ENE324 : การทดลองเรื่อง IP3 measurement

ENE324 : การทดลองเรื่อง  IP3 measurement

          วัตถุประสงค์  เพื่อฝึกฝนการวัดความถี่วิทยุด้วยเครื่องมือ Spectrum Analyzer

          อุปกรณ์ 

                        1. Spectrum Analyzer

                        2. Combiner

                        3. VCO

                 ทฤษฏี

          ให้ F1 and F2 คือ input ของอุปกรณ์

                          เมื่อ Amplifier หรือ receiver รับสัญญาณขนาดใหญ่   ระดับสัญญาณ Second order ที่ 
          Output จะเพิ่มขึ้น เป็นไปตาม Square ของ input และ third order จะเพิ่มขึ้น เป็นไปตามสัญญาณของ
          input

                 ขั้นตอนการทดลอง

                      1. วัดเฉพาะ f1 และ f2

                      2. วัด O/P ของCombiner

                      3. ระบุทุกๆความถี่ที่เกี่ยวข้อง
                      4. เปรียบเทียบค่าความถี่ที่วัดได้และความถี่ที่ได้จากการคำนวณจากทฤษฎี

                 ผลการทดลอง

                        1) f1 = 843.29 MHz , f2 = 845.29 MHz

                        2) Output ของ Combiner

                        3) ความถีที่เกี่ยวข้อง

                   4) เปรียบเทียบค่าความถี่ที่วัดได้และความถี่ที่ได้จากการคำนวณจากทฤษฎี

ค่าที่ได้จาก Spectrum analyzer

ค่าจากการคำนวณตามทฤษฏี

                       สรุปผลการทดลอง

                          จากการทดลองเป็นวัดค่าความถี่ของสัญญาณ Intermodulation ซึ่งเป็นธรรมชาติของคลื่นความถี่ที่มีความถี่ 2 ความถี่เกิดขึ้นใกล้เคียงกัน ในการทดลองนี้คือสัญญาณที่ความถี่ 843.29 MHz (F1) และ 845.29 MHz (F2) ที่เปรียบเสมือนความถี่ที่เกิดจากสถานีสองสถานีตั้งใกล้เกิดมาผสมกันทำให้เกิดเป็นความถี่ข้างเคียงขึ้นมา โดยความถี่ข้างเคียงนั้นจะมีกำลังของสัญญาณหรือAmplitude ลดลงเป็นลำดับ ดังรูปในผลการทดลอง

                     วิจารณ์ผลการทดลอง

                          จากการทดลองเมื่อทำการป้อนสัญญาณที่ความถี่ 843.29 MHz (F1) และ 845.29 MHz (F2) สามารถวัดค่าความถี่ของสัญญาณ Intermodulation ได้ ดังนี้

	ค่าจากการทดลอง	ค่าจากการคำนวณตามทฤษฏี	Error (%)
2f1-f2	841.472 MHz	841.290 MHz	0.02
3f1-2f2	839.844 MHz	839.290 MHz	0.07
4f1-3f2	836.520 MHz	837.290 MHz	0.09
2f2-f1	846.345 MHz	847.290  MHz	0.11
3f2-2f1	847.972 MHz	849.290 MHz	0.16
4f2-3f1	849.593 MHz	851.290 MHz	0.19

                          
               จะสังเกตได้ว่าค่าที่วัดได้กับค่าที่คำนวณนั้นจะมีค่าค่อนข้างใกล้เคียงกัน เนื่องจากแหล่งกำเนิดสัญญาณที่ใช้ในการทดลองนั้นไม่ใช่แหล่งกำเนิดสัญญาณที่มีความเที่ยงตรงสูงพอ จึงทำให้มีการเลื่อนความถี่เกิดขึ้น ความถี่ที่วัดได้จึงไม่เที่ยงตรงส่งผลให้การทดลองเกิดความผิดพลาดได้  และอาจเกิดจากอุปกรณ์ Passive Intermodulation  ที่จะมีการกำหนดค่าสัญญาณที่สามารถลองรับได้ ถ้าเราใส่ input ให้อุปกรณ์มากเกินไปจะทำให้เกิดความเพี้ยนมากขึ้น หรือเกิดความเสียหายได้

                 จงอธิบาย

      1.คุณสมบัติการเซตเครื่องมือ Spectrum Analyzer สำหรับการทดลองนี้
          เครื่อง Spectrum Analyzer เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวิเคราะห์สัญญาณของคลื่นโดยจะแสดงผลใน frequency domain ซึ่งเราสามารถปรับการตั้งค่าของเครื่องได้ดังนี้
      - Start frequency คือความถี่แรกที่เราจะให้เครื่องSpectrum Analyzer แสดงในกราฟ ซึ่งเป็นความถี่ที่อยู่ทางซ้ายสุดของจอ ในการทดลองให้มีค่าประมาณ 831.187 MHz

      - Stop frequency คือความถี่สุดท้ายที่เราจะให้เครื่อง Spectrum Analyzer แสดงในกราฟ ซึ่งเป็นความถี่ที่อยู่ทางขวาสุดของจอในการทดลองให้มีค่าประมาณ 856.938 MHz

      - Span คือช่วงความกว้างของความถี่ที่เราสนใจหาได้จาก
                Span = stop frequency - start frequency = 25.750MHz

      - Dispersion/DIV คือขนาดของสเกลในแนวนอนของกราฟบนหน้าจอ ซึ่งจะบอกว่าในแต่ล่ะช่องจะมีความถี่เป็นเท่าไหร่ หาได้จาก Span/10 จะได้ความกว้างของแต่ล่ะช่องในแนวนอน
      - Reference Level คือระดับอ้างอิงของสัญญาณที่จอภาพใช้ในการอ้างอิงระดับสัญญาณ เป็นระดับ dBm ที่อยู่เส้นบนสุดในแกนตั้ง
      -dB/div คือขนาดของสเกลในแนวแกนตั้งของกราฟบนหน้าจอ ว่าแต่ล่ะช่องมีค่ากี่ dB ค่าที่อ่านได้นั้นจะต้องอ้างอิงกับ Reference Level ด้วย
      - Resolution Bandwidth (RBW) คือค่าของ Bandwidth ที่มีผลต่อรูปกราฟ ถ้าค่ายิ่งน้อยจะได้รูปกราฟที่มีความเที่ยงตรงมากขึ้น แต่เวลาในการ sweep ก็จะนานตามไปด้วย
      - Sweep time คือระยะเวลาในการกวาดหน้าจอ โดยจะขึ้นกับค่า RBW^2 และ Span ดังนี้

                 จากการทดลองมีค่า 2.575 s.

      - Noise Floor คือระดับสัญญาณพื้นของ Noise ถ้าสัญญาณใดที่มีระดับต่ำกว่า Noise Floor จะไม่สามารถรับสัญญาณได้
      - Attenuator คือวงจรลดทอนที่ตั้งไว้

2. ขั้นตอนการทดลองเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การทดลองมา

             -  กด full span เพื่อ หาคลื่นว่าอยู่ตรงไหน

             - กด marker -> peak จะเห็นความถี่ขึ้นมา

             - กด Marker -> Mrk -> CF เพื่อหาความถี่กลาง

             - กด SPAN  ->  Zoom in เพื่อดูรูปคลื่น

             - กด BW/Det เพื่อปรับรูผปคลื่นให้แคบลง

             - กด SPAN -> Zoom in เพื่อดูความถี่ยอดของแต่ละยอดคลื่น และ กด peak เพื่อ่านค่าแต่ความถี่ยอดแล้วบันทึกผล

      3. การประยุกต์การใช้งานสำหรับการวัดในการทดลองนี้

            หากมีสัญญาณที่มีความที่ที่ใกล้เคียงกัน เราสามารถใช้การวัดโดยใช้เครื่องมือ Spectrum Analyzer เพื่อวัดประมาณค่าของความถี่สัญญาณที่เราต้องการทราบได้ โดยใช้ความรู้ในเรื่องของ intermodulation

ENE324 : การทดลองเรื่อง Frequency analysis

ENE324 : การทดลองเรื่อง  Frequency analysis

          วัตถุประสงค์  เพื่อฝึกฝนการวัดความถี่วิทยุด้วยเครื่องมือ Spectrum Analyzer

          อุปกรณ์     

                           1. Spectrum Analyzer

                           2. Mixer

                           3. L.O. , Attenuator

                           4. RF Source
                           5. Function Generator
                           6. Power Supply
                           7. Filfer

          ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง

       

                 ขั้นตอนการทดลอง

          1. วัดระดับ o/p และความถี่ของ L.O. และวัด RF Source 80MHz โดยปราศจาก attenuator

          2. วัดระดับ o/p ของ L.O. ที่ต่อด้วย attenuator 1 ตัว

          3. วัดระดับ o/p ของ L.O. ที่ต่อด้วย attenuator 2 ตัว

          4. ต่อ Mixer o/p กับ เครื่อง spectrum analyzer และวัด o/p จาก Mixer

          5. ลดระดับ o/p ของ L.O. ด้วย attenuator 1 ตัว

          6. เพิ่ม attenuator อีก  1 ตัว แล้วทำตามข้อ 4

          7. ระบุความสัมพันธ์ของ o/p กับ input

                 ผลการทดลอง

          1) ระดับ o/p และความถี่ของ L.O โดยปราศจาก attenuator

ความถี่ที่วัดได้จากL.O.	Harmonic
103.33 MHz	Harmonicที่ 1
155.00 MHz	ความถี่แทรกที่ไม่ต้องการ
207.29 MHz	Harmonicที่2
310.76 MHz	Harmonicที่ 3

          
              - ระดับ o/p และความถี่ของ  RF Source 10.7 MHz

          2) ระดับ o/p ของ L.O. ที่ต่อด้วย attenuator 1 ตัว

ความถี่ที่วัดได้จาก L.O.	Harmonic
103.33 MHz	Harmonicที่ 1
155.00 MHz	ความถี่แทรกที่ไม่ต้องการ
206.66 MHz	Harmonicที่ 2

          
          3) ระดับ o/p ของ L.O. ที่ต่อด้วย attenuator 2 ตัว

ความถี่ที่วัดได้จาก L.O.	Harmonic
103.33 MHz	Harmonicที่ 1
155.00 MHz	ความถี่แทรกที่ไม่ต้องการ

          4) o/p จาก Mixer

          5) ลดระดับ o/p ของ L.O. ด้วย attenuator 1 ตัว

          6) เพิ่ม attenuator อีก  1 ตัว แล้วทำตามข้อ 4

          7) ความสัมพันธ์ของ o/p กับ input 

                 - input ของ Mixer กับ L.O. : 

                     >> รูปที่ได้จะมีแต่ Harmonics ไม่มี Sideband

                 - input ของ Mixer กับ RF source :

                     >> ถ้าเราป้อนสัญญาณเป็น sine wave กราฟที่ได้ในช่วง BW 0-500 MHz 
                            จะมีจุด peak เป็นจำนวนมาก

                     >> ถ้าเราป้อนสัญญาณเป็น square wave กราฟที่ได้ในช่วง BW 0-500 MHz 
                            จะมีจุด peak เป็นจำนวนมากที่สุด

                     >> ถ้าเราป้อนสัญญาณเป็น Triangle wave กราฟที่ได้ในช่วง BW 0-500 MHz 
                            จะมีจุด peak เป็นจำนวนต่ำที่สุด (ในการทดลองทดลองด้วย wave form นี้)

                สรุปผลการทดลอง

                     จากการทดลองพบว่าที่ความถี่ใน Harmonic ต่างๆมีค่าเพี้ยนไปจากตอนก่อนใส่ mixer เนื่องจาก mixer จะนำเอาความถี่ L.O. มารวมกับ ความถี่จาก RF Source (ซึ่งจะมีทั้งผลบวกและผลต่าง) ทำให้ความถี่ L.O. นั้นแสดงออกมาเป็น3ค่าดังผลการทดลอง ซึ่งความถี่ที่เกิดการ mixer ขึ้นจะพบว่ามีแอมพลิจูดสูงขึ้นเนื่องมาจากการรวมกันของ 2 สัญญาณ และเมื่อเราใส่ attenuator เข้าไปจะส่งผลให้แอมพลิจูดนั้นมีค่าลดลง 

                วิจารณ์ผลการทดลอง

                     จากการทดลองเมื่อให้ input เป็น L.O. จะเห็นว่า output ที่ได้มีขนาดความถี่ที่ต่างกันเล็กน้อยในช่วงความถี่ทางขวามือที่ห่างออกจากความถี่ L.O. อาจเกิดจากประสิทธิภาพของ attenuatorที่เรามาใช้ในการทดลอง หรืออาจเกิดจากความผิดพลาดของตัวผู้ทดลอง เมื่อ input เป็น Mixer จะเห็นว่าเมื่อวงจรมี attenuator 2 ตัว output ที่ได้จะมี amplitude ลดลงจากวงจรที่มี attenuator เพียงตัวเดียว ส่วนวงจรที่ไม่มี attenuator กับวงจรที่มี attenuator หนึ่งตัว output ที่ได้มี amplitude ที่ไม่แตกต่างกันมากนัก เพราะ attenuator เพียงตัวเดียว อาจไม่มีผลต่อ outputมากนัก input แบบ Mixer มีประสิทธิภาพที่ดีกว่า แบบ L.O. สังเกตได้จาก output ของทั้ง 2 แบบ

                 จงอธิบาย

          1.คุณสมบัติการเซตเครื่องมือ Spectrum Analyzer สำหรับการทดลองนี้

        เครื่อง Spectrum Analyzer เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวิเคราะห์สัญญาณของคลื่นโดยจะแสดงผลใน frequency domain ซึ่งเราสามารถปรับการตั้งค่าของเครื่องได้ดังนี้

- Start frequency คือความถี่แรกที่เราจะให้เครื่องSpectrum Analyzer แสดงในกราฟ ซึ่งเป็นความถี่ที่อยู่ทางซ้ายสุดของจอ ในการทดลองให้มีค่าเท่ากับ 0 Hz

- Stop frequency คือความถี่สุดท้ายที่เราจะให้เครื่อง Spectrum Analyzer แสดงในกราฟ ซึ่งเป็นความถี่ที่อยู่ทางขวาสุดของจอในการทดลองให้มีค่าเท่ากับ 500MHz

- Span คือช่วงความกว้างของความถี่ที่เราสนใจหาได้จาก

                                    Span = stop frequency - start frequency = 500MHz

- Dispersion/DIV คือขนาดของสเกลในแนวนอนของกราฟบนหน้าจอ ซึ่งจะบอกว่าในแต่ล่ะช่องจะมีความถี่เป็นเท่าไหร่ หาได้จาก Span/10 จะได้ความกว้างของแต่ล่ะช่องในแนวนอน

- Reference Level คือระดับอ้างอิงของสัญญาณที่จอภาพใช้ในการอ้างอิงระดับสัญญาณ เป็นระดับ dBm ที่อยู่เส้นบนสุดในแกนตั้ง ซึ่งในการทดลองมีค่า 10 dBm เมื่อใช้วัดค่าที่ L.O. และมีค่า -20 dBm เมื่อใช้ Mixer

 -dB/div คือขนาดของสเกลในแนวแกนตั้งของกราฟบนหน้าจอ ว่าแต่ล่ะช่องมีค่ากี่ dB ค่าที่อ่านได้นั้นจะต้องอ้างอิงกับ Reference Level ด้วย

- Resolution Bandwidth (RBW) คือค่าของ Bandwidth ที่มีผลต่อรูปกราฟ ถ้าค่ายิ่งน้อยจะได้รูปกราฟที่มีความเที่ยงตรงมากขึ้น แต่เวลาในการ sweep ก็จะนานตามไปด้วย ซึ่งในการทดลองมีค่า1MHz

- Sweep time คือระยะเวลาในการกวาดหน้าจอ โดยจะขึ้นกับค่า RBW^2 และ Span ดังนี้

            จากการทดลองมีค่า 16.666 mS

- Noise Floor คือระดับสัญญาณพื้นของ Noise ถ้าสัญญาณใดที่มีระดับต่ำกว่า Noise Floor จะไม่สามารถรับสัญญาณได้

- Attenuator คือวงจรลดทอนที่ตั้งไว้

          2. ขั้นตอนการทดลองเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การทดลองมา

          

          3. การประยุกต์การใช้งานสำหรับการวัดในการทดลองนี้