Для порівняння обрані моделі ідентичні по характеристиках Aliexpress жовтий Noname і RF-Link 1800/2100-75-23.
За паспортом обидва підсилюють діапазони 1800 2100 МГц на 75 дБ і мають вихідну потужність 200 мВт (23 дБм).
Важливе зауваження - у статті не розглядається цінова різниця, так вона є. У статті порівнюються реальні характеристики видаються репитерами.
Види модуляції, які використовуються в сучасних засобах зв'язку, пред'являють високі вимоги до лінійності трактів прийому, передачі. Ці вимоги також стосуються репітерів, адже репітер стає частиною системи, посередником між базовою станцією і мобільним терміналом абонента, та від якості виготовлення, якості комплектуючих, від знань і досвіду інженерів-розробників залежить надійність зв'язку або кількість перешкод і проблем для користувача, які створить репітер у випадку недотримання певних вимог при розробці і виробництві про яких буде сказано нижче.
Що з себе являє репітер? Якщо спростити, це двонаправлений смуговий лінійний підсилювач. Насправді, це складний електронний пристрій, яке повинно відповідати жорстким вимогам.
Основне функціональне призначення радіочастотного підсилювача – підвищення рівня (розмаху коливань, амплітуди або потужності) вхідного сигналу без неприпустимих спотворень її форми, спектрального складу, погіршення відношення сигнал/шум. На практиці отримати неспотворений сигнал на виході підсилювача неможливо. Це пояснюється тим, що до складу підсилювача входять активні і пасивні елементи, які вносять свій негативний внесок, генеруючи спотворення.
До активних елементів належать малошумні і проміжні (каскадіруемие) підсилювачі, електронні атенюатори, вихідні транзистори, детектори рівня сигналів. До пасивних елементів відносяться дуплексні і смугові фільтри, конденсатори, індуктивності.
До лінійних спотворень відноситься нерівномірність амплітудно-частотної характеристики (АЧХ). Джерелом лінійних спотворень є дуплексні і смугові фільтри. Нерівномірність АЧХ залежить від якості їх виготовлення. На нерівномірність АЧХ так само чинить значний вплив ступінь узгодження всіх елементів посилення в тракті від вхідного до вихідного роз'єму, компонування елементів, екранування каскадів підсилення. Щоб підсилювач в смузі робочих частот не вносив лінійних спотворень, його АЧХ повинна бути прямокутної, а фазо-частотна характеристика (ФЧХ) – лінійною.
До нелінійних спотворень відносяться компресійні спотворення, інтермодуляційні спотворення другого і третього порядку, фазові спотворення сигналу.
Джерелами нелінійних спотворень є активні компоненти, електронні атенюатори, малошумящий підсилювач (МШУ), мікросхеми проміжних каскадів підсилювачів, вихідні транзистори працюють в режимі насичення, детектори рівня сигналів.
Для мінімізації нелінійних спотворень і підтримки підсилювача в лінійному режимі тракт підсилення вводиться схема автоматичного регулювання рівня вхідного сигналу (АРУ). Її завдання стиснення динамічного діапазону потужності вхідного сигналу, і підтримка підсилювача поблизу точки насичення.
Існують різні способи кількісної оцінки лінійності підсилювача потужності. Точка перетину третього порядку (IP3) є добре відомою характеристикою підсилювача. Метод заснований на тесті двухтональным сигналом. Так як сучасні системи зв'язку створюють дуже складні сигнали, відносно просте вимірювання IP3 часто не підходить в якості індикатора для необхідної лінійності. Крім того, стандарти не визначають вимоги до вимірювання IP3. Для оцінки якості сигналу з цифровою модуляцією на виході репітера використовуються такі показники як, модуль вектора помилок (EVM) і коефіцієнт витоку потужності в сусідній канал (ACLR). Збільшення лінійних і нелінійних спотворень призводить до зменшення ACLR і збільшення EVM.
EVM — важливий показник якості сигналів з цифровою модуляцією, що виражає різницю амплітуд і фаз вимірюваного і ідеального сигналів. Він виражається у відсотках. Дуже мале значення EVM означає, що перевіряється сигнал практично повністю ідентичний
вихідному.
Для WCDMA, 3CPP визначає максимальний межа EVM як 12.5% для модульованого сигналу 16QAM і 17.5% для QPSK.
Для OFDM, 3CPP визначає максимальний межа EVM як 12.5% для модульованого сигналу 16QAM, 8% для 64QAM і 17.5% для QPSK.
Ці параметри використовується для оцінки ступеня спотворень, викликаних нелінійністю підсилювачів.
Для WCDMA, у специфікації 3GPP описані мінімальні межі для першого і другого сусіднього каналу. Для першого це -45дБ, для другого це -50 дБ.
Для OFDM, у специфікації 3GPP описаний межа в -44.2 дБ.
Збільшення лінійних і нелінійних спотворень призводить до зменшення значення ACLR і збільшення EVM.
Тестування репітера передбачає:
Комплект поставки:
Параметри за паспортом:
Зовнішній вид репітера.
Зовнішній вигляд індикатора.
Подивимося, що всередині.
Найпростіший бюджетний варіант.
За чотири каскади підсилення в обидві сторони.
ПАР фільтри після кожного каскаду підсилення.
Дуплексні фільтри на об'ємних діелектричних резонаторах.
Підсилювачі різних діапазонів об'єднані сумматорами.
Репітер має вбудований понижуючий DC-DC перетворювач, що знижує ризик виходу з ладу репітера при несправності зовнішнього блоку живлення.
Екранування посередня.
Репітер симетричний, вихідна потужність однакова у низхідному і висхідному каналах.
Зібрано акуратно. Пайка автоматизована. Плата чиста, без залишків флюсу.
В цілому нічого цікавого. Типовий представник нижчої цінової категорії.
Відсутнє автоматичне регулювання рівня вихідного сигналу(ALC).
Немає ступінчастою ручною регулювання посилення.
Індикатори рівня сигналу тільки в каналах Downlink .
Детекторні діоди рівня вихідного сигналу підключені безпосередньо до полоскової лінії після мікросхеми вихідного підсилювача (джерело інтермодуляції).
Амплітудно-частотна характеристика каналу Downlink 1800
При рівні вхідного сигналу -60дБм, максимальний вихідний рівень 0.28 дБм.
Мінімальне посилення 49дБ.
Нерівномірність АЧХ у смузі 1805-1880мГц трохи більше 11дБ.
Максимальне підсилення каналу 60дБ (за паспортом 75), якщо врахувати нерівномірність АЧХ на ділянках 1805-1831мГц і 1857-1880мГц, виходить ще менше.
Амплітудно-частотна характеристика каналу Downlink 2100
При рівні вхідного сигналу -60дБм, максимальне посилення 69,5 дБм (а за паспортом 75).
Мінімальне посилення 62,1 дБ. Нерівномірність АЧХ у смузі 2110-2170мГц трохи більше 7дБ.
Амплітудно-частотна характеристика каналу Uplink 1800
При рівні вхідного сигналу -60дБм, максимальне посилення 58дБ. Мінімальне посилення 40дБ. Нерівномірність АЧХ у смузі 1710-1785мГц трохи більше 18дБ! На ділянці 1750-1785мГц нерівномірність 13дБ.
Амплітудно-частотна характеристика каналу Uplink 2100
При рівні вхідного сигналу -60дБм, максимальне посилення 56дБ. Мінімальне посилення 49дБ. Нерівномірність АЧХ у смузі 1920-1980мГц близько 7 дБ.
Максимальне посилення Downlink 1800 на 10дБ менше ніж Downlink 2100.
Далі вимірювання потужності та оцінка лінійності і спотворень підсилювача буде проводиться за допомогою широкосмугового вхідного сигналу. Смуга сигналу 5мгц. Модуляція QPSK.
Максимальна вихідна потужність 1800 Downlink
Рівень вхідного сигналу -53дБм.
Вихідна неискажаемая потужність (RMS) виходить всього 8,6 дБм. Пікова потужність 11,5 дБм.
При заявленій виробником потужності 23дБм +-3дБ.
Спотворення в каналі.
Тепер збільшимо рівень вхідного сигналу на 3дБ.
Потужність (RMS) зросла до 12дБ, пікова потужність (PEAK) до 15дБм, але з'явилася неприпустима витік потужності в сусідні канали.
Відповідно, неприпустимо зросли спотворення сигналу.
При цьому індикатор рівня вихідного сигналу не досяг максимального значення (залишилося одне ділення).
Сигнальне сузір'я розсипалося. Пікове значення помилки вектора модуляції перевищує значення 32% (норма до 15%). Підсилювач перейшов в режимі насичення, на виході підсилювача з'явилися продукти інтермодуляції 2-го і 3-го порядку.
Для прикладу: імітація роботи двох базових станцій. Частоти 1820мГц і 1865мГц, смуга сигналів 5 МГц. Модуляція QPSK.
Рівень сигналів на вході репітера на 3дБ і 5дБ вище номінального.
Продукти інтермодуляції в Uplink 1800 на частоті 1730 і 1775мГц, з рівнем 0дБм і +6дБм.
Інтермодуляційні складові, потрапляючи в канал Uplink, створюють перешкоди в напрямі базової станції, що призводить до обривів зв'язку, зниження швидкості або неможливості встановити зв'язок взагалі. Також можливі претензії з боку оператора за створення перешкод.
Цього можна було б уникнути, якби в підсилювачі була присутня схема автоматичного регулювання рівня вхідного сигналу, яка розширила б динамічний діапазон репітера по входу. Підсилювач при зміні рівня сигналу на вході в деяких межах (у кращих моделях репітерів не менш 30дБ), залишався б поблизу точки насичення, тобто в лінійному режимі і продукти інтермодуляції були б мінімальні.
Ціна питання, два аттенюатора керовані напругою на вході і операційний підсилювач (у найпростішому варіанті, для кожного з каналів), вартістю не більше 2$. Чому немає АРУ, варто тільки здогадуватися.
Тепер подивимося, як веде себе підсилювач на неравномерностях АЧХ.
Ділянка 1805-1810мГц. Номінальний рівень вхідного сигналу.
Ділянка 1780-1785мГц.. Номінальний рівень вхідного сигналу.
Лінійні спотворення у вигляді нерівномірності АЧХ, також викликають сильні спотворення.
Потужність Downlink 2100 тут знову не відповідає заявленій виробником.
Максимальна потужність з прийнятними спотвореннями близько 9дБм.
Збільшимо рівень сигналу на вході на 3дб.
Робота підсилювача в режимі насичення.
З'явилися сильні спотворення, і навіть у цьому випадку пікова потужність далека від заповітних 23дБм, заявлених в інструкції.
З продуктами інтермодуляції і тут все погано.
Вхідні сигнали 2130мГц і 2165мГц. Смуга кожного 5мГц.
Без сигналу на вході.
У Uplink ситуація з потужністю і спотвореннями повторюється, подальше тестування не має сенсу.
Комплект поставки:
Характеристики:
Індикатор та органи управління
Зі знятою задньою кришкою
Один з двох блоків зі знятою кришкою
Розберемо підсилювач більш докладно.
Канал Downlink.
Підсилювач шестикаскадный.
Після дуплексного фільтра, малошумливий підсилювач, далі перший аттенюатор схеми АРУ, підсилювальний каскад, ручної атенюатор, другий аттенюатор схеми АРУ, два підсилювальних каскаду, передвихідний каскад підсилення, вихідний транзистор і дуплексний фільтр.
Канал Uplink побудований аналогічно. Вихідний транзистор застосований меншої потужності.
Після кожного каскаду посилення включені смугові ПАР фільтри.
Детектор огинаючої вихідного сигналу схеми АРУ включений після вихідного транзистора через спрямований відгалужувач, що виключає його вплив на вихідний каскад.
Схема АРУ кожного з каналів підсилення зібрана на двох операційних підсилювачах і п'яти транзисторах.
Кожен з каналів живить свій лінійний стабілізатор напруги, це зроблено для додаткової фільтрації напруги живлення вихідного транзистора і проміжних каскадів підсилення.
Суматори об'єднують діапазонні підсилювачі винесені в окремий екранований блок.
Роботою репітера керують три мікроконтролера. По одному в кожному блоці підсилювачів, третій розташований на платі індикатора. Обмін даними між блоками і платою індикатора відбувається по протоколу RS-485.
Мікроконтролер блоку підсилювачів управляє аттенюаторами ручного регулювання посилення, індикаторами рівнів вихідного сигналу, індикатор перевантаження, також визначає опорний рівень для схем АРП.
Мікроконтролер та схема АРУ каналу Uplink
Плата індикатора
На платі індикатора розташовані кнопки ручного регулювання посилення, ЖК індикатор рівня вихідного сигналу DownlinkUplink, індикатор перевантаження.
Блок діапазону 2100 МГц виконаний аналогічно.
Пайка виконана паяльным роботом, в окремих місцях сліди ручної пайки.
Примітка: так як друкована плата уніфікована і виготовлена з розрахунком на три діапазони 180021002600, необхідна настройкасогласование каскадів для кожного діапазону, основні елементи паяє робот, елементи узгодження (конденсатори, індуктивності, резистори та ін.), встановлюються вручну в процесі налаштування репітера.
Амплітудно-частотна характеристика Downlink 1800
Рівень вхідного сигналу -60дБм.
Максимальне посилення 77,2 дБ.
Мінімальне 73дБ.
Нерівномірність АЧХ в робочому діапазоні 4дБ.
Амплітудно-частотна характеристика Downlink 2100
Рівень вхідного сигналу -60 дБм
Максимальне посилення 74,9 дб. Мінімальне 71,6 дБ. Нерівномірність АЧХ 4,3 дБ.
Тут все добре, додати нічого.
Амплітудно-частотна характеристика Uplink 1800
Рівень вхідного сигналу -60дБм.
Максимальне посилення 69дБ. Мінімальне 51дБ. Нерівномірність 18дБ. Сильно завалений ділянку 1780-1785мГц.
Амплітудно-частотна характеристика Uplink 2100
Рівень сигналу на вході -50дБ.
Вихідна потужність (RMS) 22,4 дБм. Пікова потужність 25,7 дБм.
Спотворення сигналу мінімальні.
Дивіться продовження в наступній статті.
Джерело: https://habr.com/ru/post/453830/
