eng
Выпуск #9/2015
Л.Белов, И.Сокальский
Анализаторы пассивной интермодуляции – продукция компании AWT GLOBAL
Анализаторы пассивной интермодуляции – продукция компании AWT GLOBAL
Просмотры: 2543
Рассматриваются высокоточные анализаторы пассивной интермодуляции (ПИМ) южнокорейской компании AWT Global. Они позволяют выполнять поиск источников ПИМ в полевых и лабораторных условиях, а также документировать результаты проверки состояния тракта и качества компонентов беспроводных систем передачи данных.
Теги: passive intermodulation (pim) pim analyzer pim analyzer’s accessories аксессуары для анализаторов анализатор пим пассивная интермодуляция (пим)
Я
вление пассивной интермодуляции состоит в том, что при прохождении передаваемого радиосигнала СВЧ-диапазона со сплошным спектром через пассивные цепи со слабой нелинейностью (микрополосковые и коаксиальные линии, кабели и коаксиальные соединители, контакты, частотно-разделительные фильтры, антенна и окружающие ее предметы с ферромагнитным или полупроводниковым эффектом, ферритовые вентили и др.) в спектре выходного сигнала возникают комбинационные составляющие, которые занимают частотную полосу шириной в 3, 5, 7 и т. д. раз больше, чем у исходного сигнала [1]. Эти составляющие могут попадать в полосу приема той же или других систем связи, нарушая их штатное функционирование.
Особую опасность явления ПИМ представляют для базовых станций и клиентских терминалов сотовой связи, в которых полосы передачи и приема близки из-за дефицита частотного ресурса, используется высокочувствительный приемник и общая дуплексная антенна. Дополнительная сложность возникает из-за неустойчивости таких проявлений, что вызвано паразитными сопротивлениями в контактах, микротрещинами, износом контактных соединений.
Ввиду низкой мощности интермодуляционных продуктов, трудностей обнаружения местоположения их источников и неустойчивости проявлений необходимо регулярно, а лучше, постоянно использовать специализированные анализаторы ПИМ. Типовая конструкция такого анализатора в соответствии со стандартом IEC 62037 [2] предусматривает формирование тестового сигнала в виде cуммы двух синусоидальных колебаний на частотах f1 и f2 из обследуемого диапазона c одинаковой мощностью и высокочувствительный прием ПИМ-составляющих с частотами интермодуляции третьего порядка 2f1 ± f2, пятого порядка 3f1 ± 2f2 и т. д. Стандартизованы две методики обследования объекта на уровень ПИМ: а) однопортовая, по которой измеряется уровень отраженной волны на частотах ПИМ, стимулированной тестовым сигналом при согласованной выходной нагрузке; б) двухпортовая, в соответствии с которой измеряется уровень сигнала на частотах ПИМ на выходе обследуемого объекта. В качестве критерия уровня ПИМ принимают либо абсолютный уровень мощности в [дБмВт] на частотах ПИМ, либо относительный уровень ПИМ в [дБн] по сравнению с определенной мощностью тестового сигнала на одной из входных частот. По умолчанию мощность тестового сигнала составляет 2 Ч 20 Вт, в некоторых ситуациях используют мощность от 2 Ч 10 Вт до 2 Ч 40 Вт. Таким образом, оценки ПИМ, например, –110 дБмВт и –153 дБн равносильны при тестовом сигнале 2 Ч 43 дБмВт. Уровень собственных продуктов ПИМ в компонентах анализатора должен быть достаточно низким, чтобы иметь возможность достоверно измерять характеристики ПИМ обследуемого объекта.
Компания AWT Global [3] предлагает несколько серий анализаторов ПИМ для станций сотовой связи с частотами от 390 до 2690 МГц и аксессуары к ним.
Переносные анализаторы
В перечень переносных приборов серии РР (рис.1) входят 16 моделей для протоколов связи LTE-700, AMPS/CDMA, GSM-900, GSM-1800, PCS-1900,
LTE-2600 и др.
В них используется однопортовый метод измерения отраженных волн ПИМ от третьего (частота 2f1–f2) до 25-го порядка (частота 13f1–12f2) с относительным уровнем более –172 дБн при тестировании двухчастотным сигналом мощностью каждой из составляющих от 15 до 46 дБмВт, со стабильностью несущей частоты не хуже 2·10–6 и шагом установки частоты 100 кГц. Чувствительность приемника составляет от –45 до –132 дБмВт, динамический диапазон равен 96 дБ. Предусмотрена защита приемника от сигнала собственного передатчика, обмен данными с внешними цифровыми устройствами через порты USB или LAN. Уровень собственных интермодуляционных искажений в приборе и в комплектующих его аксессуарах не более –172 дБн. Приборы этой серии используют сенсорный дисплей с диагональю 10,2 дюйма, они выполнены в переносном корпусе размером 457 Ч 305 Ч 500 мм, имеют массу до 26 кг, питаются от сети переменного тока, потребляют мощность 640 Вт, предусматривают защиту класса IP66, допустимая рабочая температура составляет –10…50°C, влагостойкость – до 90%, ударостойкость – до 40 G.
В анализаторах серии РР предусмотрены режимы панорамного анализа спектра, измерения уровня ПИМ и его стабильности во времени, качания частоты тестового сигнала, одночастотного тестирования, измерения расстояния до неоднородности в тракте (Distance-to-Fault, DTF), расстояния до источника ПИМ (Distance-to-PIM, DTP), коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН).
Лабораторные анализаторы
Приборы серии S1L (рис.2) предназначены для лабораторных непрерывных измерений повышенной точности. Предлагается 17 моделей этой серии для значений частоты от 698 до 2390 МГц и различных протоколов связи.
В приборах серии S1L реализован однопортовый метод измерения отраженных волн ПИМ от третьего до 25-го порядка с уровнем более –165 дБн. Как и в анализаторах серии РР, тестирование выполняется двухчастотным сигналом с мощностью каждой из составляющих от 15 до 46 дБмВт и стабильностью несущей частоты не хуже 2·10–6; чувствительность приемника – от –45 до –132 дБмВт; динамический диапазон – 96 дБ; есть защита приемника от сигнала собственного передатчика; возможен обмен данными по портам USB или LAN.
Типовая последовательность операций тестирования может быть сохранена в памяти и регулярно повторяться, а результаты измерений документируются в форматах РDF, BMP или CSV. Уровень собственных искажений ПИМ в приборе и во входящих в его комплект аксессуарах не более –175 дБн. Анализаторы серии S1L оснащены сенсорным дисплеем с диагональю 7,1 дюйма. Размер приборов составляет 504 Ч 397 Ч 237 мм, масса – до 25,3 кг; рабочая температура в диапазоне 0–40°C, влагостойкость – до 85%, питание – от сети переменного тока, мощность – до 640 Вт. Анализаторы S1L имеют защиту класса IP66. В приборах есть режимы измерения уровня ПИМ по протоколу IEC 62037, измерения расстояния до неоднородности или до источника ПИМ, коэффициента отражения и КСВН.
Для лабораторных измерений уровня ПИМ в системах защищенной связи по протоколам TETRA с полосами частот от 390 до 425 МГц созданы модели PS1L400 MK2, PS1L400E MK2 и PS1L MK2. В них дополнительно предусмотрены режимы сканирования полосы приемников и одночастотного тестирования для измерения потерь (Insertion Loss, IL).
Многополосные анализаторы
Многополосные анализаторы расширяемого диапазона серии PEM (рис.3) включают в себя управляющий модуль и четыре сменных блока, выбранных из 16 моделей. Каждая из этих моделей предназначена для одного из протоколов связи, включая TETRA-385, TETRA-400, LTE-700, LTE-800, GSM-900, GSM-1800, CDMA, LTE-2600 и др. Измерительный комплекс на базе анализаторов PEM размещается в стандартной стойке шириной 19 дюймов, в его состав входят также резервный блок и печатающее устройство. Комплекс предназначен для непрерывного (круглосуточного) контроля качества функционирования антенны и приемо-передающих устройств базовой станции сотовой связи в полном соответствии с требованиями IEC 62037.
Управляющий модуль имеет размер 483 Ч 305 Ч 89 мм, массу 11,7 кг и потребляет от сети переменного тока мощность 88 Вт. Выходная мощность каждого из радиочастотных блоков составляет от 2 Ч 20 дБмВт до 2 Ч 44 дБмВт, размер – 483 Ч 667 Ч 143 мм, потребляемая мощность – 700 Вт, интервал рабочих температур – от 0 до 40°С, допустимая влажность – 80%.
Для одновременного измерения S-параметров и уровня ПИМ по одно- или двухпортовой методикам разработан многополосный ПИМ-анализатор PEM42А (рис.4). В состав стойки этого прибора входят анализатор цепей Е5072A компании Keysight Technologies [4] и радиочастотные блоки (до 4-х) из семейства PEM для протоколов связи на частотах от 385 до 2690 МГц. К порту 1 (см. рис.4) подключается вход проверяемого антенно-фидерного тракта. Если его выход нагружен на антенну в рабочем состоянии, то производятся измерения уровня отраженной волны ПИМ и КСВН. Если выход тракта подключен дополнительно к порту 2, то измеряются уровни ПИМ на отражение и на проход, а также вносимые трактом потери.
На каждый из анализаторов ПИМ фирма AWT Global предоставляет годовую гарантию сохранения калибровки по стабильности частоты, по уровню мощности каждого из источников тестовых сигналов и по достоверности измерений в соответствии с протоколом IEC 62037 при условии использования рекомендованных высококачественных аксессуаров тракта.
Аксессуары для измерениЯ уровня ПИМ
В комплекте с каждым из анализаторов фирма AWT Global поставляет источник сигнала PIMGEN, который генерирует ПИМ-помеху с калиброванным уровнем –80±10 дБмВт для тестирования измерительных средств. Кроме того, предоставляются кабели для интервала частот 0,38–2,8 ГГц с допустимой проходящей мощностью до 300 Вт и уровнем ПИМ менее –129 дБмВт, снабженные коаксиальными соединителями типа DIN 7/16, адаптеры для перехода на соединители N-типа, а также согласованные нагрузки с малым уровнем ПИМ номинальной мощностью 10, 50 или 100 Вт.
Аппаратура для тестирования уровня ПИМ производства компании AWT Global позволяет выполнять поиск источников пассивной интермодуляции в полевых условиях, круглосуточный лабораторный контроль, а также документировать результаты проверки состояния тракта и качество компонентов при их производстве и использовании. Аппаратура и аксессуары могут быть приобретены через ООО "Радиокомп" [5] – официального дистрибьютера фирмы AWT Global в России.
Литература
1. Белов Л., Кочемасов В., Строганова Е. Пассивная интермодуляция в СВЧ-цепях: механизмы появления, измерения и способы снижения // Электроника: НТБ. 2015. № 3. с. 80–91.
2. Стандарт МЭК на измерения ПИМ. IEC 62037–6:2013 Passive RF and Microwave Devices, Intermodulation Level Measurement, parts 1…8, RF Connectors, connector-cable assemblies and cables – Intermodulation level measurement. https://webstore.iec.ch/…/info_iec62037–6
3. Сайт компании AWT Global: www.awt-global.com
4. Cайт компании Keysight Technologies: http://www.keysight.com/ru
5. Сайт ООО "Радиокомп": www.radiocomp.ru
вление пассивной интермодуляции состоит в том, что при прохождении передаваемого радиосигнала СВЧ-диапазона со сплошным спектром через пассивные цепи со слабой нелинейностью (микрополосковые и коаксиальные линии, кабели и коаксиальные соединители, контакты, частотно-разделительные фильтры, антенна и окружающие ее предметы с ферромагнитным или полупроводниковым эффектом, ферритовые вентили и др.) в спектре выходного сигнала возникают комбинационные составляющие, которые занимают частотную полосу шириной в 3, 5, 7 и т. д. раз больше, чем у исходного сигнала [1]. Эти составляющие могут попадать в полосу приема той же или других систем связи, нарушая их штатное функционирование.
Особую опасность явления ПИМ представляют для базовых станций и клиентских терминалов сотовой связи, в которых полосы передачи и приема близки из-за дефицита частотного ресурса, используется высокочувствительный приемник и общая дуплексная антенна. Дополнительная сложность возникает из-за неустойчивости таких проявлений, что вызвано паразитными сопротивлениями в контактах, микротрещинами, износом контактных соединений.
Ввиду низкой мощности интермодуляционных продуктов, трудностей обнаружения местоположения их источников и неустойчивости проявлений необходимо регулярно, а лучше, постоянно использовать специализированные анализаторы ПИМ. Типовая конструкция такого анализатора в соответствии со стандартом IEC 62037 [2] предусматривает формирование тестового сигнала в виде cуммы двух синусоидальных колебаний на частотах f1 и f2 из обследуемого диапазона c одинаковой мощностью и высокочувствительный прием ПИМ-составляющих с частотами интермодуляции третьего порядка 2f1 ± f2, пятого порядка 3f1 ± 2f2 и т. д. Стандартизованы две методики обследования объекта на уровень ПИМ: а) однопортовая, по которой измеряется уровень отраженной волны на частотах ПИМ, стимулированной тестовым сигналом при согласованной выходной нагрузке; б) двухпортовая, в соответствии с которой измеряется уровень сигнала на частотах ПИМ на выходе обследуемого объекта. В качестве критерия уровня ПИМ принимают либо абсолютный уровень мощности в [дБмВт] на частотах ПИМ, либо относительный уровень ПИМ в [дБн] по сравнению с определенной мощностью тестового сигнала на одной из входных частот. По умолчанию мощность тестового сигнала составляет 2 Ч 20 Вт, в некоторых ситуациях используют мощность от 2 Ч 10 Вт до 2 Ч 40 Вт. Таким образом, оценки ПИМ, например, –110 дБмВт и –153 дБн равносильны при тестовом сигнале 2 Ч 43 дБмВт. Уровень собственных продуктов ПИМ в компонентах анализатора должен быть достаточно низким, чтобы иметь возможность достоверно измерять характеристики ПИМ обследуемого объекта.
Компания AWT Global [3] предлагает несколько серий анализаторов ПИМ для станций сотовой связи с частотами от 390 до 2690 МГц и аксессуары к ним.
Переносные анализаторы
В перечень переносных приборов серии РР (рис.1) входят 16 моделей для протоколов связи LTE-700, AMPS/CDMA, GSM-900, GSM-1800, PCS-1900,
LTE-2600 и др.
В них используется однопортовый метод измерения отраженных волн ПИМ от третьего (частота 2f1–f2) до 25-го порядка (частота 13f1–12f2) с относительным уровнем более –172 дБн при тестировании двухчастотным сигналом мощностью каждой из составляющих от 15 до 46 дБмВт, со стабильностью несущей частоты не хуже 2·10–6 и шагом установки частоты 100 кГц. Чувствительность приемника составляет от –45 до –132 дБмВт, динамический диапазон равен 96 дБ. Предусмотрена защита приемника от сигнала собственного передатчика, обмен данными с внешними цифровыми устройствами через порты USB или LAN. Уровень собственных интермодуляционных искажений в приборе и в комплектующих его аксессуарах не более –172 дБн. Приборы этой серии используют сенсорный дисплей с диагональю 10,2 дюйма, они выполнены в переносном корпусе размером 457 Ч 305 Ч 500 мм, имеют массу до 26 кг, питаются от сети переменного тока, потребляют мощность 640 Вт, предусматривают защиту класса IP66, допустимая рабочая температура составляет –10…50°C, влагостойкость – до 90%, ударостойкость – до 40 G.
В анализаторах серии РР предусмотрены режимы панорамного анализа спектра, измерения уровня ПИМ и его стабильности во времени, качания частоты тестового сигнала, одночастотного тестирования, измерения расстояния до неоднородности в тракте (Distance-to-Fault, DTF), расстояния до источника ПИМ (Distance-to-PIM, DTP), коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН).
Лабораторные анализаторы
Приборы серии S1L (рис.2) предназначены для лабораторных непрерывных измерений повышенной точности. Предлагается 17 моделей этой серии для значений частоты от 698 до 2390 МГц и различных протоколов связи.
В приборах серии S1L реализован однопортовый метод измерения отраженных волн ПИМ от третьего до 25-го порядка с уровнем более –165 дБн. Как и в анализаторах серии РР, тестирование выполняется двухчастотным сигналом с мощностью каждой из составляющих от 15 до 46 дБмВт и стабильностью несущей частоты не хуже 2·10–6; чувствительность приемника – от –45 до –132 дБмВт; динамический диапазон – 96 дБ; есть защита приемника от сигнала собственного передатчика; возможен обмен данными по портам USB или LAN.
Типовая последовательность операций тестирования может быть сохранена в памяти и регулярно повторяться, а результаты измерений документируются в форматах РDF, BMP или CSV. Уровень собственных искажений ПИМ в приборе и во входящих в его комплект аксессуарах не более –175 дБн. Анализаторы серии S1L оснащены сенсорным дисплеем с диагональю 7,1 дюйма. Размер приборов составляет 504 Ч 397 Ч 237 мм, масса – до 25,3 кг; рабочая температура в диапазоне 0–40°C, влагостойкость – до 85%, питание – от сети переменного тока, мощность – до 640 Вт. Анализаторы S1L имеют защиту класса IP66. В приборах есть режимы измерения уровня ПИМ по протоколу IEC 62037, измерения расстояния до неоднородности или до источника ПИМ, коэффициента отражения и КСВН.
Для лабораторных измерений уровня ПИМ в системах защищенной связи по протоколам TETRA с полосами частот от 390 до 425 МГц созданы модели PS1L400 MK2, PS1L400E MK2 и PS1L MK2. В них дополнительно предусмотрены режимы сканирования полосы приемников и одночастотного тестирования для измерения потерь (Insertion Loss, IL).
Многополосные анализаторы
Многополосные анализаторы расширяемого диапазона серии PEM (рис.3) включают в себя управляющий модуль и четыре сменных блока, выбранных из 16 моделей. Каждая из этих моделей предназначена для одного из протоколов связи, включая TETRA-385, TETRA-400, LTE-700, LTE-800, GSM-900, GSM-1800, CDMA, LTE-2600 и др. Измерительный комплекс на базе анализаторов PEM размещается в стандартной стойке шириной 19 дюймов, в его состав входят также резервный блок и печатающее устройство. Комплекс предназначен для непрерывного (круглосуточного) контроля качества функционирования антенны и приемо-передающих устройств базовой станции сотовой связи в полном соответствии с требованиями IEC 62037.
Управляющий модуль имеет размер 483 Ч 305 Ч 89 мм, массу 11,7 кг и потребляет от сети переменного тока мощность 88 Вт. Выходная мощность каждого из радиочастотных блоков составляет от 2 Ч 20 дБмВт до 2 Ч 44 дБмВт, размер – 483 Ч 667 Ч 143 мм, потребляемая мощность – 700 Вт, интервал рабочих температур – от 0 до 40°С, допустимая влажность – 80%.
Для одновременного измерения S-параметров и уровня ПИМ по одно- или двухпортовой методикам разработан многополосный ПИМ-анализатор PEM42А (рис.4). В состав стойки этого прибора входят анализатор цепей Е5072A компании Keysight Technologies [4] и радиочастотные блоки (до 4-х) из семейства PEM для протоколов связи на частотах от 385 до 2690 МГц. К порту 1 (см. рис.4) подключается вход проверяемого антенно-фидерного тракта. Если его выход нагружен на антенну в рабочем состоянии, то производятся измерения уровня отраженной волны ПИМ и КСВН. Если выход тракта подключен дополнительно к порту 2, то измеряются уровни ПИМ на отражение и на проход, а также вносимые трактом потери.
На каждый из анализаторов ПИМ фирма AWT Global предоставляет годовую гарантию сохранения калибровки по стабильности частоты, по уровню мощности каждого из источников тестовых сигналов и по достоверности измерений в соответствии с протоколом IEC 62037 при условии использования рекомендованных высококачественных аксессуаров тракта.
Аксессуары для измерениЯ уровня ПИМ
В комплекте с каждым из анализаторов фирма AWT Global поставляет источник сигнала PIMGEN, который генерирует ПИМ-помеху с калиброванным уровнем –80±10 дБмВт для тестирования измерительных средств. Кроме того, предоставляются кабели для интервала частот 0,38–2,8 ГГц с допустимой проходящей мощностью до 300 Вт и уровнем ПИМ менее –129 дБмВт, снабженные коаксиальными соединителями типа DIN 7/16, адаптеры для перехода на соединители N-типа, а также согласованные нагрузки с малым уровнем ПИМ номинальной мощностью 10, 50 или 100 Вт.
Аппаратура для тестирования уровня ПИМ производства компании AWT Global позволяет выполнять поиск источников пассивной интермодуляции в полевых условиях, круглосуточный лабораторный контроль, а также документировать результаты проверки состояния тракта и качество компонентов при их производстве и использовании. Аппаратура и аксессуары могут быть приобретены через ООО "Радиокомп" [5] – официального дистрибьютера фирмы AWT Global в России.
Литература
1. Белов Л., Кочемасов В., Строганова Е. Пассивная интермодуляция в СВЧ-цепях: механизмы появления, измерения и способы снижения // Электроника: НТБ. 2015. № 3. с. 80–91.
2. Стандарт МЭК на измерения ПИМ. IEC 62037–6:2013 Passive RF and Microwave Devices, Intermodulation Level Measurement, parts 1…8, RF Connectors, connector-cable assemblies and cables – Intermodulation level measurement. https://webstore.iec.ch/…/info_iec62037–6
3. Сайт компании AWT Global: www.awt-global.com
4. Cайт компании Keysight Technologies: http://www.keysight.com/ru
5. Сайт ООО "Радиокомп": www.radiocomp.ru
Отзывы читателей
