Spectrum Analyzer による測定

この例では次を使用します。

この例では、Spectrum Analyzer ブロックを使って測定を実行する方法を説明します。この例には、高調波歪み測定 (THD、SNR、SINAD、SFDR)、3 次相互変調歪み測定 (TOI) および隣接チャネル電力比測定 (ACPR) を実行する標準的な設定が含まれています。また、この例では、スペクトログラムと自動ピーク検出を使用して時変スペクトルを表示する方法も説明します。

さまざまな測定および対応する設定がモデル例に含まれています。

例の検証

モデルはアンプの 5 つの単純なモデルで構成されています。それぞれのアンプは特定の測定を実行するように設定されています。

Amplifier ブロックをダブルクリックして、アンプモデルを開きます。最初のアンプモデルは以下のようになります。

この入力は最初にガウスノイズ源と結合され、次に高次の多項式が実行され、非線形歪みがモデル化されます。

入力の加法性ノイズの量を変更するには、Noise Source をクリックし、ガウス分布の変動を変更します。

アンプのパラメーターを変更するには、多項式係数を変更します。係数は大きい順に並べられます。最後の係数を変更すると、アンプの DC 電圧オフセットが変更されます。最後から 2 番目の係数を変更すると、アンプの電圧ゲインが変更されます。その他の係数を変更すると、アンプの高次の高調波を変更できます。

高調波歪み

高調波歪みを測定するには、正弦波入力でアンプを刺激し、スペクトルアナライザーで高調波を表示します。高調波歪み測定は、[ツール] メニューの [測定値] オプションから、あるいはツールバーの対応するアイコン (下図で押した状態になっているもの) をクリックすることで起動できます。

[歪みの測定] パネルの結果から、基本波と高調波の振幅およびそれらの SNR、SINAD、THD、SFDR 値を確認できます。これらの値は、基本波の出力パワーを基準にして参照されます。

3 次相互変調歪み

通常、アンプは明確な奇数次数の高調波をもっています。振幅が等しい 2 つの隣接する正弦波を使用してアンプに刺激を与えると、出力に相互変調積を生成できます。通常、歪みの積は減衰して基本波トーンから離れます。基本波トーンの最大値は、入力波形の 3 次の和周波および差周波に相当します。[歪みの測定] パネルのドロップダウンメニューから [相互変調] の歪みの測定を選択すると、出力の 3 次相互変調 (TOI) 歪みを測定できます。

また、[歪みの測定] パネルでは相互変調積が強調表示され、出力 TOI が表示されています。アンプの多項式係数を調整し、信号で示される高調波を変更します。

ACPR

通信チャネルをブロードキャストしているアンプに刺激を与えると、相互変調歪みのため、隣接するチャネルの帯域幅にスペクトルの成長がリークする現象がみられることがあります。これらの隣接チャネルに電力がリークする量を測定するには、隣接チャネル電力比 (ACPR) を測定します。[トレース選択] ダイアログで測定の入力を切り替えることで、アンプ使用前と使用後の両方の測定を確認できます。ACPR 測定は、[チャネル測定] ダイアログのドロップダウンメニューから選択できます。このダイアログは、[ツール] メニューの [測定値] オプションから、あるいはツールバーの対応するアイコン (下図で押した状態になっているもの) をクリックすることで起動できます。

アンプの多項式係数を調整し、相互変調歪みによるさまざまな量の中央電力の拡散を取得します。指定のオフセット周波数における ACPR の読み取り値を観察できます。

上の例では、入力ソース (青いトレース) と Amplifier4 の出力 (黄色のトレース) の間に約 0.5 dB の圧縮がみられます。入力チャネルのピーク/平均強度比 (PAPR) は 3.3 dB、出力チャネルの PAPR は 2.8 dB です。このダイナミックレンジの損失は、アンプに適用されている入力電力が大きすぎることを示します。

スペクトログラム

スペクトルアナライザーのスペクトログラムモードを使用して、時変スペクトル情報を表示できます。チャープ波形によってアンプに刺激を与えると、時間の経過に伴う高調波の動作を観察できます。[表示] メニューの [スペクトル設定] ダイアログで [タイプ] ドロップダウンメニューから [スペクトログラム] を選択します (図示されていません)。

カーソルを使用することで、チャープの時間を測定し、スペクトルの他の成分が調和的に関連していることを確認できます。[カーソルの測定] ダイアログは、[ツール] メニューの [測定値] オプションから、あるいはツールバーの対応するアイコン (上図で押した状態になっているもの) をクリックすることで起動できます。

ピークの検出

[ピークの検出] 測定ダイアログを使用して、時変スペクトルのコンポーネントを追跡できます。最高 100 回までのピークを表示し、必要に応じてラベルを付けることができます。[ピークの検出] ダイアログは、[ツール] メニューの [測定値] オプションから、あるいはツールバーの対応するアイコン (上図で押した状態になっているもの) をクリックして起動できます。

参考文献

IEEE Std.1057-1994 IEEE Standard for Digitizing Waveform Recorders
Allan W. Scott, Rex Frobenius, RF Measurements for Cellular Phones and Wireless Data Systems, John Wiley & Sons, Inc. 2008

参考

Spectrum Analyzer