Intercept punkt 3 (IP3) und Phase Error

[Sawyer M. (sawyer_ma)]

Hallo euch allen,

ich habe wie villt manche wissen einen Phasenschieber aus Varaktordioden 
aufgebaut. Nun habe ich mal bei Herstellern geschaut was die so an 
Messergebnissen in Ihren Datenblättern auflisten zum Beispiel beim 
HMC649ALP6E. Dabei bin ich auf zwei Messungen gestoßen die ich gerne 
selbst an meinem Phasenschieber durchführen möchte um einfach mal zu 
schauen wie gut das selbst gefertigte Bauteil ist. Der von mir 
entworfenen Phasenschieber dreht die Phase mittels 4 Varaktordioden um 
360 Grad wenn man eine Spannung von 0-15V anlegt.

Messung 1. Intercept punkt 3 (IP3)

Zum Intercept punkt 3 (IP3):

Also so wie ich das verstanden habe ist der IP3 Punkt die Beschreibung 
des nichtlinearen Verhaltens des Messobjektes. Dazu gebe ich auf den 
Eingang zwei Signale die Eng benachbart an der Grundwelle also der zu 
entworfenen Frequenz liegt. Also bei 2.45 GHz davon 100MHz drunter und 
100 MHz drüber die Signale der Generatoren auf den Eingang geben.


>Laut Wikipedia heist es:

>Aufgetragen wird die Kurve dann über Leistung Ausgang zu Leistung Eingang in 
>Wikipedia.

>In der Praxis werden üblicherweise folgende IP angegeben

>IP2: (zweite Ordnung) charakterisiert die Demodulationseigenschaften ins 
>Basisband
>IP3: (dritte Ordnung) charakterisiert die vordergründigen 
>Intermodulationseigenschaften
>IP5: (fünfte Ordnung) verfeinert die auf dem IP3 basierenden Angaben

Jetzt habe ich aber das Problem das ich nicht weiß wie ich mein Bauteil 
das ich gerne von 2-3Ghz überprüfen wollte mit der Methode durchsweepen 
kann. Im oben angehangen Bild wurde auch die Kurve aufgetragen beim 
Beispiel Bauteil HMC649ALP6E.

Meine Fragen sind nun wie Messe ich IP1, IP2 und IP3 und wie sind die 
Werte zu Interpretieren?


Messung 2 Phase Error Analyse

Wie mache ich eine Phase Error Analyse? Dazu habe ich leider nichts 
gefunden.

Vielen Dank für eure Hilfe, im Moment ist es für mich noch ein wilder 
Dschungel von Messungen die wichtig sind. Ich hoffe ihr könnt mir ein 
wenig helfen das Verständnis dazu zu bekommen.

Grüße

[Possetitjel (Gast)]

Sawyer M. schrieb:

> Also so wie ich das verstanden habe ist der IP3 Punkt
> die Beschreibung

... EINE MÖGLICHE Beschreibung...

> des nichtlinearen Verhaltens des Messobjektes. Dazu gebe
> ich auf den Eingang zwei Signale die Eng benachbart an
> der Grundwelle also der zu entworfenen Frequenz liegt.
> Also bei 2.45 GHz davon 100MHz drunter und 100 MHz drüber
> die Signale der Generatoren auf den Eingang geben.

Richtig - aber unvollständig: Für den IP2 misst Du fest
die entstehende Misch-Leistung bei 200MHz; für den IP3
misst Du 200MHz über und 200MHz unter dem jeweiligen Träger.

Geradzahlige Ordnungen mischen in die Nähe von 0 Hz;
ungeradzahlige in die Nähe des Trägers. (Deswegen sind
die ungeradzahligen Ordnungen auch so unbeliebt.)

> Meine Fragen sind nun wie Messe ich IP1, IP2 und IP3 und
> wie sind die Werte zu Interpretieren?

Typischerweise sind Intercept-Punkte (Schnittpunkte)
angegeben. IM3-Produkte hängen dreimal stärker von
der Eingangsamplitude ab als reguläre ("IM1"-)Misch-
produkte.

Du musst die IM-Messung also mit unterschiedlichen
Amplituden machen und rechnen. Der Punkt, wo die
extrapolierte IM3-Amplitude die Eingangsamplitude
einholen würde, ist der Intercept-Punkt.

[Sawyer M. (sawyer_ma)]

Also ich muss nochmals Fragen da ich irgendwie es noch nicht verstanden 
habe:

Mein Vorgehen für die Messung ist:

Zweitonmessung mit 2 Generatoren mit zwei Sinusschwingungen mit 
unterschiedlichen, aber nahe beieinanderliegenden Frequenzen f1 und f2, 
diese werden über einen Combiner zusammen geschalten. Gegebenenfalls 
kann ich dann noch ein Tiefpass dahinter schalten um die Harmonischen zu 
unterdrücken. Dieses Signal gebe ich dann auf den Eingang meines 2 Tors 
(also dem Phasenschieber Eingang.

Nun variiere ich den Eingangspegel von -25dB bis +5dB und schreibe mir 
die Werte auf bei:

Für 2.Ordnung:  f2-f1
Für 3. Ordnung: 2*f2-f1

Dann mache ich die Prozedur noch für die normale Grundwelle und trage 
auch die Werte von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung auf. dadurch 
entsehen Schnittpunke von Grundwelle mit IP 3 und Grundwelle IP2. Der 
Schnittpunkt ist dann ICP3 und ICP2.

Richtig?


1. Frage) Dazu erste Frage: Welche Frequenzen wähle ich für die 2 
Generatoren? Mein Phasenschieber ist für 2 bis 3 GHz designed.Im Rhode 
und Schwarz Handbuch steht „Gemessen werden muss also das 
Intermodulationsprodukt 3. Ordnung. Das ist jeweils "links" und "rechts" 
der Eingangsfrequenzen im Abstand der Frequenzdifferenz der 
Eingangssignale zu finden.“

2. Frage) Der Phasenschieber muss ja für jede Phase mit einer Spannung 
versorgt werden. Ist das Vorgehen dann so das ich bei 0V dann 1V usw. 
jedesmal eine vollständige Messung machen muss?


3. Frage) Der Wert vom Schnittpunkt wie ist dieser zu Interpretieren? 
Was ist gut, was ist schlecht?

4. Frage) Jetzt habe ich die Eingangsleistung variiert. Bei 
Verstärkerschaltungen macht man das anscheinend so, gilt das auch für 
Phasenschieber oder geht man da anders vor?

5. Frage) Die Bilder die ich oben eingefügt habe vom Bauteil HMC649ALP6E 
sehen anders aus als die die ich bekomme wenn ich meine Anleitung 
befolge. Das von mir erwartete Diagramm würde so aussehen ( Bild 1 oben 
Anhang) Wie hat das der Hersteller gemacht?

[Possetitjel (Gast)]

Sawyer M. schrieb:

> Also ich muss nochmals Fragen da ich irgendwie es
> noch nicht verstanden habe:
> [...]
> Richtig?

Ja, nach meinem Verständnis passt das so.

> 1. Frage) Dazu erste Frage: Welche Frequenzen wähle ich
> für die 2 Generatoren?

Zwei verschiedene :)

Theoretisch ist das relativ egal.

Der IP3 ist ja bei Empfängern deswegen wichtig, weil zwei
dicht neben der Zielfrequenz (aber außerhalb der Empfänger-
bandbreite) liegende starke Störer eine Linie geben können,
die IN die Empfangsbandbreite fällt und daher vom ZF-Filter
nicht mehr beseitigt werden kann.

Typisch sind also relativ kleine Frequenzabstände; was da
im Detail üblich ist, weiss ich nicht. Ich habe das noch
nicht selbst gemacht.

Ich würde den Abstand unter 1% der Grundfrequenz wählen,
aber das ist aus der Luft gegriffen.

> 2. Frage) Der Phasenschieber muss ja für jede Phase mit
> einer Spannung versorgt werden. Ist das Vorgehen dann so
> das ich bei 0V dann 1V usw. jedesmal eine vollständige
> Messung machen muss?

Im Prinzip ja.

> 3. Frage) Der Wert vom Schnittpunkt wie ist dieser zu
> Interpretieren?

Der IP3 gibt die Leistung an, die zwei (gleichstarke)
Außerband-Störer haben müssten, um eine genauso starke
In-Band-Störung zu erzeugen.

Der IP3-Wert selbst ohne Blick auf eine konkrete Anwendung
sagt mMn relativ wenig. Das ist eine recht spezifische
Aussage über Dynamik, Nahselektion und Nichtlinearität,
die bei Empfängern wichtig ist.

> 4. Frage) Jetzt habe ich die Eingangsleistung variiert.
> Bei Verstärkerschaltungen macht man das anscheinend so,
> gilt das auch für Phasenschieber oder geht man da anders
> vor?

Der Intermodulationsschnittpunkt ist so definiert -- da
kann man mMn nicht anders vorgehen.

> 5. Frage) Die Bilder die ich oben eingefügt habe vom
> Bauteil HMC649ALP6E sehen anders aus als die die ich
> bekomme wenn ich meine Anleitung befolge.

Ja, natürlich.
Du hast in Deinem Diagramm die Leistungen aufgetragen, um
die Definition des Intermodulationsschnittpunktes zu zeigen.

Die üblichen Diagramme zeigen nur den Schnittpunkt über
der Frequenz.

> Das von mir  erwartete Diagramm würde so aussehen
> ( Bild 1 oben Anhang)

???

> Wie hat das der Hersteller gemacht?

Böse Falle.

Beim "P1dB"-Diagramm rate ich mal, dass das der
1dB-Kompressionspunkt (über der Frequenz) ist. Ist Hier nicht
relevant.

IP2 und IP3 werden wohl die IM-Schnittpunkte (IP "intercept
point") 2. und 3. Ordnung sein -- also nur Schnittpunkt in
Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen.

[Alter Lateiner (Gast)]

Hallo, ich habe hier mal ein Bild einer Platine für einen Phasenschieber 
gesehen. Da sind zwischen Eingang und Ausgang 64 Induktivitäten. An 
jedem Knotenpunkt sind zwei Varaktordioden. So wird eine Art 
verstellbare Laufzeitleitung gebaut. War das Verständlich? Wie 
funktioniert bitte dein Phasenschieber? Magst du vielleicht einen Link 
posten?

[Sawyer M. (sawyer_ma)]

Also ich habe jetzt mal eine IP3 Untersuchung gemacht in ADS um mal 
meine Schaltung zu testen.

Resultat ist als Bild 1 im Anhang und die Einstellungen in Bild 2.

Jetzt habe ich aber das Problem das ich die Werte nicht Interpretieren 
kann ob diese gut oder schlecht sind.

Wenn ich die zwei gerade weiter führen würde, würden sich diese 
schneiden. Dieser Punkt wäre dann der IP3. Siehe Bild 3. Ist der Wert 
nun gut?

[Sawyer M. (sawyer_ma)]

Hat jemand Erfahrung und schon einmal selbst eine Interception Point 
Untersuchung gemacht?

[Possetitjel (Gast)]

Sawyer M. schrieb:

> Also ich habe jetzt mal eine IP3 Untersuchung gemacht
> in ADS um mal meine Schaltung zu testen.
>
> Resultat ist als Bild 1 im Anhang und die Einstellungen
> in Bild 2.

Hübsch. Sieht ja aus wie aus dem Lehrbuch.

> Jetzt habe ich aber das Problem das ich die Werte nicht
> Interpretieren kann ob diese gut oder schlecht sind.

IP3 von 18dBm ist mittelgut, würde ich sagen. 0dBm und
weniger ist schlecht; 40dBm und mehr ist spektakulär.

Ich finde jedoch die Art Deiner Fragestellung merkwürdig.

Der IP3 ist eigentlich nur dann wichtig, wenn gleichzeitig
maximale Empfindlichkeit UND maximale Großsignalfestigkeit
gefordert werden, wie das bei Empfängern für Weitverkehrs-
verbindungen der Fall ist.
Ein ähnliches Beispiel sind Sende-Endstufen, wo man bei
möglichst großer Ausgangsleistung ein gewisses Maß an
Nachbarkanalstörungen nicht überschreiten darf.

Solange genau diese spezifische Forderung (maximaler Pegel
bei minimalen Nachbarkanalstörungen) nicht steht, ist der
IP3 doch wumpe.

> Wenn ich die zwei gerade weiter führen würde, würden sich
> diese schneiden. Dieser Punkt wäre dann der IP3. Siehe
> Bild 3.

Ja, soweit alles korrekt.
Wenn Du das noch in Abhängigkeit von der Frequenz aufnimmst,
kommst Du zu solchen Kurven, wie sie der Hersteller liefert.

[Sawyer M. (sawyer_ma)]

Possetitjel schrieb:
> Sawyer M. schrieb:
>
>> Also ich habe jetzt mal eine IP3 Untersuchung gemacht
>> in ADS um mal meine Schaltung zu testen.
>>
>> Resultat ist als Bild 1 im Anhang und die Einstellungen
>> in Bild 2.
>
> Hübsch. Sieht ja aus wie aus dem Lehrbuch.
>
>> Jetzt habe ich aber das Problem das ich die Werte nicht
>> Interpretieren kann ob diese gut oder schlecht sind.
>
> IP3 von 18dBm ist mittelgut, würde ich sagen. 0dBm und
> weniger ist schlecht; 40dBm und mehr ist spektakulär.
>
> Ich finde jedoch die Art Deiner Fragestellung merkwürdig.
>
> Der IP3 ist eigentlich nur dann wichtig, wenn gleichzeitig
> maximale Empfindlichkeit UND maximale Großsignalfestigkeit
> gefordert werden, wie das bei Empfängern für Weitverkehrs-
> verbindungen der Fall ist.
> Ein ähnliches Beispiel sind Sende-Endstufen, wo man bei
> möglichst großer Ausgangsleistung ein gewisses Maß an
> Nachbarkanalstörungen nicht überschreiten darf.
>
> Solange genau diese spezifische Forderung (maximaler Pegel
> bei minimalen Nachbarkanalstörungen) nicht steht, ist der
> IP3 doch wumpe.

Der Phasenschieber wird vor einzelne Patch Antennen geschalten. Somit 
ist es doch wichtig ob das Signal verfälscht (verzerrt) wird. Ich dachte 
mit dieser Untersuchung kann ich herausfinden bis welcher 
Eingangsleistung ich meinen Phasenschieber verwenden kann ohne das das 
Signal aufgrund Intermodulationsprodukten 3 Ordnung verfälscht wird und 
die Antenne dann dieses Signal abstrahlt.

Habe ich das so richtig verstanden?

>
>> Wenn ich die zwei gerade weiter führen würde, würden sich
>> diese schneiden. Dieser Punkt wäre dann der IP3. Siehe
>> Bild 3.
>
> Ja, soweit alles korrekt.
> Wenn Du das noch in Abhängigkeit von der Frequenz aufnimmst,
> kommst Du zu solchen Kurven, wie sie der Hersteller liefert.

Ja das bin ich gerade am ausprobieren. :)

[Possetitjel (Gast)]

Sawyer M. schrieb:

>> Solange genau diese spezifische Forderung (maximaler Pegel
>> bei minimalen Nachbarkanalstörungen) nicht steht, ist der
>> IP3 doch wumpe.
>
> Der Phasenschieber wird vor einzelne Patch Antennen geschalten.
> Somit ist es doch wichtig ob das Signal verfälscht (verzerrt)
> wird.

Ach so <patsch> . Das hattest Du wohl schon mal geschrieben,
aber das war mir durchgerutscht. Entschuldigung.

Phased array?

> Ich dachte mit dieser Untersuchung kann ich herausfinden bis
> welcher Eingangsleistung ich meinen Phasenschieber verwenden
> kann ohne das das Signal aufgrund Intermodulationsprodukten
> 3 Ordnung verfälscht wird und die Antenne dann dieses Signal
> abstrahlt.
>
> Habe ich das so richtig verstanden?

Ja.

Letztlich ist die Rechnung ziemlich einfach. Du musst nur das
Wissen ausnutzen, dass IM3-Produkte drei Mal so schnell wachsen
wie das Nutzsignal: Wenn sich das Nutzsignal um 1dB ändert,
ändert sich die IM3 um 3dB. Oder anders ausgedrückt: Wenn sich
das Nutzsignal um 1dB ändert, ändert sich der Abstand zwischen
Nutzsignal und IM3 umd 2dB (!). (--> Nachrechnen!)

Wenn jetzt Nutzpegel und maximaler IM3-Pegel vorgegeben sind,
kannst Du Dir überlegen, um wieviel der Intercept-Punkt über
dem Nutzpegel liegen muss...