Dodatek k článku na téma ochrany předzesilovačů pomocí Schottky diody.

Jak bylo uvedeno tady, praktické výsledky zjedodušeného měření hodnoty IP ukazují, že vliv ochranné diody v nízkošumovém předzesilovači podle všeho nebude podstatný - a navíc malé snížení hodnoty IP se vlastně ani nemůže nějak fatálně projevit při intermodulačním zatížení vstupních obvodů přijímače od signálů ostatních radioamatérských stanic ve VKV závodech, jak je uvedeno zde.

Ovšem zveřejněné výsledky byly některými lidmi hned po zveřejnění zpochybněny jako příliš optimistické. Proto jsem  se rozhodl uskutečnit ještě jednou měření vstupního IP jednoho z předzesilovačů, abych srovnal výsledky měření IP metodou 1 dB komprese a metodou výpočtu IP z potlačení intermodulačních produktů 3. řádu při buzení předzesilovače dvěma signály. Z časových důvodů jsem se soustředil na měření pouze jediného z předzesilovačů, který ukazoval při měření metodou 1 dB komprese jednoho signálu poměrně vysokou hodnotu vstupního IP. Pro představu, jak bude hodnota IP předzesilovače ovlivněna ochrannou diodou, jsem měřil  konfiguraci předzesilovače bez ochranné diody, s jednou ochrannou diodou a se dvěma, antiparalelně zapojenými diodami. Přestože bylo měření uskutečněno pouze na jediném předzesilovači, je víceméně nepochybné, že ovlivnění hodnoty IP u dalších předzesilovačů stejné konfigurace bude víceméně obdobné.

Zde jsou výsledky měření:

a) Měření vstupního IP předzesilovače metodou 1 dB komprese výstupního signálu. Metoda je popsána zde. Naměřené hodnoty jsou tady:

Pozn. *):   proti měření zde je hodnota IP poněkud nižší, což je dáno optimalizací pracovního bodu tranzistoru pro nejnižší šumové číslo
 

b) Měření vstupního IP předzesilovače metodou výpočtu z intermodulačních produktů:

Při měření hodnoty IP metodou dvou signálů byly použity dva nezávislé stabilní generátory, jejichž signály s kmitočtovým odstupem 20 kHz byly sloučeny pomocí hybridního sdružovače a přes precizní attenuátor s 1 dB krokem byly přivedeny na vstup měřeného předzesilovače. Na výstup předzesilovače byl přes útlum delšího kabelu připojen spektrální analyzátor.. Nejdříve bylo ověřeno, že použitý spektrální analyzátor netrpí intermodulacemi sám o sobě - zde je obrázek obrazovky spektrálního analyzátoru v situaci, kdy je měřený předzesilovač nahrazen koaxiální spojkou.

Obrázek - vstupní signály dvoutónového generátoru:

Na obrázku je pěkně vidět, že zobrazení těsného okolí měřených signálů je překryto klesající křivkou šumového pozadí - v tomto případě se jedná o projev fázového šumu lokálního oscilátoru spektrálního analyzátoru. Tento oscilátor má z důvodu velké přeladitelnosti poměrně mizernou hodnotu fázového šumu - výrobce analyzátoru garantuje hodnotu ve vzdálenosti 10 kHz od nosné  -90dBc/Hz. Protože při měření byl použit mezifrekvenční filtr (RBW) o šířce 3 kHz, tedy z hlediska šumového výkonu, který se "procpe" filtrem do detektoru o 34,8 dB širší, měla by být obálka postranního šumu při tomto měření cca - 55 dB ve vzdálenosti 10 kHz. Vidíme, že spektrální analyzátor je trochu lepší, než jeho garantovaná hodnota. Tento postranní šum oscilátoru (ovšem ne spektrálního analyzátoru, ale radioamatérského zařízení) je přitom základním problémem při vzájemném rušení mezi radioamatérskými stanicemi ve VKV závodech - viz informace zde, zde a zde. Ale vraťme se k záležitosti měření IP:

Při měření hodnoty IP byla použita jednoduchá metoda výpočtu z intermodulačních produktů, pěkně popsaná tady, která zní:

IP₃ = P_out - 0,5 x (IMD₃) - G

(Kde:  IP₃  je vstupní Intercept point v dBm, P_out je výstupní úroveň v dBm, IMD₃ je potlačení intermodulačních produktů 3 řádu oproti P_out, G je zisk měřeného zesilovače v dB.)

Zde je několik spektrogramů uvedených měření

A nakonec výsledná tabulka:

 Vidíme, že hodnota nepravděpodobně vysokého vstupního IP, spočítané metodou 1 dB komprese + 12dB, uvedená zde pro (tento) zesilovač bude ve skutečnosti asi poněkud menší, ale také vidíme dvě další, a to mnohem zajímavější věci:

• Hodnota vstupního IP tohoto LNA vypočítaná z úrovně intermodulačních produktů se mění s vybuzením a není konstantní.

• Hodnota vstupního IP není (ve shodě s údaji, uvedenými zde) výrazně degradována zařazením ochranné Schottky diody

• Přidání další, druhé, antiparalelně zapojené ochranné diody již intermodulační vlastnosti zesilovače nijak nezhoršuje

Závěr: Popsaný ochranný obvod se Schottky omezovací diodou prakticky nemá vliv na šumové vlastnosti LNA a kupodivu způsobuje jen malou degradaci vstupního IP.

73!  OK1VPZ
_________________________________________________________________________________________________________________________