Table of Contents

وتشكل القياسات الدقيقة أساس الاختبار الموثوق به في الترددات اللاسلكية وهندسة الموجات الدقيقة، إذ أن محلليات العنكبوت ومحللات الشبكات أدوات لا غنى عنها لتحديد الإشارات والمكونات، ولكن انحرافات الدقة التي تُجرى بمرور الوقت بسبب ارتفاع المكوّنات، ودرجة الحرارة، والعوامل البيئية، كما أن المعايرة تعيد هذه الأدوات إلى معايير الأداء المعروفة، وتُعدّل المولدات الإشارات المرجعية الضرورية لهذه العملية.

الدور الحاسم لجيلات الإشارة في المعايرة

وتتصرف المولدات اللافتية كقاعدة قياسية للمعايرة، ويستلزم إجراء معايرة نموذجية ربط مولد الإشارة بموانئ المدخلات التي يستخدمها المحلل، ثم مقارنة قياس المحلل لإشارة معروفة مقابل الناتج المحدد للمولدات، ويصبح أي انحراف مسبباً للاختلال مطبقاً على القياسات اللاحقة، وتعتمد هذه العملية على تواتر استقرار المولدات ودرجات حرارة الفرن.

كما أن المولدات العلامية تتيح معايرة متعددة النقاط عبر الترددات ونطاقات الكم الهائلة، وبالنسبة لمحلل الطيف، فإن معايرة عدد من نقاط التردد ومستويات الطاقة تحقق من خطية أجهزة القياس اللوغاري، ودقة عرض النطاق، وأداء الحد الأدنى من الضجيج، وتسمح الإشارات المولدة في الترددات المتحركة، في حالات الارتداد الكهربي، بتصحيح الأخطاء المباشرة في نوعية المولدات، التي تلغي الأخطاء المنهجية.

أنواع مولدات الإشارة المستخدمة في المعايرة

مولدات الإشارة التابعة لإطار الإبلاغ الموحد والموجات الدقيقة

وهذه هي أفران العمل الخاصة بمحللات الطيف المعايرة ومحللات الشبكات في مجال الترددات، وهي تنتج إشارات ذات موجات مستمرة من بضعة كيلوهرتز إلى عشرات من الجاهيرتز، وتعطي نماذج عالية التردد درجة منخفضة للغاية، وتصدر حلا دقيقا للترددات، وهو أمر حاسم لتقييم أداء الضجيج في مرحلة التأمل في طيف أو النطاق الدينامي لشبكة ذات كفاءة عالية.

مولدات الوظائف

كما أن هذه الأجهزة، المعروفة أيضاً باسم المولدات الموجية التعسفية، تنتج صينية ومربعة ومثلثات وأجهزة الموجات النبضية، وهي مفيدة بصفة خاصة في قياس القدرات الأساسية لمحللي الطيف ومحللي الشبكات، مثل قياسات المقياس الصفري أو قياسات الارتفاع المكثف مع الحفز الخارجي، وتساعد المولدات الكهربائية في التحقق من أوقات الارتفاع الدقيقة في الإشارات غير المسموعة.

مولدات الإشارة

وينتج كبار الشخصيات إشارات معدة - مثل كيزو، وسام، وتوم، وتوم، وغيرهم من المستعملين في الاتصالات الرقمية الحديثة، وهي أساسية بالنسبة لمحللات اختبار النظم اللاسلكية، مثل 5G NR، وW-Fi 6، أو Blutooth Low Energy.() وأثناء المعايرة، يقدم الممثل الخاص المعني بشبكة VSG نموذجاً معروفاً يقارن فيه إنتاجات البرمجيات ذات القيمة المضافة المحددة.

مولدات كهربائية وأجهزة توليد نبضات

ولأجل قياس مدى اتساع نطاقات أجهزة تحليل الطيف واستجابتها على نحو متكرر عبر نطاقات واسعة النطاق، تنتج مولدات المحركات المدمجة سلسلة من خطوط الطيف المسروقة بنفس المساحة من نبض واحد، وهي بمثابة نقاط مرجعية متعددة في قياس واحد، مما يعجل بدرجة كبيرة من المعايرة، وهي مفيدة بصفة خاصة بالنسبة لفحص أجهزة الرصد والتقييم، ومحللات الطيف في الوقت الحقيقي حيث يلزم إجراء قياس سريع.

خصائص مولدات الإشارة

تواتر الاستحقاق والاستقرار

ويجب أن تكون الإشارة الداخلية للمولد قابلة للتتبع إلى معيار وطني، مثل ساعة السيزيوم أو مشعل النبلاء المتحكم في النظام العالمي لتحديد المواقع، وخطأ التردد في خرائط المولدات مباشرة للخطأ في قراءتها في تواتر التحليل أثناء المعايرة، وبالنسبة لمحللي الشبكات، فإن التواتر هو الجوهر لأن تصحيحات النواقل تعتمد على علاقات المرحلة المعروفة.

الاستحقاق والثقوب

ويقتضي تحليل الأنقاض أن يكون حجم إنتاج المولدات معروفاً في غضون عشرات قليلة من نقطة الارتداد على نطاق التردد الكامل، إذ أن التسطح من المستوى - الغزو لطاقة الإنتاج مع الترددات - يمكن أن يكون أقل من 0.5 د.ب.أ.أ.أ.أ.أ.أ.أ.

المهرجانات والألعاب الرياضية

ويمكن أن يؤدي المحتوى المتناسق والزائف في ناتج المولد إلى قراءات خاطئة في المحلول، وقد يؤدي تحليل الطيف الذي يصل إلى 20 إشارة إلى إحداث تناسق بين الدي بيك وكمية منفصلة، مما يؤدي إلى تصحيحات في مستوى الكياسات الخاطئة، ولذلك فإن المولدات المستخدمة في قياس المعايرة لها مستويات متناسقة دون المستوى 30 من الضوضاء، وتصبح مستويات خافضة أقل من المتوسط إلى 60 باء من التراكم.

قدرات العزل والتنقل

وتتطلب إجراءات عديدة للاختبار قياسات الترددات، ويجب أن يكون المولد قادراً على التمشيط أو اللوغاريتمية عبر نطاق المحلل مع الحفاظ على استمرارية المرحلة وطول السعة، وفي حالة معايرة تحليل الشبكة، كثيراً ما يعمل المولد كعبد للجهاز التحليلي، ويتلقى إشارات محفزة لمواءمة أشكال التكتل.

عملية المعايرة في التجزئة

Pre-Calibration Setup

وقبل ربط أي معدات، ينبغي أن يدفأ كل من مولد الإشارة والمحلل إلى درجة توازن حراري تصل إلى 30 دقيقة إلى ساعة واحدة، وينبغي أن توضع في بيئة مستقرة تكون فيها درجة الحرارة الدنيا والتدخل الكهرومغناطيسي، ويجب أن يتم وصف النواقل والمكيفات وفقدانها، وفي العديد من المختبرات، يتضمن نظام معايرة لتحديد الطاقة المرجعية، ومولدا مرجعيا للتعرف على المعايير.

خطوات معايرة المصل

  1. () معايرة التردد: ] Set the birth to a known frequency (e.g., 1 GHz) at a moderate power level (e.g., -20 dBm). The analyzer’s marker frequency readout is compared to the birth’s frequency and if the error exceeds allowed limits (typically correction1% of span).
  2. ]Amplitude calibration:] With a stable power level from the birth, the analyzer’s amplitude readout is check across multiple points. A power meter traceable to NIST measures the actual power delivered to the analyzer’s input and the analyzer’s reference level and scale are adjusted to match the known power.
  3. ]Resolution bandwidth verification:] The birth’s signal is set with a very narrow span. The analyzer’s displayed noise bandwidth-derivedth from the -3 dB points on the filter’s response -is compared against the specified resolution bandwidth setting. This ensures accurate noise and adjacent-channel power measurements.
  4. ]] اختبار اللينة: ]FLT:1][*]**********************************************************************
  5. Phase noise and spur tests:] A low-phase-noise CW signal is applied, and the analyzer measures phase noise at specific compensates. The electricity’s known phase noise floor must be at least 10 dB below the analyzer’s specified noise to avoid measure contamination.

خطوات معايرة الشبكة

ويزداد تعقيداً معايرة شبكة المفرزة، إذ يجب أن تزيل الأخطاء المنهجية من كل من مسارات المصدر والمستقبل، وتشمل أساليب المعايرة المشتركة نظام SOLT (Short-Open-Load-Thru) و TRL (Thru-Reflect-Line) والمولدات الرئيسية جزء لا يتجزأ من هذه الإجراءات.

  1. System error correction:] The electricity is used as a stimulus to measure known calibration standards (short, open, load, thru) By applying these measurements, the VNA computes error coefficients for forward and reverse paths.
  2. ]Power calibration:] A dedicated power sensor is connected to the test port, and the birth’s output level is adjusted to achieve a calibrated reference power (e.g., 0 dBm). This ensures that s-parameters are referenced to a known power.
  3. ]Receiver calibration:] The birth’s signal is used to measure the VNA’s receiver gain and phase response across frequency. This step corrects for differences between the reference and test receivers, enabling accurate ratio measurements.
  4. ]]Frequency and phase tracking:] A highly stable CW signal from the birth is used to verify the VNA’s phase measurement accuracy. The electricity’s phase-locked cycle ensures a coherent reference, allowing the VNA to measure phase shifts with minimal jitter.

فوائد استخدام مولدات الإشارة لأغراض المعايرة

Accuracy and Traceability

وتوفر المولدات الإشارة ذات المراجع المرجعية للمقاييس القائمة صلة مباشرة بالمعايير الوطنية، وعندما تُصان على النحو السليم، تتيح هذه المولدات للمحللين إمكانية تحقيق عدم التيقن عند مستوى منخفض يبلغ 0.05 د.ب بالنسبة للكمود و0.1 مليون متر للتواتر، ويعد التقلب أمرا أساسيا للامتثال لمعايير الجودة التي تستخدمها مختبرات المعايرة المعتمدة ISO/IEC 17025.

التكرار والاتساق

وتعتمد روتينات المعايرة الآلية على قدرة المولد على إنتاج نفس الإشارة بعد يوم، ويقلل المولد المستقر من عدد مرات الترميم ويكفل أن تكون النتائج الناتجة عن مختلف المحللين قابلة للمقارنة، وهذا أمر حاسم في بيئات الإنتاج التي يجب أن تسفر فيها المحللات المتعددة عن قرارات متطابقة بشأن المرور/الفشل.

الكفاءة والنواتج

:: دعم المولدات الحديثة للإشارة نصوصاً ذات معايرة آلية تتحكم في المولدات والمحلل في وقت واحد، ويمكن استكمال معايرة كاملة لشبكة 4 مواضع الترددات في أقل من 10 دقائق مع مولد وبرمجيات حديثة للإشارة إلى ناقلات الكهرباء، في حين أن معايرة اليد قد تستغرق ساعة، وهذه السرعة حيوية بالنسبة للطابقين العاليي للاختبارات الصناعية.

التكامل مع المحللين الحديثي الولادة

ويضم العديد من محللي الطيف ومحللي الشبكات من كبار المصنعين مثل شركة كيسيت، وروهدي شوارتز، وأنريتسو مساعدين في معايرة البناء يتواصلون مع المولد عن طريق شبكة لانت أو USB. ويرسل المولد إشارات بينما تُدخل سجلات المحللين شهادة معايرة لا تدخل فيها مشغِّل، ويحد هذا التكامل من الأخطاء البشرية ويعزز الوثائق.

تقنيات المعايرة المتقدمة

معايرة من طراز 2 إلى 1 ورقم الهاتف المتعدد

ولأجل معايرة أداء مشوهات الطيف، تقوم مولدات الإشارة بإنتاج طنين مطوّرة (مثلا، 1 ميغاهرتز) بنفس السعة، وتقارن نقطة التقاطع التي يقاس بها المحلل الثالث (IP3) بمنتجات تداخل المولدات المعروفة، وتثبت هذه التقنية من قدرة المُحدِّد على التمييز بين الإشارات الضعيفة.

الرقم المعايرة

وتقتضي قياسات أرقام الضوضاء وجود مصدر للضوضاء، ولكن يمكن أيضا استخدام مولد الإشارة في بعض التجهيزات، ومن خلال التحول بين قوة ضوضاء ساخنة وباردة معروفة، يمكن التحقق من رقم الضوضاء لدى المحلل، ويمكن أن تجسد المولدات الإشارة ذات القدرات المحددة في مجال التعبئة طريقة " Y-factor " ، ولا سيما بالنسبة للنظم التي لا تتوفر فيها مصادر ضوضاء.

معايرة الإشارة

وتتطلب نظم رادار وأجهزة الصرف الصحي ذات الترددات المبلورة معايرة مع إشارات مطهرة، وتنتج المولدات الإشارة نبضات ذات أسلاك مختلفة، وفترة، ووقت الارتفاع، وتحلل الأنابيب في درجة الحرارة الصفرية، ودائرة الضغط، وتسمح خصائص النبض المعروفة للمولدات بالتحقق من تصحيحات نبضات نبضات نبضات القلب ودقة الذروة في الطاقة.

محلل الأنسبيكتوروم (RTSA)

ويطالب نظام تقييم الأداء في مجال النقل الجوي بمعايرة عبر النطاق الترددي الفوري الذي يتردد عليه في كثير من الأحيان 100 ميغاهيرتز أو أكثر، وتستخدم مولدات كهربائية أو مصادر متعددة الوحدات من مولد إشارات ناقلات لتوليد مشط للتردد يغطي كامل النطاق الترددي، ثم تعادل الاستجابة المستقيمة للجهاز التحليلي لإنتاج مرحلة مسطحة من الحجم والخط عبر نطاق الترددات.

ضمان قابلية التتبُّع والامتثال للمعايير

ولكي يكون المولد المرجعي في حد ذاته صالحا، يجب أن يعادل بصورة دورية معيار أعلى، وتحافظ المعاهد الوطنية لعلم الميراث، مثل المعهد الوطني للتكنولوجيا في الولايات المتحدة أو PTB في ألمانيا، على المعايير الأولية للتواتر والطاقة، وتقدم مختبرات المعايرة التجارية مجموعات خدمات تعدل مرجع المولدات وتتحقق من أدائها على تلك المعايير، وتتراوح فترات المعايرة عادة بين 12 و 24 شهرا، تبعا لاستقرار المولدات.

ويجب على المنظمات التي تتبع المنظمة الدولية لتوحيد المقاييس/الجماعة الدولية المعنية بإحصاءات الطوارئ لعام ١٧٠٢٥ أن تحتفظ بسجلات شهادات معايرة لجميع مولدات الإشارة المستخدمة كمصادر مرجعية، وينبغي أن تشمل هذه الشهادات حالات عدم التيقن، والظروف البيئية، وسلسلة التتبّع، وعند معايرة المحلل، يجب على التقني أن يوثق الرقم التسلسلي للمولد، وتاريخ المعايرة، والبيئات المحددة المستخدمة، وهذا الأثر من أجل المراجعة اللازمة للامتثال التنظيمي في صناعات مثل الفضاء الجوي، والأجهزة الطبية، والاتصالات السلكية واللاسلكية.

For further reading on traceability, consult the NIST guide on calibration services. Practical application notes from Keysight Technology explain how to select a signal birth for VNA calibration (]Application Note 5989-9545EN). Rohde " Notea also provides comprehensive resources

الشلالات المشتركة وكيفية تجنبها

سوء الفهم والخطأ في القوات المسلحة

وعند ربط مولد الإشارة بمحلل، تسبب حالات عدم الدقة في إحداث انعكاسات تشوه الطاقة التي تم تسليمها، وينبغي أن يكون هناك معدل ثابت للمولدات يبلغ 50 مولداً في 50 جهاز تحليلي، يقل عن 1.2:1 باستخدام الكابلات العالية الجودة والموجهات في إنتاج المولدات (مثل 10 دب) يحسن من درجة عدم اليقين ويقلل من مستوى المعايضة.

تحميل الزنابق على المحللين

وتطبيق مستوى عالي جداً من الطاقة على مدخلات المحللين - خاصة على شكل تحليلات ذات حساسية في الطيف - يمكن أن يلحق ضرراً بالمزيج أو المكثف، ويبدأ دائماً بمنتجات المولدات التي تقل كثيراً عن الحد الأقصى للمدخلات التي يقدمها المحلل (التي كانت في السابق - 30 دنابير لمدخلات المحلل) ويستخدم المكثف الداخلي أو الخارجي التابع للمحلل لحماية الصك.

درجة الحرارة

وكلا المولدات والمحللين حساسين لدرجة الحرارة، وبعد الاحترار، ينبغي أن تظل درجة حرارة الغرفة مستقرة في حدود درجة حرارة ١oس أثناء المعايرة، وإذا تتفاوت درجة الحرارة الداخلية للمولد، فإن قدرة المولد وتواتره قد تنجرف، وتبطلان المعايرة، أما بالنسبة للعمل العالي الدقة، فتضع الأدوات في مسار يتحكم فيه درجة الحرارة أو تسمح بزمن إضافي للدفء.

نسبة الإشارة إلى الأرقام غير كافية

وعندما يُعيّن خط الطول على مقربة من الحد الأدنى للضوضاء، يجب أن تكون قدرة المولد عالية بما يكفي لإلقاء قراءة واضحة فوق مستوى الضوضاء المتوسط الذي يظهره المحلل (DANL). وتتمثل قاعدة الإبهام في تحديد ناتج المولدات الكهربائية على الأقل 20 درونا فوق مستوى DANL لقياسات موثوقة.

الاتجاهات المستقبلية في معايرة مولدات الإشارة

ومع ارتفاع عدد الاتصالات اللاسلكية نحو ارتفاع الترددات (الموجات الملليمترية، وشبه الترددات) وزوارق النطاق الأوسع، يجب أن تواكب المولدات الترددية سرعة المولدات، وتشمل الحلول الناشئة المولدات ذات النطاق العريض القائمة على تكنولوجيا السيليكون الألمانية القادرة على إنتاج إشارات تصل إلى 110 جيهرتز مع ضوضاء منخفضة التردد.

كما أن المولدات التي تحددها أجهزة الاشارات تعمل على اكتساب المواصفات، حيث تتيح هذه الأدوات تطويرات البرمجيات لإضافة أشكال جديدة للتعديلات والاختبارات دون تغيير في المعدات، وبدأت الاستخبارات الفنية تساعد على تحقيق أفضل إجراءات المعايرة بالتنبؤ بأنماط العمل العائمة واقتراح فترات قياس مثالية تستند إلى البيانات التاريخية، وفي حين أن الرقابة البشرية لا تزال ضرورية، فإن هذه التطورات تعد بأن تجعل من العيار أسرع وأكثر دقة.

خاتمة

والمولدات الإشارة هي حجر الزاوية في معايرة أجهزة تحليل الطيف ومحللات الشبكات، إذ توفر إشارات مرجعية دقيقة ومستقرة وقابلة للتتبع، فإنها تمكن المهندسين والتقنيين من الحفاظ على الدقة المطلوبة لتطبيقات الترددات الحديثة والموجات الدقيقة، واختيار معدات الاتصال ذات نوعية المولدات، أو الوظيفة، أو أجهزة التتبع، أو أجهزة التتبع، أو المحركات، أو المحركات، على نطاق الترددات،