周波数応答アナライザ
Moku 周波数応答アナライザー (FRA) は、Moku 出力で掃引正弦波を駆動し、同時に Moku 入力で受信信号の振幅 (または電力) を測定します。 FRA は、システムまたはテスト対象デバイス (DUT) の伝達関数を測定し、一般にボード線図と呼ばれる振幅と位相対周波数のプロットを作成できます。
パワーユニット
被測定物のインピーダンス（Z）を測定するにはダウト)、FRA の電力プロットを理解する必要があります。 FRA プロットでは、dBm、つまり 1 ミリワット (XNUMX mW) を基準としたデシベルの単位が使用されます。この状況で便利な測定単位です。次のように定義されます。
Moku FRA スイープサイン出力は、ボルト (ピークツーピーク) または dBm 単位で設定できます。出力にはボルトを使用します。正弦波の場合、
の代わりに V実効値 in (2) 与える
dBm で表し、mW でスケーリングし、Moku 入力インピーダンスが 50 Ω であることがわかると、次のようになります。
図 1 は、FRA を使用して 1 Vpp サイン波 Moku 出力 1 が同軸入力 1 に直接接続されています。結果として得られる振幅は、もちろん周波数範囲 (0 ～ 1 kHz) 全体でフラットです。 4.050 dBm で、計算された 3.979 dBm に非常に近い値です。不一致は 1.7 mV (または 0.17%) に相当します。
図1： 1VのFRAプロットpp Moku 入力で直接駆動される
インピーダンス
単一ポート測定:
FRA の電源ユニットが明確になったので、インピーダンスを測定できます。
この最初の例では、測定します Rダウト 単純な 10 kΩ、許容差 10% の抵抗器です。有効な回路は次のとおりです。
図2： 等価回路
注意、 Vでる 2 Ω の負荷両端で 1 V になるため、 は 50 V になります。
図3： 10 kΩ DUT の FRA、シングルポート
電力方程式を整理すると (1) と置換 P から (4) 次のように言えます:
測定あり Pdb -35.821 dBm、計算します Vin= 10.23mV。
抵抗分圧器 Rダウト 図 50 の Moku 2 Ω 入出力から次のことがわかります。
従って
解くと得られるもの Rダウト =9675Ω。
この抵抗器のデジタル電圧計 (DVM) の測定値は 9750 Ω でした。
この単純な 77 つの抵抗測定から、Moku は 1 Ω (< XNUMX%) 以内の精度であると結論付けることができます。
低インピーダンス測定:
上の例では、標準の 10% 許容差の抵抗を使用しました。より低いインピーダンスも高精度で測定できます。これを行うには、100 Ω、許容誤差 0.005% の高精度抵抗器を使用します。上記の方法を使用すると、電力の大きさのプロットが得られます (図 4)。
図4： 100 Ω、0.005%、単一ポートの FRA 画面キャプチャ
測定されたパワー -1.972 dBm を式に適用する (5) & (7) 私たちは計算します Rダウト 98.41Ωになります。これは既知の値と一致しますが、XNUMX ポート測定を使用するとより良い結果が得られます。
2ポート測定:
測定を改善するには、Moku 50 Ω 出力における DUT の負荷を考慮する必要があります。
これは、Moku の 5 番目の入力ポートを利用して実際に適用される信号レベルを観察する XNUMX ポート測定で実現できます。図 XNUMX は、Moku:Lab を使用したハードウェア設定の例を示しています。
図5： Moku:Lab を使用した 2 ポート構成
導き出すことができます Rダウト 図 6 では、オームの法則から次のようになります。
代替 (9) に (8)
or
図6： 2ポート等価回路
この 100 ポート測定を、厳しい許容誤差の 0.005 Ω、7% の抵抗を使用して設定し、図 XNUMX に Moku FRA プロットをキャプチャしました。
図7： 100 Ω、XNUMX ポート FRA キャプチャ
V2/V1 を生成するために FRA 演算チャネルを使用したことに注意してください。これは、iPad インターフェイスで非常に迅速かつ簡単に設定できます。
(10) 計算できることが分かりました Rダウト 単純に V2:V1 の電圧比から求めます。
FRA 演算チャネルは電力比を 9.505 dBm として計算したため、電圧比は次のようになります。
それで、私たちは申請することができます (10) 入手 Rダウト =99.36Ω。
この 2 ポート方式を元の 10 kΩ / 10% 抵抗に適用できるようになりました。図 8 は FRA 応答を示しています。
図8： 10kΩ、XNUMXポート測定
確立された公式を使用すると、45.856 dBm の電力比が得られ、改善された結果が得られます。 Rダウト =9762Ω。
まとめ
Moku FRA を使用すると、インピーダンス測定を実行し、1% 未満の精度で抵抗値を決定できます。
2 ポート方式では DUT のロードが可能になり、より正確に見えます。
In パート2では、FRA を使用して複素インピーダンス、キャパシタンスとインダクタンス、さらに複雑なシステムおよび周波数全体を測定することに進みます。
モクデモモード
macOS および Windows 用の Moku アプリをダウンロードできます。 こちら。デモ モードはハードウェアなしで動作し、Moku:Go または Moku:Pro の使用方法を紹介します。
