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