Сегодня, как и обещали, продолжаем обзор USB-датчиков мощности. Исходный документ можно найти здесь...
Источник опорного сигнала 50 МГц больше не актуален.
Источник опорного сигнала, известный по работе с классическими измерителями мощности, использовался не всегда. Он был введен в эксплуатацию в процессе перехода от термисторных датчиков мощности (в настоящее время считаются устаревшими) к термоэлектрическим датчикам. Тогда как термисторные датчики мощности демонстрируют присущую им долговременную стабильность благодаря применяемому методу замещения по постоянному току, для термоэлектрических и диодных детекторов дело обстоит иначе. В результате, компании-конкуренты и по сей день не калибруют датчики этого типа в абсолютных величинах, применяя вместо этого относительную калибровку с помощью источника опорного сигнала частотой 50 МГц. Абсолютное значение обеспечивается установленным в базовом блоке источником опорного сигнала 50 МГц. Несмотря на то, что компания Rohde&Schwarz с самого начала придерживалась иного подхода, используя абсолютную калибровку датчиков мощности семейств R&S®NRV и R&S®NRP, источник опорного сигнала 50 МГц и в этом случае являлся важнейшим компонентом, применяемым для поверки датчиков мощности, которые, несмотря на гарантированную долговременную стабильность, подвергались влиянию искажающих характеристики воздействий. В настоящее время внешний источник опорного сигнала больше не актуален. С одной стороны, его использование требует отключения датчика мощности от ИУ и подсоединения этого датчика к источнику – трудоемкая и изнурительная, а в ряде случаев и вообще бесполезная работа. С другой стороны, собственная погрешность измерения источника ставит под сомнение целесообразность его использования. Варьируясь в диапазоне от 0,4 % до 1,2 %, эта погрешность существенно превышает наблюдаемый уровень дрейфа параметров, тем самым подразумевая, что источник может использоваться лишь для обнаружения значительных отклонений. USB-датчики мощности в очередной раз совершили определяющий рывок в направлении изменения существующей концепции. Поскольку источник опорного сигнала 50 МГц для этих датчиков, как правило, локально недоступен, единственным вариантом является выполнение поверки параметров существующих датчиков. Этот подход был впервые применен с высоким уровнем точности в тепловых датчиках мощности R&S®NRP-Z5x. Эти датчики содержат эталонную цепь на базе высокостабильного источника постоянного напряжения. Формируемый эталонной цепью сигнал накладывается на сигнал ИУ, позволяя всего за несколько секунд выполнить полную поверку датчика – от термоэлектрического преобразователя до АЦП – исключая необходимость отсоединения датчика мощности. Коэффициент воспроизводимости порядка 10–4 позволяет добиться уровня достоверности, ранее достижимого только при использовании термисторных измерителей мощности. Можно предположить, что этот принцип будет перенесен и на другие типы датчиков.
Не все датчики одинаковы
Немногие изделия ухитрились развить потенциал концепции встроенных датчиков до уровня, сравнимого с датчиками мощности серии R&S®NRP. Ряд недавно выведенных на рынок изделий позиционируются исключительно как бюджетные альтернативы классическим измерителям мощности и потому не могут обеспечить столь же высокую точность и скорость измерений. Использование детекторов ведет к риску непреднамеренного совершения пользователями серьезных ошибок измерения. CW-датчики и датчики с логарифмическими детекторами (в этом контексте) по определению пригодны лишь для работы с чистыми синусоидальными сигналами, испытывая неудачу при работе с наложенными сигналами помехи (шум, гармоники) и модулированными сигналами. И хотя в недавнем прошлом использование CW-датчиков все еще имело смысл благодаря малому времени измерения и высокому отношению сигналшум, в настоящее время они считаются полностью устаревшими. Наилучшим выбором в таких областях применения являются встроенные многоканальные датчики. Они работают с более высокой скоростью и не ограничены ни одним из вышеназванных факторов. Само собой, встроенные многоканальные датчики также могут значительно различаться по уровню качества, особенно по скорости измерения. Для достижения наивысшей производительности в датчиках должны гармонично сочетаться три фактора. Первым является совокупность диодов детектора, т.е. последовательно подключенные встроенные массивы диодов. Они улучшают ВЧ-характеристики датчика и расширяют динамический диапазон для каждого измерительного канала. Вторым фактором является запатентованный компанией Rohde&Schwarz алгоритм взвешивания, который исключает жесткое переключение каналов, обеспечивая плавность сопряжения (Рис. 4). Алгоритм подразумевает использование данных соседнего измерительного канала для вычисления конечного результата в широком перекрывающемся диапазоне 6 дБ (отношение мощностей 4:1). Оба этих фактора позволяют в 100 раз уменьшить среднее время нахождения в переходной области.
Третьим фактором является наличие третьего измерительного канала – особенности, до настоящего времени реализованной лишь компанией Rohde&Schwarz. Использование многоканальных датчиков компании Rohde&Schwarz позволяет в 20 раз уменьшить время измерения по сравнению с лучшим конкурирующим решением (Рис. 5), одновременно расширяя динамический диапазон на 10 дБ.
Перспективы
Приведенные выше доводы могут с легкостью создать впечатление того, что потенциал дальнейшего усовершенствования USB-датчиков мощности полностью исчерпан. На самом же деле это лишь начало пути, поскольку такие датчики не имеют ограничений, присущих классическим датчикам. Постоянная миниатюризация компонентов, в конечном счете, приведет к возникновению еще более эффективных концепций, таких как создание общей системы синхронизации для многоканальных измерений с распределенными датчиками.
Вы можете узнать больше об измерительных датчиках R&S
И конечно, присоединяйтесь к наших образовательным проектам: Видео Академия R&S и Клуб Радиоинженеров.
Ваша команда R&S
