني أنه من المهم الحصول على أداء جيد لضوضاء الطور لأي مذبذبات محلية.
  • تداخل القناة المجاورة: تنتشر ضوضاء الطور على جانبي الإشارة الرئيسية ويمكن أن تقع في القنوات القريبة مما يتسبب في حدوث تداخل مع المستخدمين الآخرين. ونتيجة لذلك ، يجب إبقاء البث الهامشي ، بما في ذلك ضوضاء الطور ، أقل من حدود معينة لضمان أن التداخل ليس مشكلة.

تقاس ضوضاء الطور على أنها قدرة الضوضاء في عرض نطاق معين. المعيار هو عرض النطاق الترددي 1 هرتز. على الرغم من إمكانية إجراء القياس في نطاق ترددي أوسع ، إلا أنه يمكن تحويله بسهولة إلى قيمة عرض النطاق الترددي 1 هرتز.

بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط قيمة الضوضاء بمستوى الموجة الحاملة. عدد معين من الديسيبل لأسفل على الناقل. الاختصار القياسي الذي يشير إلى أن هذا هو dBc.

أخيرًا ، يجب تحديد الإزاحة من الموجة الحاملة لأن مستوى الضوضاء يختلف مع تغير التخالف من الموجة الحاملة.

هذه المواصفات النموذجية مقتبسة من حيث ديسيبل لأسفل على الموجة الحاملة في عرض نطاق 1 هرتز عند تخالف تردد معين ، أي dBc / Hz عند إزاحة xx kHz.

ملاحظة حول ضوضاء المرحلة:

تتكون ضوضاء المرحلة من اضطرابات عشوائية صغيرة في طور الإشارة ، أي ارتعاش الطور. هذه الاضطرابات هي عبارة عن تعديل طوري فعال ونتيجة لذلك يتم إنشاء نطاقات ضوضاء جانبية. تنتشر هذه على جانبي الإشارة الرئيسية ويمكن رسمها على محلل الطيف كضوضاء طور النطاق الجانبي الفردي.

اقرأ المزيد عن ضوضاء المرحلة.

المتطلبات المسبقة لقياس ضوضاء المرحلة

يتمثل المطلب الرئيسي لأي قياس لضوضاء الطور باستخدام محلل الطيف في أنه يجب أن يكون له مستوى منخفض من الانحراف مقارنة بمعدل الاكتساح. إذا كان مستوى انجراف المذبذب مرتفعًا جدًا ، فسيؤدي ذلك إلى إبطال نتائج القياس.

هذا يعني أن هذه التقنية مثالية لقياس مستويات ضوضاء الطور لأجهزة توليف التردد لأنها مقفلة إلى مرجع ثابت ومستويات الانجراف منخفضة للغاية.

العديد من مذبذبات التشغيل الحر ليست مستقرة بدرجة كافية لاستخدام هذه التقنية. غالبًا ما يحتاجون إلى الإغلاق على مرجع بطريقة ما ، وهذا من شأنه أن يغير خصائص ضوضاء الطور لجزء على الأقل من الطيف.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون أداء ضوضاء الطور لمحلل الطيف أفضل من أداء العنصر قيد الاختبار ، وإلا سيقيس الاختبار خاصية ضوضاء الطور المميزة لمحلل الطيف.

في حين أنه ليس ضروريًا ، فإنه يساعد إذا كان محلل الطيف يحتوي على روتين مدمج لقياس ضوضاء الطور. تحتوي العديد من أدوات الاختبار الحديثة على هذه الإجراءات المضمنة ويمكن أن تكون مفيدة للغاية.

كيفية قياس ضوضاء الطور باستخدام محلل الطيف

على الرغم من وجود العديد من الطرق لقياس ضوضاء الطور ، فإن الطريقة الأكثر مباشرة هي استخدام محلل الطيف.

يتم توصيل المحلل بشكل أساسي بإخراج الوحدة قيد الاختبار عبر أي مخفف مناسب لازم لتقليل الطاقة في المحلل (إذا كانت طاقة الخرج من الوحدة قيد الاختبار عالية).

في بعض الحالات ، قد يكون من الضروري قفل معايير المذبذب للمحلل والوحدة قيد الاختبار معًا. وبهذه الطريقة لن يكون هناك انحراف في الإشارة مما قد يمثل مشكلة لإغلاق القياسات.

يتم بعد ذلك ضبط المحلل لقياس مستوى الإشارة الخارجة من الموجة الحاملة - غالبًا ما يكون ذلك من الموجة الحاملة إلى تردد 1 ميجا هرتز أو ربما أكثر. من الناحية المثالية إلى النقطة التي وصلت فيها الضوضاء إلى أرضية الضوضاء.

يجب ضبط عرض النطاق الترددي للمحلل بحيث يتم تحقيق توازن جيد بين دقة المسح والوقت الذي يستغرقه الفحص. يمكن بعد ذلك تحويل مستوى الضوضاء إلى المستوى الموجود في عرض النطاق الترددي 1 هرتز.


مرشح محلل وخصائص الكاشف

تؤثر خصائص المرشح والكاشف لمحلل الطيف على نتائج قياس ضوضاء الطور.

إحدى القضايا الرئيسية هي عرض النطاق الترددي للمرشح المستخدم داخل محلل الطيف. لا تمتلك المحللون مرشحات 1 هرتز ، وحتى إذا قاموا بإجراء قياسات باستخدام مرشح عرض النطاق الترددي 1 هرتز ، فسيستغرق إجراء ذلك وقتًا طويلاً جدًا. وفقًا لذلك ، يتم استخدام مرشحات أوسع ويتم تعديل مستوى الضوضاء إلى المستويات التي يمكن العثور عليها إذا تم استخدام مرشح النطاق الترددي 1 هرتز.

من الممكن استخدام صيغة بسيطة لإجراء تعديل لعرض النطاق الترددي للمرشح:

إل1 هرتز=إلمنقي-10سجل10(BW1)

أين:
إل1 هرتز = المستوى في عرض النطاق الترددي 1 هرتز ، أي تم ضبطه عند 1 هرتز ، عادةً بوحدة dBm
إلمرشح = المستوى في عرض نطاق المرشح ، عادةً بالديسيبل
BW = عرض النطاق الترددي لمرشح القياس بالهرتز

نظرًا لأن شكل المرشح ليس مستطيلًا تمامًا وله تدحرج محدود ، فإن هذا له تأثير على التحول لإعطاء ضوضاء في عرض نطاق ترددي قدره 1 هرتز. عادةً ما يلزم دمج عامل معروف للمرشح قيد الاستخدام لضمان التحويل الصحيح.

نوع الكاشف له تأثير أيضًا. إذا تم استخدام كاشف أخذ العينات بدلاً من كاشف RMS وتم حساب متوسط ​​التتبع عبر عرض نطاق ضيق أو عدة قياسات ، فسيتم العثور على أن الضوضاء ستكون أقل ترجيحًا.

عادةً ما يتم استيعاب تعديلات هذه العوامل وأي عوامل أخرى داخل محلل الطيف ، وغالبًا ما يتم دمج إعداد قياس ضوضاء الطور الخاص في قدرات البرنامج.

احتياطات قياس ضوضاء المرحلة

هناك بعض الاحتياطات المهمة التي يجب تذكرها عند قياس ضوضاء الطور باستخدام محلل الطيف

  • تأكد من عدم إمكانية التقاط ضوضاء خارجية: يقيس محلل الطيف ضوضاء طور النطاق الجانبي الأحادي ، وبالتالي فإن أي ضوضاء اتساع موجودة ستضيف إلى ذلك ، مما يؤدي إلى تدهور النتيجة. تأكد من عدم قدرة المحلل على التقاط ضوضاء خارجية:
    • استخدام العملاء المتوقعين الذين تم فحصهم: استخدم خيوط تم فحصها لجميع اتصالات الإشارة
    • الابتعاد عن مصادر الضوضاء: تأكد من أن نظام الاختبار ، بما في ذلك الوحدة قيد الاختبار ، بعيدًا عن أي مصادر تداخل. نظرًا لأن مستويات الإشارة التي يتم قياسها ستكون منخفضة جدًا بالنسبة لبعض الترددات ، فقد يؤدي مقدار صغير من الالتقاط إلى نتائج خاطئة
    • الغرفة المفحوصة؟ في حالة توفر غرفة مزودة بفحص RF ، قد يكون من الممكن استخدام هذا لإجراء الاختبار ، مما يضمن عدم التقاط أي تداخل.
  • تشغيل الوحدة تحت الاختبار من مصدر الطاقة الصحيح: يمكن أن يغير مصدر الطاقة إلى حد كبير أداء الضوضاء لدائرة التردد اللاسلكي. تأكد من استخدام مصدر الطاقة للجهاز ، أو واحد على الأقل له نفس مستوى الأداء. غالبًا ما ينتج عن تبديل مصادر الطاقة ضوضاء أكثر من تلك الخطية التماثلية ، لذا يجب تذكر ذلك.
  • ضمان أداء المحلل المناسب: هناك نوعان من القضايا الرئيسية. وهي ضوضاء طور محلل الطيف نفسه وأداء المدى الديناميكي:
    • أداء ضوضاء طور محلل الطيف: بالنسبة للإشارات التي تحتوي على مستويات منخفضة جدًا من ضوضاء الطور ، من الممكن أن تقترب الوحدة قيد الاختبار من أداء المحلل. في هذه الحالة ، ستضيف ضوضاء الطور للمذبذب داخل المحلل إلى تلك الخاصة بالإشارة قيد الاختبار وسيؤدي ذلك إلى تشويه النتيجة. لمنع حدوث ذلك ، تأكد من أن أداء ضوضاء الطور للمحلل أفضل بمقدار 10 ديسيبل على الأقل من أداء الوحدة قيد الاختبار.
    • النطاق الديناميكي لمحلل الطيف: كما يجب أن يكون أداء المدى الديناميكي لمحلل الطيف كافياً. يجب أن يكون المحلل قادرًا على استيعاب مستوى الموجة الحاملة بالإضافة إلى مستويات الضوضاء المنخفضة جدًا الموجودة بعيدًا عن الناقل. من السهل التحقق مما إذا كانت الضوضاء الحرارية تمثل مشكلة. يمكن أخذ وتخزين أثر ضوضاء الطور لمصدر الإشارة. باستخدام نفس الإعدادات بالضبط ، ولكن بدون إشارة ، يمكن تكرار القياس. إذا كان هناك فرق واضح بين الاثنين عند إزاحة الفائدة ، فلن يتأثر القياس بشكل غير ملائم بالضوضاء الحرارية للمحلل.

يضمن استخدام هذه الاحتياطات وأي تدابير أخرى قد تكون مناسبة إمكانية الحصول على بعض النتائج الجيدة جدًا عند استخدام محلل الطيف لقياس ضوضاء الطور.

أجهزة تحليل الطيف هي أدوات اختبار مثالية لإجراء قياسات ضوضاء المرحلة. مع وجود العديد من أجهزة التحليل الحديثة عالية الأداء التي تتضمن بالفعل إجراءات لإجراء هذه الاختبارات في أي تصميم أو سيناريو اختبار للترددات الراديوية ، فإن القياسات ليست سهلة فقط ولكنها موثوقة أيضًا.

نظرًا لصعوبة إجراء قياسات ضوضاء الطور ، فإن أدوات الاختبار النهائية هي التي يمكنها بشكل أساسي إجراء هذه القياسات وإدخال الإجراءات الروتينية فيها. ومع ذلك ، من الممكن ، مع الحرص ، استخدام محللات طيف منخفضة الطرف الأخرى لإجراء تقديرات أداء ضوضاء الطور للدوائر والأنماط والأنظمة ، بشرط أن يكون هناك فهم لقيود الاختبار.


شاهد الفيديو: ما هي شدة الضوضاء وما يقابلها من الاصوات من حولنا (قد 2021).