MİKRODALGA ÖLÇÜM TEKNİKLERİ Dr. Murat CELEP TÜBİTAK ULUSAL METROLOJİ ENSTİTÜSÜ 02 Nisan 2014 1 İÇERİK • • • • • • Ölçme Mikrodalga gürültü S-parametreleri Network Analyzer Spektrum analyzer SAR ölçümleri 2 ÖLÇME (?) 3 GÜRÜLTÜ ÇEŞİTLERİ Gürültü Nedir? Pasif bir iletken yapı içerisinde bir noktadan geçen elektronlar belli zaman aralığında gözlemlenirse, bir sonraki zaman diliminde elektron sayısı çok azda olsa değişir. Elektronların sayısındaki bu değişim gürültü olarak tanımlanır. Gürültü, rastgele bir işaret olup zaman ortalaması sıfırdır. 4 GÜRÜLTÜ ÇEŞİTLERİ Gürültü, doğal gürültü ve yapay gürültü olarak ikiye ayrılır. Doğal gürültü: Galaksiler, Gezegenler, Uydular, Güneş, Yıldırım, şimşek. 5 GÜRÜLTÜ ÇEŞİTLERİ Yapay gürültü: Döner elektrikli makinalar, Anahtarlama devreleri, Ark makinaları, Araçlar, Enerji iletim – dağıtım hatları. 6 GÜRÜLTÜ ÇEŞİTLERİ İster doğal olsun ister yapay olsun, ekranlama ve filtreler ile kapalı devre elektriksel sistemler dışarıdaki gürültüden korunabilir. 7 Gürültü etkisi 8 GÜRÜLTÜ ÇEŞİTLERİ Bir elektrik sistemi içerisinde oluşabilecek elektriksel gürültüler: Isıl (Johnson) gürültü (P=kTB) , Shot gürültü, Bölüşüm (partition) gürültüsü, Kırpışım (flicker) veya 1/f gürültüsü. 9 S PARAMETRELERİ ZS a1 Mikrodalga İşaret Kaynağı b2 S11 S21 S12 b1 ZL S22 a2 b1 = S 11 a 1 + S 12 a 2 b 2 = S 21 a 1 + S 22 a 2 10 NETWORK ANALYZER TARİHÇESİ Hewlett Packard 1950’lerde ilk ölçümler Anritsu 11 NETWORK ANALYZER ÇEŞİTLERİ • Skalar Network Analyzer (SNA) • Vektörel Network Analyzer (VNA) • Doğrusal olmayan VNA (X parametreleri) 12 Skalar Network Analyzer 13 Skalar Network Analyzer • Yansıma Katsayısı Ölçme • İletim Katsayısı Ölçme 14 Vektörel Network Analyzer 15 Vektörel Network Analyzer Dört Algılayıcılı VNA 16 Vektörel Network Analyzer Üç ve Dört Algılayıcılı VNA 17 Vektörel Network Analyzer Faz Kilitleme Sentezlenmiş İşaret Kaynağı 10 MHz 40 GHz İşaret Ayırıcı Gösterge Alıcı Dijital Kontrol Güç Kaynağı KYC R BIAS Kapı 1 Adım Zayıflatıcı Transfer Anahtarı Directional Coupler A BIAS TEE Kapı 1 Directional Coupler 0-55 dB Ön Panel Ledleri BIAS TEE Kapı 2 B BIAS Kapı 2 18 Vektörel Network Analyzer Alıcı 19 Vektörel Network Analyzer Kalibrasyonu VNA ile Yansıma Katsayısı Ölçme Graf Modeli E Γg m m31 21 m23 m22 m12 m11 m13 o12 m32 n31 n11 n21 n 23 n13 n33 o11 p11 o21 q1 ΓL n32 m33 o22 n22 n12 p12 p21 p22 r1 r2 q2 VO VR 20 Vektörel Network Analyzer Kalibrasyonu VNA ile İletim Katsayısı Ölçme Graf Modeli E m21 Γg m23 m31 m22 m12 m11 m13 m32 n21 n11 n22 n12 S21 S11 S22 S12 m33 v11 o11 o12 o22 v12 v21 v22 o21 w1 q1 w2 q2 VO VT 21 Vektörel Network Analyzer Kalibrasyonu • Cihaz hataları, • Mikrodalga anahtarın anahtarlaması ile oluşan empedans değişimi ve • Konnektör tekrarlanabilirliği şeklinde sıralanabilir. 22 Vektörel Network Analyzer Kalibrasyonu • KYC’nin bağlandığı noktada oluşan empedans uyumsuzluğu, • Yönlü bağlayıcıların (directional coupler) mükemmel olmayan yönlendiriciliği (directivity), • Birbirinden bağımsız okuma yapan iki kanaldan oluşan hata, • Sızıntılar, • Gürültü 23 Vektörel Network Analyzer Kalibrasyonu 24 Vektörel Network Analyzer Kalibrasyonu 25 Vektörel Network Analyzer Kalibrasyonu 26 Spektrum Analyzer Elektriksel devre veya sistemlerin tasarımı, üretimi veya bakımını yaparken sistem veya devrenin içerisinden geçen veya yansıtılan elektriksel işaretleri analiz eden malzemelere ihtiyaç duyulur. Elektriksel işarete herhangi bir müdahale etmeden işareti sadece algılayan ve gösteren alıcılara ihtiyaç vardır. Bu tür alıcılar spektrum analyzer olarak isimlendirilirler. Spektrum analyzer genellikle gerilim, güç, periyot, dalga şekli, yan bantlar ve frekans hakkında ham ve işlenmemiş bilgiyi gösterirler. 27 Spektrum Analyzer Yaygın olarak kullanılan çoğu spektrum analyzer modülasyon, bozulma (distortion) ve gürültü ölçerler. Genel olarak elektriksel bir işareti görmek için osiloskop kullanılarak genliğin zamanla değişimi incelenir. Ancak zaman düzlemi tüm işaret hakkında genel bir bilgi sunmaz. İşaret hakkındaki tüm bilgiyi görebilmek için işaretin frekans düzleminde incelenmesi gerekir. 28 Spektrum Analyzer Zaman ve frekans düzlemi arasındaki ilişki Genliğin frekansa karşılık izlenmesi spektrum analyzer kullanılarak gerçekleştirilir. 29 Spektrum Analyzer Klasik spektrum analyzer blok gösterimi RF giriş zayıflatıcısı Mikser IF kazanç IF Filtre Dedektör Giriş Filtre Video Filresi Lokal osilatör Referans frekans Tarama jeneratörü Gösterge 30 SAR 31 SAR Özgül soğurma oranı, birim kütle başına soğrulan elektromanyetik gücü ifade etmektedir. Kısaca SAR ile gösterilmekte olup aşağıdaki gibi ifade edilmektedir. σE SAR = ρ 2 σ: elektriksel iletkenlik (S/m), |E|: elektrik alan şiddetinin rms değeri (V/m), ρ: dokunun yoğunluğu (kg/m3). 32 SAR SAR ölçümlerinin gerçekleştirilmesi gerçekleştirilmektedir. 3 aşamada 1. Sıvının Hazırlanması ve Test Edilmesi 2. Sistem Kontrolü ve Doğrulaması 3. SAR Ölçümünün Gerçekleştirilmesi 33 SAR Sıvının Hazırlanması ve Test Edilmesi 900 MHz için dokuya eşdeğer sıvı: •Bakterisit (% 0,10), •HEC (% 1,00), •NaCl (%1,48), •8eker (% 56,50) •Su (% 40,92) Dokuya eşdeğer sıvının, 22 °C’de beklenen bağıl dielektrik katsayısı (εr) 41,2 ve iletkenliği (σ) 0,98 S/m’dir. 34 SAR Sistem Kontrolü ve Doğrulaması 35 SAR SAR Ölçümünün Gerçekleştirilmesi 36 MİKRODALGA ÖLÇÜM TEKNİKLERİ Dr. Murat CELEP 02 Nisan 2014 37
© Copyright 2024 Paperzz
