Sürekli dalga (CW) sinyalleri genellikle RF/mikrodalga uygulamalarında kullanılır. Bu tür sinyallerin güç seviyesini ölçmek genellikle bir CW güç sensörünü içerir. Birçok diyot tabanlı CW güç sensörünün geniş bir dinamik aralığı vardır ve bu da onları modüle edilmemiş CW sinyallerini ölçmek için mükemmel bir seçim haline getirir. Ancak bazı RF/mikrodalga uygulamaları CW sinyalleri yerine darbeli sinyalleri kullanır.
Örneğin, radar uygulamaları genellikle bir RF taşıyıcısının periyodik patlamaları olarak tanımlanabilen darbeli RF sinyallerini kullanır. Özünde, bu sinyaller belirli bir süre “açık”tır. “Açık” döngüsünün sonunda, sinyal bir süre “kapalı”dır. Bir CW veya ortalama güç sensörü darbeli RF sinyallerini ölçmek için kullanılabilirken, her zaman en etkili seçenek olmayabilirler. Çoğu zaman, bu sinyalleri ölçmek farklı bir yaklaşım benimsenerek daha etkili bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, darbeli RF sinyallerini ve bunları ölçmek için kullanılabilecek teknikleri anlamak önemlidir.
Darbeli RF Sinyallerinin Tanımı
Şekil 1 ideal bir darbeyi göstermektedir. Darbeleri tanımlayan özellikler arasında tepe gücü, ortalama güç, darbe tekrarlama frekansı (PRF), darbe tekrarlama aralığı (PRI), darbe genişliği, görev döngüsü, yükselme süresi ve düşme süresi bulunur. PRF, darbelerin üretildiği orandır. PRI, PRF ile ters orantılıdır. Darbe genişliği basitçe bir darbenin süresidir. Bir darbenin tepe gücü Şekil 1’de açıkça görülebilir. Bir darbenin ortalama gücü, görev döngüsü ve tepe güç seviyesiyle ilişkilidir.
1. İdeal nabız gösterilmektedir.
Bir darbe bir RF taşıyıcısını modüle ettiğinde, darbe modüle edilmiş bir RF sinyali oluşur. Şekil 2, bir RF taşıyıcısı ile birlikte modüle eden bir darbenin bir gösterimidir. Darbe RF taşıyıcısını modüle ettiğinde, sonuç Şekil 3’te gösterilen darbe modüle edilmiş bir RF sinyalidir .
2. Burada, modüle edici bir darbe, bir RF taşıyıcısının yanında yer alır.
3. Bu şekil darbe modülasyonlu bir RF sinyalini göstermektedir.
Darbeli RF Sinyallerini Ölçme Seçenekleri
Birkaç farklı test cihazı darbeli RF sinyallerini ölçebilir. Burada iki seçenek ele alınacaktır: tepe güç ölçerler ve spektrum analizörleri. Tepe güç ölçerler, ortalama güç ölçerler tarafından elde edilemeyen ölçüm yetenekleri sağladıkları için darbeli RF sinyallerini ölçmek söz konusu olduğunda olmazsa olmazdır. Darbeli RF sinyallerini kolayca analiz edebilirler ve kullanıcıların yalnızca tepe gücünü değil, aynı zamanda ortalama ve anlık gücü de ölçmelerine olanak tanırlar.
Spektrum analizörleri, frekans alanında darbeli RF sinyallerini analiz etmek için kullanılabilir. Bu tür sinyalleri bir spektrum analizöründe görüntülemek, bir dizi potansiyel sorunu ortaya çıkarabilir. Spektrum analizörleri genellikle tepe güç ölçerlerden daha pahalı olduğundan maliyet açısından bir dezavantajları vardır.
Pik Güç Ölçerler
Ortalama bir güç ölçer genellikle CW sinyallerini ölçmek için kullanılır. Bu tür güç ölçerler ayrıca darbeli RF sinyallerinin ortalama gücünü de ölçebilir. Ancak, ortalama güç ölçerler doğrudan tepe güç seviyelerini ölçemez.
Darbeli bir RF sinyalinin tepe güç seviyesi, ortalama güç değeri ve görev döngüsü bilinen nicelikler olduğunda hesaplanabilir. Bu nedenle, ortalama bir güç ölçer tepe gücünü dolaylı olarak ölçebilir. Başka bir deyişle, ortalama güç önce ölçülür. Görev döngüsü biliniyorsa, tepe gücü matematiksel olarak şu şekilde hesaplanabilir:
Ancak, bu tepe gücü hesaplama yöntemi yalnızca Şekil 1’de gösterilen gibi ideal bir darbe durumunda doğrudur. Şekil 4, tamamen dikdörtgen olmayan bir darbeyi göstermektedir. Aşım ve çınlama gibi ek faktörler, ideal olmayan bir şekle neden olur. Bu senaryoda, tepe gücünü açıklanan yöntemle hesaplamak yanlış bir sonuç üretecektir. Bu nedenle, ortalama güç değerine dayalı doğru bir tepe güç değeri hesaplamak için, darbe tamamen dikdörtgen olmalı ve sabit bir görev döngüsüne sahip olmalıdır. Bu koşullar karşılanmazsa, hesaplama doğru olmayacaktır.
4. Bu nabız ideal olmayan özelliklere sahiptir.
Ortalama bir güç ölçerin aksine, bir tepe güç ölçer darbeli bir RF sinyalinin tepe gücünü doğrudan ölçebilir. Bir tepe güç ölçer, hızlı tepki veren bir diyot tabanlı dedektör olan bir tepe güç sensörüyle birlikte kullanılabilir. Bu tepki, darbeli bir sinyalin zarfını doğru bir şekilde ölçmesini sağlar. Tepe güç sensörlerinin bir dezavantajı, genellikle ortalama güç sensörlerinden daha az dinamik aralığa sahip olmalarıdır.
Tepe güç ölçerler genellikle iz görüntüleme yeteneklerine sahiptir ve bu da bir kişinin bir ekranda darbeli bir RF sinyalinin zarfını görmesini sağlar (Şekil 5) . Özünde, tepe güç ölçerler bir osiloskopa benzer bir tepki görüntüler. Bir tepe güç ölçerin adının aslında biraz yanıltıcı olabileceği unutulmamalıdır. Bunun nedeni, tepe güce ek olarak, tepe güç ölçerlerin hem belirli bir zaman aralığındaki ortalama gücü hem de herhangi bir zamandaki anlık gücü ölçebilmesidir.
5. Bir tepe güç ölçer ekranında darbeli bir sinyalin zarfı gösterilmektedir.
Doğrudan güç ölçümlerine ek olarak, tepe güç ölçerler kullanıcıların darbe genişliği, PRI ve yükselme/düşme süreleri gibi çeşitli parametreleri analiz etmelerine olanak tanır. Birçok tepe güç ölçerin tetikleme yetenekleri de vardır. Bazıları istatistiksel analiz gibi daha da gelişmiş yetenekler sunar.
Video bant genişliği, darbeli bir sinyalin zarfını doğru bir şekilde izlemek için yeterli olması gerektiğinden en önemli parametrelerden biridir. Video bant genişliği ve yükselme süresi ters orantılıdır. Esasen, ölçülen darbenin yükselme süresi ne kadar hızlıysa, video bant genişliği o kadar büyük olmalıdır. Video bant genişliği genellikle üreticiler tarafından belirtilir.
Spektrum Analizörleri
Geleneksel bir spektrum analizörü, darbeli RF sinyallerini ölçmek için kullanılabilen başka bir araçtır. Bir spektrum analizörü kullanarak, frekans alanında darbeli bir RF sinyali analiz edilebilir. Bu nedenle, bir spektrum analizörü, bir tepe güç ölçer tarafından elde edilemeyen bilgiler sağlar. Şekil 6, darbeli bir RF sinyalinin spektrum analizör görüntüsünün genel bir çizimidir.
6. Bu görüntü genellikle darbeli bir RF sinyalinin ölçülmesi sırasında spektrum analizöründe görülür.
Darbeli RF sinyalinin spektrumu, yan lobların eşlik ettiği ana bir lobdan oluşur. Ana lob ve yan lobların genişlikleri darbe genişliğiyle ters orantılıdır. Esasen, darbe genişliği genişledikçe, ana lob ve yan lobların genişlikleri azalacaktır. Her bir spektral bileşen arasındaki boşluk PRF tarafından belirlenir. PRF arttıkça, spektral bileşenler arasındaki boşluk da genişler.
Darbeli RF sinyallerini ölçmek için bir spektrum analizörü kullanırken, uygun çözünürlük bant genişliği (RBW) kullanılmalıdır. Spektrum analizörünün RBW’si, her bir spektral bileşen arasında ayrım yapmak için PRF’den çok daha az olmalıdır. Spektrum analizörünün RBW’si PRF’den büyükse, her bir spektral bileşen görüntülenemez. Ancak, spektrumun şeklini korumak hala mümkündür. Bu nedenle, bu yaklaşım birçok durumda hala pratiktir.