Práctica de mezcladores Laboratorio de medidas e instrumentación i Laboratorio de medidas e instrumentación. Práctica 5. Medida de un Mezclador. Nombres
Práctica de mezcladores Laboratorio de medidas e instrumentación 1 OBJETIVOS 1. Entender los principios básicos de conversión de frecuencia y el rendimiento de mezcladores pasivos no ideales. 2. Aprender a medir algunas de las características más importantes de un mezclador de microondas. INTRODUCCIÓN El mezclador es el componente dentro de un terminal de RF donde se realiza la traslación frecuencial de una señal de radio frecuencia a una señal de frecuencia intermedia. El mezclador utilizado en esta práctica es el HMC285 de Hittite, preparado para trabajar normalmente en frecuencias entre 1.7 y 3.5 GHz. Este rango es válido tanto para la señal de radiofrecuencia (RF), como para el oscilador local (LO). En esta práctica, la frecuencia del oscilador local estará siempre por debajo de la señal de RF. La diferencia de ambas es, precisamente, la frecuencia intermedia de salida (IF). En general, en la mayoría de los mezcladores comerciales la denotación de los puertos suele ser "R", "L" e "I", que en esta práctica se denominarán "RF", "LO" e "IF" respectivamente. En esta práctica se utilizará el analizador vectorial de redes y el generador de señal para la obtención de las frecuencias RF y LO, mientras que la salida IF será observada mediante el analizador de espectros. SUMARIO Se ha dispuesto el siguiente orden para las medidas sobre el mezclador: 1. Curvas de pérdidas de conversión de potencia. 2. Medidas de aislamiento de los distintos puertos "R", "L" e "I". 3. Parámetros S del mezclador 1. PÉRDIDAS DE CONVERSIÓN Se trata de observar la cantidad de potencia que se pierde cuando se realiza la transformación frecuencial desde RF a IF. Esta pérdida de potencia depende, principalmente, de la potencia del oscilador local y del valor de esa frecuencia intermedia. Para este apartado se va a utilizar el generador de señal, como oscilador local y el VNA, se utilizará para la señal de radiofrecuencia. Con el analizador de espectros se analizará la salida IF del mezclador. La siguiente
Práctica de mezcladores Laboratorio de medidas e instrumentación 2 figura muestra el tipo de conexión que es necesario realizar para estas medidas: SGN VNA LO RF IF SPA Será necesario presentar dos gráficas: Gráfica que presente las pérdidas de conversión frente a la frecuencia de RF para distintas IF (100 MHz, 400 MHz y 800 MHz). Gráfica que presente las pérdidas de conversión frente a la frecuencia de RF para distintas potencias del LO (0 dbm, 5 dbm y 10 dbm) y una frecuencia IF de 400 MHz. A continuación se disponen una serie de tablas y sus condiciones, cuidado con las potencias superiores a 10 dbm, el analizador de espectros puede saturarse con estos niveles de potencia. Será necesario, entonces, utilizar la función AMPLITUDE/REF LEVEL. También habrá que tener en cuenta las pérdidas de los cables a cada frecuencia, para corregirla. El mezclador utilizado soporta como máximo 13 dbm de potencia, es muy importante no rebasar este nivel, podría inutilizar el componente. La disposición utilizada es la siguiente: el VNA, funcionando como generador, y el generador de señal, conectados a los puertos RF y LO, y la salida IF conectada al SA. Tabla 3. Conversion Loss para LO: 7 dbm, potencia RF: 0 dbm, IF: 400 MHz. Frec. LO (GHz) Frec. RF (GHz) SA
Práctica de mezcladores Laboratorio de medidas e instrumentación 3 Tabla 4. Conversion Loss para LO: 7 dbm, potencia RF: 0 dbm, IF: 800 MHz Frec. LO (GHz) Frec. RF (GHz) SA 0.45 1.25 0.7 1.5 0.95 1.75 1.2 2 1.45 2.25 1.7 2.5 1.95 2.75 2.2 3 Tabla 5. Conversion Loss para LO:7 dbm, potencia RF: 0 dbm, IF: 100 MHz Frec. LO (GHz) Frec. RF (GHz) SA 0.9 1 1.15 1.25 1.4 1.5 1.65 1.75 1.9 2 2.15 2.25 2.4 2.5 2.65 2.75 2.9 3 Tabla 6. Conversion Loss para LO: 0 dbm, potencia RF: 0 dbm, IF: 400 MHz Frec. LO (GHz) Frec. RF (GHz) SA Tabla 7. Conversion Loss para LO: 5 dbm, potencia RF: 0 dbm, IF: 400 MHz Frec. LO (GHz) Frec. RF (GHz) SA
Práctica de mezcladores Laboratorio de medidas e instrumentación 4 Tabla 8. Conversion Loss para LO: 10 dbm, potencia Rf: 0 dbm, IF: 400 Mhz Frec. LO (GHz) Frec. RF (GHz) SA 2. AISLAMIENTO ENTRE PUERTOS Con estas medidas se pretende ver cuanta señal indeseada nos llega de los demás puertos a nuestra salida IF. Las configuraciones utilizadas para realizar estas mediciones son dos: una de ellas para medir el aislamiento entre RF/IF y el LO/IF, y la otra para medir el aislamiento LO/RF. Para medir los aislamientos RF/IF y LO/IF, no es necesario cambiar la configuración utilizada en el apartado 1.1. La diferencia es que la medida no la tomamos a la frecuencia IF sino a la de RF y LO, según sea aislamiento para RF o para LO. Ya que lo que se mide es cuánta potencia de la señal de RF o LO se introduce en la salida (IF), directamente, es decir sin mezclarse. VNA SGN LO RF IF SPA También aquí será necesario tener en cuenta las pérdidas de los cables. Además, la potencia que se cuela por el mezclador será la diferencia entre la observada y la emitida aproximadamente. Establecer el rango de precisión en la medida. Tabla 9. Aislamientos RF/IF y LO/IF para IF: 400 MHz y RF: 0 dbm y LO: 7 dbm. Frec. RF (GHz) Frec. LO (GHz) RF/IF LO/IF
Práctica de mezcladores Laboratorio de medidas e instrumentación 5 1.4 1.8 1.5 1.9 1.55 1.95 Para calcular el aislamiento LO/RF es necesario utilizar la carga que hay en el kit de calibración conectada al puerto IF del mezclador. La salida que irá al analizador de espectros será la de RF, e introduciremos la señal por el LO. Se trataría de medir cuánta potencia del oscilador local puede colarse por la entrada de RF hacia la antena que recibe la señal. Tabla 10. Aislamiento LO/RF para IF: 400 MHz y potencia LO: 7 dbm. Frec. LO LO/RF 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3. PARÁMETROS S Los parámetros de potencia transmitida y reflejada son fácilmente calculables mediante el VNA midiendo reflexión y transmisión. Primeramente se coloca el puerto REFLECTION con la entrada RF y TRANSMISSION con la salida IF. Dispuesto de esta manera, el canal 1, nos dará el parámetro S11 mientras que el canal 2 representará S21 en función de la frecuencia, es decir nos dará una medida del aislamiento RF/IF. Comprobar que los valores medidos de aislamiento coinciden con los del apartado anterior. Si cambiamos ahora el mezclador de posición, y ponemos al revés las patas RF e IF, obtendremos el parámetro S22 del mezclador. Las gráficas obtenidas han de ser guardadas en formato ASCII, para después poder representarlas en una gráfica con un ordenador. Para calcular la adaptación del oscilador local, se hace lo mismo conectando el puerto REFLECTION con la entrada LO y TRANSMISSION con la salida IF. Habrá que calcular: S11, S21. El parámetro S21 nos dará una medida del aislamiento OL/IF. Al igual que antes se comprobará que los
Práctica de mezcladores Laboratorio de medidas e instrumentación 6 valores medidos de aislamiento del oscilador local coinciden con los del apartado anterior Para guardar, presionar "SAVE RECALL", cambiar de directorio con SELECT DISK y definir el formato en el menú "DEFINE SAVE": seleccionar ASCII y a continuación ambas medidas Meas1 y Meas2. Estas gráficas se deben entregar con el resto de la práctica, comentando los resultados obtenidos, es buena la adaptación de este circuito? Por qué? A que frecuencias está mejor adaptado para RF y LO? Lo mismo que los LNA, los mezcladores tienen comportamientos no lineales. De esta manera, en los mezcladores también se puede realizar la medida del IIP3, para caracterizar su linealidad. Dibujar las conexiones, y los equipos necesarios para poder medir adecuadamente el IIP3 de un mezclador.