Salut,
für ein Projekt möchte ich ein sogenanntes BBQ (Base Band Tune Meter)
[1] aufbauen. Wir haben ein breitbandiges Signal, alle 2.7 MHz ist im
Spektrum ein starker Peak, davon sind im Abstand von 400kHz bis 600kHz
zwei Seitenbänder, die auf dem Spektrumanalyzer wegen zu geringer
Dynamik nicht zu sehen sind. Das Ziel ist die Messung dieser
Seitenbänder mit dem BBQ System.
Das angehängte Schaltbild zeigt eine einfache Version der Eingangsstufe
des Systems (aus dem PDF entnommen). Laut [1] wird die Energie aller
Harmonischen (zumindest zum Teil) benutzt und steht für die Seitenbänder
im Basisband zur Verfügung.
Ich versuche nun zu verstehen was an der Diode passiert, diese
nicht-linearitäten machen mich fertig ;-) Eine Diode mischt ja zwei
eingehende Frequenzen, nur stellt sich mir die Frage wie das in dem
Frequenzwust aussieht.
Kann ich mir das Näherungsweise so vorstellen, dass die Seitenbänder der
Harmonischen n durch die Harmonische n+1 ins Basisband gemischt werden
und das Basisband damit näherungsweise als eine Summe aus den paarweisen
Differenzsignalen zwischen benachbarten Harmonischen ist?
Ich weiss, es ist übel mit Superposition in einem nicht-linearen System
zu argumentieren, in dem gerade die nicht-linearen Effekte gebraucht
werden.
Grüße,
Gregor
[1] http://cdsweb.cern.ch/record/1476069
Ich hab schon ein paar Tage darüber nachgedacht, aber gerade ist mir –
als ich Detektor-Empfänger nochmal genauer angeschaut habe – folgende,
andere Anschauung gekommen.
Die Diode demoduliert letztlich nur AM-signal, das die Seitenbänder
darstellt, "ganz normal" durch Gleichrichtung, und der Kondensator
unterdrückt die HF-Anteile die noch durchkommen.
Passt das so einigermaßen?
Ein Problem was ich oben noch sehe: Wenn die n Harmonische über die n+1
Harmonische gemischt wird, dann bekäme ich Seitenbänder um den Grundton,
aber die interessieren mich ja in diesem Fall nicht :P Viel mehr
interessieren mich einfach die Summen-bzw Differenzsignale aus der
Mischung der n-Harmonischen mit den jeweiligen Seitenbändern.
So weit so akzeptabel von der Erklärung her?
</monolog>
Grüße
Im Zeitbereich ist das ein Spitzenwertgleichrichter mit nachgeschaltetem
Tiefpass. Am Output muß man sich noch einen Lastwiderstand vorstellen,
welcher den Kondensator langsam wieder entlädt.
http://de.wikipedia.org/wiki/H%C3%BCllkurvendemodulator
Im Frequenzbereich mischen sich die Seitenbänder mit dem Träger, es
erscheint also bei richtiger Auslegung des Tiefpasses ein 400-600kHz
Signal. Der C am Ausgang muß also so klein sein, daß er das 600kHz
Signal noch nicht plattmacht.
Da die Amplitude Deines Trägers sehr groß ist und die Seitenbänder
klein, wirst Du eine Gleichspannung mit sehr kleiner überlagerter
Wechselspannung bekommen.
Im Prinzip mußt Du erst die Gleichspannung abtrennen, dann einen
Tiefpass nachschalten, der die 600 kHz durchlässt und die 2,7 MHz
möglichst gut filtert.
Du bekommst die ausgeprägten Harmonischen vermutlich, weil es sich beim
Träger um ein Rechtecksignal handelt. Im Prinzip würdest Du aus einer
demodulierten Harmonischen mit Seitenband das identische Signal erhalten
wie bei der Grundwelle, nur kleiner.
Ob das jetzt die optimale Lösung ist, wage ich zu bezweifeln. Eventuell
könnte man eine Syncrongleichrichtung durchführen oder das Signal so
aufbereiten, daß der Spektrum-Analyzer damit klarkommt.
Du solltest deshalb etwas genauer beschreiben, wie das Signal aussieht.
Hallo Bernd,
B e r n d W. schrieb:> Am Output muß man sich noch einen Lastwiderstand vorstellen,> welcher den Kondensator langsam wieder entlädt.
Ich nehme mal an das ist in nachfolgenden Filtern vorgesehen und "fehlt"
deshalb in der Skizze.
> Im Frequenzbereich mischen sich die Seitenbänder mit dem Träger, es> erscheint also bei richtiger Auslegung des Tiefpasses ein 400-600kHz> Signal.> [...]> Da die Amplitude Deines Trägers sehr groß ist und die Seitenbänder> klein, wirst Du eine Gleichspannung mit sehr kleiner überlagerter> Wechselspannung bekommen.
Fein, dann habe ich das glaube ich richtig verstanden.
> Im Prinzip mußt Du erst die Gleichspannung abtrennen, dann einen> Tiefpass nachschalten, der die 600 kHz durchlässt und die 2,7 MHz> möglichst gut filtert.
Gleichspannung entfernen sollte ja kein Problem sein, wenn man an deinen
Hinweis denkt, dass die Seitenbänder nicht gekillt werden ;-)
Bei den Frequenzen sollte was RLC-iges reichen, oder? Zur Not kann man
ja noch aktiv werden.
Ich probiere das demnächst mal so aus.
> Ob das jetzt die optimale Lösung ist, wage ich zu bezweifeln.
Ich weiss nur, dass dieses System wird zur Messung am LHC eingesetzt. In
meinem Fall ist die Signalquelle zwar ein Elektronenbeschleuniger (d.h.
schwächere Seitenbänder und im Zweifelsfall Müll durch
Synchrotronstrahlung), vieleicht klappt das also nicht.
Solange das ganze "irgendwie" funktioniert ist es okay, wenn es bessere
Lösungen gibt, dann kann man das durchaus mal anschauen.
> Eventuell könnte man eine Syncrongleichrichtung durchführen
Das Konzept kannte ich bisher nicht, könnte aber nützlich sein, da die
Grundfrequenz als Signalquelle bereits zur Verfügungs steht. Danke für
den Tipp, ich les da mal weiter.
> oder das Signal so aufbereiten, daß der Spektrum-Analyzer damit klarkommt.
Da schauen wir uns auch ein paar Sachen an. "Am Einfachsten" mit
Cavity-Bandpässen eine Harmonische mit Seitenbändern rausziehen und mit
einem schmalen Notch die eigentliche Harmonische entfernen, sodass die
Seitenbänder übrig bleiben.
Alternativ, ein Comb-Filter der gleich alle Harmonischen entfernt, die
dafür benötigten Hybride sind aber noch unterwegs.
Diese Lösungen bei "hohen Frequenzen" haben den Nachteil, dass wir einen
(teuren) Spektrum-Analyzer verbraten, da das Signal später automatisch
ausgewertet werden soll. Prinzipiell ist das kein Problem, weil genug
davon rumstehen, aber da wäre die BBQ Lösung schöner, da nur ein wenig
Elektronik, im schlimmsten Fall ein billiger Spektrum Analyzer verbraten
wird.
> Du solltest deshalb etwas genauer beschreiben, wie das Signal aussieht.
Ich hab leider gerade keine Aufnahme davon da, ich kann aber morgen eine
anfertigen.
Es sieht etwa so aus: Das Signal ist 2.7MHz periodisch, etwa 1/3 dieser
Zeit sind Sinus-ähnliche Wellen da, den Rest der Zeit eine 0-Linie. Das
Wellen-Signal ist in zwei nah aneinander liegende Blöcke geteilt.
Das Signal ensteht durch Elektronenpakete, die an einer Stripline
("Antennen" im Strahlrohr) vorbeifliegen und liegt mir an einem
Koax-Kabel mit einigen 10m Länge vor.
Vielen Dank schonmal für deine Hilfe!
Gregor
> Cavity-Bandpässen
Niedrige Frequenzen lassen sich einfacher handhabe. Dagegen sind 2,7 MHz
fas NF.
> Das Signal ist 2.7MHz periodisch, etwa 1/3 dieser Zeit> sind Sinus-ähnliche Wellen da, den Rest der Zeit eine 0-Linie.
Also, die zwei Sinuspakete, enthält eines davon den Nullpunkt und das
Andere die Meßinformation? Solle das Ganze so driftfrei und linear wie
möglich sein?
> Koax-Kabel mit einigen 10m Länge vor.
Das müsste dann mit 50 Ohm abgeschlossen werden
Hallo Bernd,
erstmal Danke für eine weitere Antwort.
> Also, die zwei Sinuspakete, enthält eines davon den Nullpunkt und das> Andere die Meßinformation? Solle das Ganze so driftfrei und linear wie> möglich sein?
Entschuldigung, ich habe vergessen die "eigentliche" Information zu
erwähnen, weil die ich das implizit bereits bei der Beschreibung des
Spektrums genannt hatte.
Die Amplitude von dem ganzen Ding ist mit zwei Frequenzen um 600kHz
Amplitudenmoduliert (Betatron-Frequenzen) und ein klein wenig
Frequenzmoduliert (Synchrotron-Frequenzen).
Ich möchte die Betatron-Frequenzen messen, also einfach nur den "Ort der
Linien im Spektrum", Amplitude ist zumindest im Moment wurscht.
>> Koax-Kabel mit einigen 10m Länge vor.> Das müsste dann mit 50 Ohm abgeschlossen werden
Da hätte ich eine relativ allgemeine Frage. Wen ich mit 50Ω terminiere,
wie kann ich danach noch Signal auf der Diode haben? Ich nehme an, dass
es sich dabei entweder um einen Nahfeld-Effekt oder um eine Art
evaneszente Welle handelt?
Grüße,
Gregor
Hallo Gregor
>>> Koax-Kabel mit einigen 10m Länge vor.>> Das müsste dann mit 50 Ohm abgeschlossen werden> Da hätte ich eine relativ allgemeine Frage. Wen ich mit 50Ω> terminiere, wie kann ich danach noch Signal auf der Diode haben?
Damit war der Widerstand links der Diode gemeint. Eine 50 Ohm Last am
Ausgang würde natürlich das Signal kurzschließen.
Es gibt 2 Möglichkeiten:
Das Koaxkabel ist viel kürzer als die Wellenlänge und wird nur als
abgeschirmte Leitung verwendet. Das Kabel kann aber je nach Länge mit
recht hoher Güte in Resonanz geraten und das Signal einer Harmonischen
anheben. Im Prinzip ist das schon ein Cavityfilter.
Das Koaxkabel wird als Wellenleiter betrachtet und vorne und hinten mit
der entsprechenden Impedanz abgeschlossen. Im Betatron sitzt vermutlich
ein Sensor, welcher das Signal entsprechend aufbereitet und auf die
Koaxleitung gibt. Ein Spektrun-Analyser hat diesen 50 Ohm Widerstand
fest eingebaut.
> Die Amplitude von dem ganzen Ding ist mit zwei Frequenzen um> 600kHz Amplitudenmoduliert (Betatron-Frequenzen) und ein klein> wenig Frequenzmoduliert (Synchrotron-Frequenzen).> Ich möchte die Betatron-Frequenzen messen, also einfach nur> den "Ort der Linien im Spektrum", Amplitude ist zumindes
Mir ist das Aussehen des Signals immer noch nicht ganz klar. Ein
Sinusähnliches Signal ist mit 2 Frequenzen Amplitudenmoduliert. Wie groß
ist die Grundschwingung und wie stark wird moduliert. Sind die beiden
Modulationsfrequenzen ungefähr gleich groß?
Dann ist es Frequenzmoduliert, mit welchem Hub?
Es gibt ein Doppelpaket dieses Sinus und dazwischen eine größere Lücke,
wie lange dauert ein Paket und wie lange die Zwischenräume. Davon hängt
dann auch stark das Aussehen des Spektrums ab.
Gruß, Bernd
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