Ez azért is lényeges, mert azok a spektrális összetevők, amelyek hozzájárulnak az impulzusjel fel- és lefutásához, kimaszkolhatnak olyan spektrális összetevőket, amelyek az impulzus aktív állapotában is szerepet játszanak. Ezenkívül az időtartománybeli kapuzást előszeretettel alkalmazzák időtartományban burstölt, modulált jeleknél csatornateljesítmény, szomszédos csatornateljesítmény, spektrumemissziós maszk mérésére.
Az impulzusjelek időtartománybeli kapuzása sokszor nehéz feladat is lehet, a kis impulzusszélesség, a szélessávú jelek és a kényelmesen alkalmazható triggerek hiánya pedig még tovább bonyolíthatja az ügyet. Cikkünkben időtartományban impulzusként értelmezhető jeleket vizsgálunk, és azokon mutatjuk be az időtartománybeli kapuzás mikéntjét a különböző, rendelkezésre álló lehetőségek alapján. Megvizsgáljuk, hogy a bemutatott kapuzási lehetőségek mely alkalmazások esetében ideálisak, illetve technikákat ismertetünk a szélessávú jelek mérésére és a kapuzási triggerelésre.
Az impulzusjelek frekvenciaspektruma
Folytonos hullámú (CW) impulzusjel frekvenciaspektruma az időtartománybeli impulzusszélesség és periódusidő ismeretében jó pontossággal meghatározható. A folytonos hullámú impulzusjel spektrumára tekinthetünk úgy, mint egy végtelen oldalsávval rendelkező vivőére. Az oldalsávok spektrális összetevői egymástól 1/T távolságra vannak, ahol T az időtartományban értelmezett jel periódusideje. A spektrális összetevők burkolóját a sinc(ωτ/T) függvény írja le. A főhurok szélessége 2/τ, a vivőhöz viszonyított távolság az első nullahelyig 1/τ. Az impulzusjel kitöltési tényezőjét a τ/T hányados adja meg — ennek ismerete azért is lényeges, mert segít meghatározni a vivő amplitúdóját a 20lg(τ/T) összefüggés alapján.
Az 1. ábra egy 1 GHz vivőfrekvenciájú, 0 dBm amplitúdó-csúcsértékű, folytonos hullámú impulzusjel frekvenciaspektrumát ábrázolja. A jel impulzusszélessége τ = 1 ms, periódusideje T = 10 ms. Az oldalsávok egymáshoz viszonyított távolsága a spektrumban 100 Hz (1/T), az első nullahely pedig 1 kHz (1/τ) távolságra található a vivő előtt, ill. után. A vivő amplitúdója -20 dBm-mel [20log(0,1)] esik a modulálatlan vivő alá.
1. ábra. 1 GHz vivőfrekvenciájú, 0 dBm amplitúdójú, folytonos hullámú impulzusjel frekvenciaspektrumaA gyakorlatban nehéz az impulzus spektrális tisztaságát meghatározni, mivel végtelen számú, a spektrumban egymástól 100 Hz távolságra eső oldalsávval kell számolni. Ezek mindegyike maszkolhat egy szándékolatlan modulációs összetevőt vagy zavarójelet. Ebben az esetben az időtartománybeli kapuzás lehetőséget adhat csak a jelre korlátozódóan a spektrum tanulmányozására és mérésére az impulzusjel aktív állapotában, egyúttal száműzve a mérésből minden olyan spektrális összetevőt, amelyeket a felfutás, lefutás és inaktív állapot során jelen vannak.
Időtartománybeli kapuzás folytonos hullámú impulzusjelen
Az Agilent Technologies X-sorozatú jelanalizátorai — sok egyéb mellett — rendelkeznek beépített kapukonfigurációs segédalkalmazással, amely az időtartománybeli kapuzás beállítására hivatott. A 2. ábrán látható kapukonfigurációs képernyőn lehetőségünk van a megfelelő kapukésleltetés és kapuméret manuális beállítására, igazodva az impulzus támasztotta követelményekhez.
2. ábra. Időtartománybeli kapuzás konfigurálása Agilent X-sorozatú jelanalizátorokkalAz ábrán zölddel látható intervallumot nevezzük kapunak, a példában pedig azt az időt szemléljük, amelyben az impulzus aktív állapotban van. Ügyelni kell arra, hogy az impulzus fel- és lefutását hagyjuk a kapun kívül. A kapukonfigurációs alkalmazásban a felbontási sávszélesség (RBW) közel ugyanolyan legyen, mint amelyet a spektrummérés során beállítunk. A külső triggerbemenetet kapuzási triggerként alkalmazzuk a folytonos hullámú jel mérésre kijelölt része és a kapu közötti szinkronizálásra.
Az időtartománybeli kapuzással ezúton beállított spektrummérés során immár a folytonos hullámú impulzusjelünk azon spektrumát látjuk, amelyből óvatosan a leírt módon eltávolítottuk a modulációs hatásokat (lásd 3. ábra).
3. ábra. Folytonos hullámú impulzusjel időtartományban kapuzott spektrum-méréseMindezek után megállapíthatjuk, hogy jelen vannak-e olyan szándékolatlan zavarójelek, amelyek egyébként az egymáshoz szoros közelségben lévő oldalsávok takarása miatt láthatatlanok lennének. Alkalmazástól és jeltől függően néhány esetben érdekes lehet az impulzusjel fel- és lefutására is kiterjeszteni a kaput, amelyet a késleltetés és kapuméret paramétereinek átállításával könnyedén megtehetünk.
Az időtartománybeli kapuzás működése
Az időtartománybeli kapuzásnak több módja is van. Az előző példában a kapuzást az ún. „LO Gating" módszerrel végeztük, amely úgy működik, hogy a spektrumanalizátorral csak a kapu időintervalluma alatt végeztet frekvenciasöprést. Ennek a többi időtartománybeli kapuzási módszerhez képest rengeteg előnye van, hiszen ebben a módban a spektrumanalizátor legtöbb paramétere, pl. detektortípus, felbontási sávszélesség, videoszűrő sávszélesség stb. szabadon beállítható. Néhány esetben a felbontási sávszélesség kapukonfigurációs segédalkalmazásban használthoz viszonyított átállítása a paraméterek alapértékbe hozását szükségeltetheti.
További módszer az időtartománybeli kapuzás megvalósítására az ún. „Gated Video" módszer. Ezen eljárás során a detektált, jelgörbén megjelenített videojel kerül kapuzásra. Mivel a spektrumanalizátor frekvenciasöprése nincs szinkronban a kapuzási triggerrel, meg kell bizonyosodnunk, hogy a kijelzőn látható jelgörbepontok mindegyikénél elegendő idő áll-e rendelkezésre a burst beméréséhez. Általában ehhez sokkal hosszabb frekvenciasöprési idő kell az LO Gating eljáráshoz képest, továbbá a csúcsérték („peak") detektor használata szükséges.
A vektorjel-analizátorok általában gyors Fourier-transzformációs (FFT) kapuzási módszerrel működnek, amelyben a kapuablakot az időtartományban rögzítik, és FFT segítségével jelenítik meg a spektrumot a frekvenciatartományban. Az FFT-kapuzás szintén rendelkezésre áll azon a spektrumanalizátoroknál, amelyek támogatják az FFT-s frekvenciasöprést. Az FFT-s kapuzást ebben az esetben az olyan jeleknél használják a frekvenciasöprési idő optimalizálására, amelyeknél a periódusidő relatíve nagyon hosszú a keskenynek tekinthető impulzus-időhöz képest.
A kapuméret csökkentésének gyakorlati korlátai vannak , és ezáltal korlátos azon impulzusjelek szélessége, amelyeknél az időtartománybeli kapuzás alkalmazható. Ennek az információnak a spektrumanalizátor adatlapjában szerepelnie kell.
Triggerelés az időtartománybeli kapuzásnál
Korábban az időtartománybeli kapuzás csak akkor volt elérhető, ha a mérés alatt álló eszköz szolgáltatott külső triggerjelet, vagy rendelkezésre állt külső burstvivő triggerjel, amely ezt a kapuzási triggerjelet szolgáltathatta. A legtöbb modern spektrumanalizátornál további kapuzási triggerelési lehetőségek is rendelkezésre állnak, ezek közül a legáltalánosabban az RF burst kapuzási triggert alkalmazzák. Ezt a triggert a spektrumanalizátor középfrekvenciás (IF) részében bemért burstjel felfutó vagy lefutó éle generálja, amely remekül működik olyan frekvenciaátfogási tartományokban, amelyek kisebbek a spektrumanalizátor középfrekvenciás sávszélességénél. A periodikus időzítésű kapuzási trigger az időtartománybeli kapuzásnál olyan esetekben használatos, amikor a szélessávú jelünk sávszélessége meghaladja a spektrumanalizátor középfrekvenciás sávszélességét, és nem áll rendelkezésre külső kapuzási trigger. Ezt a triggert a megadott időintervallumokban a spektrumanalizátor automatikusan generálja. Az analizátor ezt a periódusidőt szinkronizálja a műszeren spektrumméréshez beállított centerfrekvenciához a frekvenciasöprések között, ily módon biztosítja, hogy ez a periodikus időzítés ne csússzék ki a mérés alatt álló jelnél a szinkronból.
Az időtartománybeli kapuzás kompatibilis a sokféle beépített teljesítménymérési funkcióval, így a csatornateljesítmény-méréssel (CHP), szomszédos csatornateljesítmény-méréssel (ACP), spektrumemissziós maszkkal (SEM) is. A 4. ábra egy 80 MHz sávszélességű, IEEE 802.11ac szabványú jel SEM-mérését illusztrálja. A kapuzás forrása a periódusidő, így az eszközoldalról külső triggerjelre nincs szükség.
4. ábra. IEEE 802.11ac szabványú jel időtartománybeli kapuzással mért spektrumemissziós maszkjaÖsszefoglalás
A spektrumanalízisben használt időtartománybeli kapuzás az analizátorok korábbi generációinál elég komplikált feladatnak számított, az olyan modern analizátoroknál azonban, mint az időtartománybeli kapuzás konfigurációs segédalkalmazással is rendelkező Agilent X-sorozatú jelanalizátorok, ez a feladat rendkívül egyszerűvé és intuitívvá vált. A kapuzás során használt triggerelés újszerű lehetőségei hathatósan segítenek megoldani ezt a kérdést olyan mérés alatt álló eszközöknél, amelyeknél a triggerelési célra nem állt rendelkezésre kényelmes triggerforrás.
5. ábra. Az Agilent Technologies moduláris, asztali és hordozható spektrumanalizátoraiA világ legnagyobb elektronikai teszt- és mérőműszergyártójaként az Agilent Technologies egyedülállóan széles portfóliót kínál spektrum- és jelanalizátor-mérőkészülékekből is. A hordozható, asztali és moduláris kivitelben is elérhető eszközök kínálata a belépőszintű, 3 GHz-es műszertől egészen az akár 1,1 THz-es mérésekre is képes, valósidejű spektrumanalizátor-funkcionalitással is rendelkező, csúcskategóriás jelanalizátorig terjed. A kínálatban különböző frekvenciatartományokkal, analízis-sávszélesség-opciókkal, fáziszajjal, amplitúdópontossággal, dinamikatartománnyal, zajszinttel rendelkező eszközök találhatók. Az Agilent spektrumanalizátorok az ipar minden területén kivételes hatékonysággal alkalmazhatók, legyen szó akár közép- és felsőoktatásról, hitelesített EMI-analízisről, távközlési és hadiipari mérésekről, amelyek mindegyikét világszínvonalú méréstechnikai szoftverek is támogatnak.
6. ábra. Lineáris frekvenciamodulált jel paramétereinek mérése az Agilent 89601B VSA vektorjel-analízis szoftverben
