Auteur Sujet: Methode de test de l'IMD  (Lu 44634 fois)

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #30 le: 01 Février 2014, 10:40:31 »
on laisse tomber quelque chose, mais ce serait indétectable comme différence. Je crois que cela depend du taux de debit dans le cas de modulations numeriques. Il existe certains parametres comme par exemple le delai de groupe qui peut rendre une radio inutilisable passé un certain taux de debit des symboles ou le rendre refractaire a certain schemas de modulation impliquant une rapide commutation de phase ou de frequence tel le QAM et le MFSK.

Pour ceux qui l'ignorent, l'industrie nord-americaine des telecom utilisait un test d'IMD a 4 tonalities dans les systemes multiplex analogiques destines a la transmission numerique a haut debit (pour l'epoque).

Une ou deux tonalites c'est bien comme methode d'analyse de certains parametres mais je ne suis pas convaincu que cela suffit pour identifier toutes les aberrations. Surtout pas dans le cas ou on cherche une methode realiste pour quantifier la pollution des canaux adjacents.

La radio mise a l'epreuve doit necessairement avoir de l'energie distribuee sur l'ensemble de sa bande passante pour produire des chiffres realistes.

Le sujet de l'IMD est fort interessant mais ce n'est pas la seule cause de la pollution des canaux adjacents.

Bye,

Hors ligne VE2EZD Louis

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #31 le: 01 Février 2014, 18:35:48 »
Bonjour à tous

Suite aux interrogations de Pierre, je me suis rendu compte que j'ai fait un peu de magie dans ma démonstration précédente. ::)
Si elle était exacte pour la distorsion harmonique simple elle ne l'était pas pour la distorsion harmonique d'intermodulation (IMD).

Voici donc un petit rectificatif:

Avec un seul signal à l'entrée on obtient, à cause des termes de distorsion, la fondamentale et les harmoniques simples:
   F, 2F, 3F, 4F, ...

Pour retrouver tous les coefficients de la fonction de transfert il suffirait de mesurer les amplitudes de ces harmoniques simples.
Jusque là mon analyse tenait le coup... ;D

Malheureusement, ou heureusement, il y a des filtres à la sortie de nos amplis afin d'éliminer ces harmoniques.
On ne peut donc pas toujours mesurer 2F, 3F, 4F, ...

Par exemple pour un ampli sur le 20m on devrait mesurer les composantes à 28 MHz, 42 MHz, 56 MHz, 70 MHz, ...

Il faut vraiment trouver quelque chose d'autre.

C'est là qu'on utilise un subterfuge.

On applique deux signaux très proches à l'entrée de l'ampli.
   Vin = cos(F1) + cos(F2)

Pour simplifier, les deux amplitudes sont ici choisies unitaires.

Voici donc la démarche que j'aurais dûe faire.   :)

On applique ensuite l'expression de Vin à la fonction de transfert.
   Vout = a1*Vin + a2*Vin² + a3*Vin³ + ...

Le premier terme, a1*Vin, va nous donner:
   Vout(1) = a1*(cos(F1) + cos(F2)) = a1*cos(F1) + a2*cos(F2)
      - a1*cos(F1) est la composante amplifiée de F1
      - a1*cos(F2) est la composante amplifiée de F2

Le deuxième terme, a2*Vin², va nous donner:
   Vout(2) = a2*(cos(F1) + cos(F2))² = a2(cos²(F1) + 2*cos(F1)cos(F2) + cos²(F2))
      - a2*cos²(F1) est la composante 2F1
      - a2*cos²(F2) est la composante 2F2
      - 2*a2*cos(F1)cos(F2) sont les deux composantes F1+F2 et F1-F2
         car cos(F1)cos(F2) = (cos(F1+F2) + cos(F1-F2))/2

Les composantes F1+F2 et F1-F2 sont les composantes d'intermodulation du 2e ordre.

On pourrait démontrer de la même manière que le troisième terme va donner les composantes:
   - 3F1
   - 3F2
   - 2F1 + F2
   - 2F1 - F2
   - 2F2 + F1
   - 2F2 - F1

    3F1, 3F2 sont les 3e harmoniques
    2F1 + F2,  2F1 - F2, 2F2 + F1, 2F2 - F1 sont les produits dintermodulation d'ordre 3.

Ouf! C'est maintenant réchappé. :)

En conclusion:

La mesure des IMD impaires ne nous donne que les coefficients impairs de la focntion de transfert.
Par contre ce sont les seuls coefficients qu'on a besoin pour décrire le comportement autour du signal transmis, que ce soit dans la canal ou dans les canaux adjacents.
Il faut être loin de la fréquence en ... pour arriver aux rejetons des autres termes.

Alors, on peut modéliser un signal, on l'applique à ce polynôme et on recueille le spectre de sortie.

Il n'y a aucune conrainte mathématique sur le choix des fréquences des deux tonalités de test.
On les choisi assez éloignées pour que les rejetons ne soient pas trop près des parents et donc mieux visibles sur l'analyseur de spectre.
Il faut aussi qu'ils entrent toutes les deux dans la bande passante. Ce sont là des contraintes pratiques pas théoriques.

Pour ce qui est des régimes transitoires avec hysteresis, Sylvain, je ne sais pas vraiment.
J'aurais l'impression de croire que si le signal d'entrée peut être décomposé en série de Fourier on devrait à partir de notre modèle obtenir le signal de sortie correspondant.
Si ça se représente par une série de Fourier en théorie ça passe car chaque composante spectrale est en régime permanent.

Pour ce qui est des tests d'émetteurs de Rob Sherwood, Pierre, il ne couvre que quelques radios et les présente dans ses conférences.
Il y a un allemand qui a recuilli plein d'informations sur les conférences de Rob et on peux les retrouver ici:
   http://www.dj0ip.de/transceivers/sherwood-presentations/

73 de Louis, VE2EZD
« Modifié: 01 Février 2014, 18:41:20 par VE2EZD Louis »

Hors ligne VE2PID Pierre

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #32 le: 01 Février 2014, 19:33:47 »
Re-bonjour Louis...

On pourrait démontrer de la même manière que le troisième terme va donner les composantes:

Là on est d'accord. Merci pour les corrections. C'est effectivement dans le développement du terme du 3e degré du polynôme de transfert que l'on retrouvera les IMD3. Les identités trigonométriques nécessaires sont cependant assez lourdes, et j'affiche le raisonnement qui les utilise. En particulier, on reconnait dans les lignes 7b, 7c et 7d les fréquences que tu as mentionnées, qui correspondent aux IMDs d'ordre 3:

     

En passant, je ne sais pas s'il nous lit  :), mais chapeau à Joseph Fourier.
« Modifié: 01 Février 2014, 21:03:11 par VE2PID Pierre »

Hors ligne VE2EZD Louis

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #33 le: 01 Février 2014, 20:21:10 »
Salut Pierre

Je n'étais pas chez moi hier soir mais j'ai eu accès à un ordinateur et j'ai regardé si j'avais eu de réponses. Quand j'ai lu ton commentaire je me suis dit: Oups!

Pour résumer, je ne m'étais pas donné la peine de créer les deux tonalités et de les repasser dans la "machine" mathématique. J'ai juste pris les composantes créées avec une seule tonalité et je me suis dit, celle créée par a2 interagit avec celle créée par a1 donc le responsable est a2. Il fallait vraiment passer les deux tonalités dans la moulinette pour retrouver le vrai coupable...a3!

Super de voir que tu as la démonstration pour le troisième terme je trouvais ça long à écrire.  ;)

Je pense qu'on va avoir maintenant l'outil pour répondre à plusieurs questions qui se posent concernant nos équipements.

Je viens aussi de penser en ce qui concerne les régimes transitoires que nos équipements ne devraient pas se comporter de manière extrême. Il ne faut pas oublier que nos bandes passantes sont toujours très limitées, que ce soit les entrées de microphones, entrées de signaux numériques ou autres. On a en plus, pas mal toujours, des filtres à la sortie. Pas facile de mal se comporter quand on est un signal audio et qu'on n'a que quelque 3 kHz dans lesquels se débattre.

Pour ce qui est de la propreté spectrale de nos émetteurs je pense aussi, Jacques, qu'il y a un gros ménage à faire. Malheureusement si je me permet une analogie, le service d'amateur est comme un gros carré de sable. On peut s'envoyer du sable entre nous tant qu'il ne sorte pas du carré.

Je vous laisse sur ces commentaires de Rob Sherwood tirés de sa présentation: "Transceiver Performance. What’s new in 2011?"

Rob utilise un FTdx-5000D qu'il opère en phonie en classe-A avec l'ALC désactivé.

Ham breaks into my 20 meter QSO
  • When some (one) breaks in to comment on your signal, what is your first thought?
  • I must be splattering
  • With the 5000D in Class A, and NO ALC, the ham broke in to say I had the cleanest signal he had ever seen on the air with his K3 and his P3 bandscope.

What Could Contests Be Like?
  • What would CQ WW or ARRL DX be like if everyone had a signal this clean?
  • Yet some hams don’t want a clean signal.
  • They want “elbow room”.
  • This goes back to Contest Ethics!

C'est dans le fichier "Barc-2011-6e SHERWOOD.pdf" qu'on retrouve ici:
http://www.dj0ip.de/transceivers/sherwood-presentations/barc-new-in-2011/
Ce sont les diapositives 36 et 37.

72/73 de Louis, VE2EZD

« Modifié: 01 Février 2014, 20:34:13 par VE2EZD Louis »

Hors ligne VE2EZD Louis

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #34 le: 01 Février 2014, 21:12:01 »
Bonjour à vous tous,

Je viens tout juste de trouver cet article:

A Comprehensive Analysis of IMD Behavior in RF CMOS Power Amplifiers
     IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 39, NO. 1, JANUARY 2004

Qu'on peut retrouver ici: http://www.av.it.pt/nbcarvalho/docs/Revista15.pdf

Voici un extrait concernant ce qui nous intéresse.
J'ai mis en gras ce qui est le plus important pour nous.

C. Wideband IMD Measurements

In realistic applications, power amplifiers are operated with
wideband input signals
, not with the standardized two-tone excitation
that cannot carry information. Therefore, to test the suitability
of two-tone tests for predicting IMD behavior in such real
situations
, the amplifier IMD characteristics have been evaluated
using a 1.2 MHz channel bandwidth CDMA signal excitation
at 950 MHz. The signal was generated using an Agilent
E4438C ESG generator with a chip rate of 1 Mchip/s and the
input power level swept. Fig. 17 shows the output spectrum for
class-AB operation at 30 and 15 dBm input power. The measured
adjacent channel power ratio (ACPR) versus output power
for class C, AB, and A operation is shown in Fig. 18.

Even if the statistical properties of the input signal in this case
are completely different compared to the two-tone excitation,
the multitone measurements presented in Fig. 18 are similar to
the two-tone measurements
previously presented in this section
(Fig. 15). Thus, the analysis, which was used to explain the
measured two-tone IMD behavior, is applicable also under
realistic input signal conditions
.

En résumé, ils ont envoyé dans un ampli RF un signal numérique à 950 MHz au format CDMA avec une largeur de bande de 1,2 MHz et d'amplitude variable (swept) à l'aide d'un générateur Agilent E4438C. Ils ont analysé la distorsion du signal de sortie alors qu'ils opéraient leur ampli successivement en classes A, AB et C. Les tests visaient entre autres à observer les débordements sur les canaux adjacents. Ils ont comparé les résultats obtenus avec le test des deux tonalités dans les mêmes conditions d'amplification (mêmes classes). Les deux méthodes ont donné des résultats similaires!

En bon québécois maintenant:

Des ingénieurs ont envoyé à l'entrée d'un ampli un signal de malade pas possible, d'intensité variable et super large et ont regardé la distorsion produite. Ils ont ensuite fait le test de "mononcle" à juste deux tonalités et en s'ont arrivés à la conclusion que les deux tests donnent la même chose.
 :D

Il est donc raisonable d'affirmer que le test à deux tonalités est valide pour toutes les circonstances qu'on pourrait rencontrer dans le cadre de l'utilisation de nos équipements de radioamateur.

72/73 de Louis, VE2EZD
« Modifié: 01 Février 2014, 23:20:58 par VE2EZD Louis »

Hors ligne VA2AM Rejean

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #35 le: 01 Février 2014, 21:29:21 »
Je ne suis un expert en la matière et chaque type de modulation aura un différent résultat. En FM ce sera la fréquence utilisée qui sera plus large. En AM la puissance de l'audio augmente le résultat final en PEP jusqu'au point il y aura un plateau et de la distorsion. En SSB vu que nous utilisons qu'un côté de la fréquence désignée il faut tenir compte de la limite inférieur et supérieur de la bande passante audio.
Donc en évaluation standard tone de (F1) 700 et (F2) 1900 hz de même gain. Nous obtenons F2-F1= 1200 hz et F1+F2= 2600 hz. Nous nottons la puissance obtenu -IMD3 de l'onde porteuse x (F2-F1) et (F1_F2). Donc plus l'atténuation sera élevé meilleur sera le résultat. Exemple -30db.
En commercial gain d'audio et bande audio de 2.4 khz max sont souvent fixes. De plus l'alimentation ac ou dc offre une marge de manoeuvre.
Pour radio amateur beaucoup de variable comme voltage d'alimentation instable, trop de gain microphone, ALC hors limite, compression à plus 3 db, amplificateur ajusté à la mauvaise impédance du tube, ALC utilisé au-lieu de limiter le RF. Alors les chiffres que l'on lit comme specs deviennent superflus et la raison que des stations en TX sont 8-12 khz de largeur  en HF !
De plus l'autre station louange son audio, surtout ceux qui amplifient l'audio à la limite ou plus bas et haute de la bande passante. La suppression de l'autre bande passante RF est très affectée souvent à +3-4 khz. Comme exemple ve2 écoute à 3.765 mhz le soir... c'est désolant par moment ... à 3.769 encore +S-9 de signal et hors norme ! Alors image à 3.761 (LSB).
Plus calme en cw.

Hors ligne VE2EZD Louis

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #36 le: 01 Février 2014, 21:43:53 »
Salut Réjean.

Tes commentaires sont tellement intéressants et surtout très apréciés.

Merci ;)

Il est clair que 12V n'est pas suffisant pour alimenter un amplificateur à 100W et qu'il soit spectralement propre.
Mais c'est une source d'énergie facilement disponible et c'est ce qu'on retrouve dans nos véhicules.
En plus, opérer en classe-A ne serait pas la manière qui économise le plus l'énergie. Il n'y a pas que des considérations techniques dans les compromis que font les fabricants.

Pour 3,765 j'en sais quelques choses. J'en ai rencontré certains à des Hamfests et leurs voix "réelles" étaient tellement différentes de celles qu'on entend sur l'air que je devais lire leur indicatif, qu'ils affichaient sur eux, pour me convaincre que c'étaient bien les mêmes personnes. C'est justement ça que Rob Sherwood appelle le fameux "ELBOW ROOM".

Le sujet technique qu'on discute n'est pas directement mon domaine qui est plutôt la physique mais il est tellement fascinant.
Mon "expertise" vaut donc ce qu'elle vaut, c'est à dire celle d'un amateur "éclairé".
Mais disons que ce fil de discussion est incroyablement stimulant.
Je n'arrête pas de fouiller et de trouver des informations qui me permettent de mieux comprendre ce qu'on retrouve dans la littérature d'amateur.
 :D

73 de Louis, VE2EZD
« Modifié: 01 Février 2014, 23:13:00 par VE2EZD Louis »

Hors ligne VA2NA Guillaume

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #37 le: 02 Février 2014, 09:11:27 »
Bonjour Louis,
  très intéressant les méthodes de mesure utilisant le CDMA, et on pourrait également utilisé le wcdma qui est de plus en plus utilisé avec une porteuse de 5 Mhz ( Fin du CDMA très bientot ;) pour les amplificateur en haute bande.

Pour ma part, chacun des appareils que je vérifie ici sont toujours tester pour le IMD, transceiver ou amplificateur.  J'utilise toujours la méthode des 2 tonalités de cette façon ça me permet de faire un comparatif sur les mêmes bases.  Certains transceiver répondre très bien a un fine tune de bias sur les 2 derniers étage...d'autre non..dépendant des transistors utilisés et du niveau d’attaque du ALC.  ALC et compresseur ne sont vraiment pas un bon outils de propreté comme vous le savez :)

Je vais me permettre lors de mon prochain essaie d'injecté un "white noise" et je vérifier le résultat... Je suis pas mal convaincu que je vais avoir un beau tracé spectral qui va me donné un image beaucoup plus réaliste de la largeur de bande occupé.

a suivre....

Hors ligne VE2EZD Louis

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #38 le: 02 Février 2014, 09:28:35 »
Salut Guillaume

C'est dont bien cool!!!

Il y a une méchante belle expertise dans le groupe.
 :D

Tiens-nous au courant de tes tests.

72/73 de Louis, VE2EZD

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #39 le: 02 Février 2014, 09:32:46 »
Il est donc raisonable d'affirmer que le test à deux tonalités est valide pour toutes les circonstances qu'on pourrait rencontrer dans le cadre de l'utilisation de nos équipements de radioamateur. Pour l'IMD peut-etre si seulement celle cree dans la partie RF de la radio est d'interet.

Dans un contexte d'evaluation d'une station en matiere de pollution des canaux adjacents, il fait tenir compte de l'ensemble des caracteristiques de gain a partir du point l'injection de la modulation en temps normal.

Je doute qu'avec une ou deux tonalities fixes que vous aller pouvoir identifier tous les points chauds (ou ca sature) dans le spectre vocal d'une radio ou les concepteurs n'ont mis que du "hard limiting" pour eviter de surmoduler ou qu'il est possible de monter le taux de compression audio jusqu'a 10dB.

Il est plus probable de deceler des signes d'essouflement d'un modulateur ou d'un ampli en lui faisant transmettre une modulation a la pleine largeur de sa bande passante qu'avec un ou deux tonalities fixes.   
 
...

Hors ligne VE2EZD Louis

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #40 le: 02 Février 2014, 10:10:46 »
Salut Jacques

Le battement entre les deux tonalités provoque les variations en amplitude (enveloppe) et leur intermodulation produit les fréquences qui permettent de caractériser les coefficients de distorsion.
Si tu appliques la limitation d'amplitude, hard, soft, mets-en, ... tu vas arriver aux mêmes résultats.
Il est clair que le test des deux tonalités va donc sonder tout autant les variations en amplitude que celles en fréquences.

Dans les mêmes conditions les deux tests sont parfaitement équivalents.

72/73 de Louis, VE2EZD

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #41 le: 02 Février 2014, 11:15:04 »
Il est clair que le test des deux tonalités va donc sonder tout autant les variations en amplitude que celles en fréquences

Si je comprends bien, d'apres toi cette methode suffit pour quantifier l'ensemble des variations d'amplitude et des distorsions affectant l'ensemble des frequences a l'interieur de la bande passante du TX meme si ells n'ont aucune relation avec les deux fondamentales ni les produits impairs des deux tonalites de mise-a-l'epreuve?

Avant d'exprimer un doute, je voudrais m'assurer qu'on parle de la meme chose ;-)
« Modifié: 02 Février 2014, 11:17:16 par VA2JOT Jacques »

Hors ligne VE2LH Sylvain

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #42 le: 02 Février 2014, 13:06:28 »
Louis,
''Il est clair que 12V n'est pas suffisant pour alimenter un amplificateur à 100W et qu'il soit spectralement propre.''

Pourrais-tu m'expliquer pour quelle(s) raison(s) ?

Sylvain

Hors ligne VE2EZD Louis

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #43 le: 02 Février 2014, 14:11:10 »
Salut Sylvain.

La réponse est: c'est parce que tout le monde le dit.
LOL

Plus sérieusement je n'ai pas la réponse exacte mais voici ce que je pense et là c'est plus de la spéculation que quelque chose d'établi.

Si on prend la relation V = racine(P*R) et qu'on y met 100W à 50 Ohms on en arrive à 70,7V.
Le dernier étage de nos émetteurs est alimenté avec du 13,8V.
C'est clair que cet étage fonctionne à plus basse impédance que le signal qu'il doit délivrer à la charge (50 Ohms)
Pour la même puissance, moins de tension implique plus de courant, d'où la faible impédance.

On doit donc augmenter l'impédance via un transformateur pour la remonter à 50 Ohms.
Le transformateur, le type de transistor qu'on utilise à 13,8V y sont probablement pour quelque chose pour la moins grande linéarité mais je n'ai pas l'explication exacte.

Coïncidence ou pas, si tu prends P = V²/R et que tu utilises V=13,8V et R = 50 Ohms tu arrives à 3,8W ce qui est pas trop loin de la puissance légale des CB.
Les amplis de CB opéreraient très près de la puissance de leur charge.
Ces calculs simplistes ne sont pas exacts mais plutôt des approximations pour essayer de comprendre.

C'est peut-être pour ça qu'on lit souvent sur les sites américains l'expression "13.8V CB amps" pour décrire nos amplis 100W sous 13,8V.
Ce n'est pas que ça ne fonctionne pas d'avoir 100W sous 13,8V c'est que ça semble plus difficile de rester très linéaires.

Les gros transmetteurs à plusieurs k$ ont des alimentations intégrées et là les ingénieurs ont plus de latitude.

Kenwood vante le TS-990S ainsi:
     "Clean 5 to 200W transmit power through 50V FET final unit"

Le FTdx-5000D est à ±40V et le IC-7800 est à 48V.

J'aimerais bien avoir l'explication exacte moi aussi mais on note ici une tendance.

72/73 de Louis, VE2EZD

Hors ligne VA2JOT Jacques

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Re : Methode de test de l'IMD
« Réponse #44 le: 02 Février 2014, 14:37:14 »
J'aimerais bien avoir l'explication exacte moi aussi mais on note ici une tendance. J'ai cherche et lu beaucoup sur le sujet a la recherché d'une reponse et y'en pas pas une seule mais y'a une foule de petites raisons qui font qu'un moment donne, il faut monter en tension.

La transformation  d'Z est necessaire a un moment donne a cause des courants impliques a basse impedance. La grosseur necessaire des traces, la dissipation de leur chaleur font en sorte qu'on se retrouve dans un tourbillon fatal de capacitances et inductances parasites avec une foule d'elements ou circuits de compensation/relinearization qui exacerbent finalement d'autres non-linearites. Un moment donne, on s'en sort plus on frappe un mur.

Essayez d'imaginer un ampli lineaire VHF avec un seul composant actif avec facteur de gain de 500 (2w IN 1kW OUT) qui fonctionnerait avec un VCC de 12 VCC. Impossible et pourtant, avec du 50VCC, ca marche et le circuit est d'une simplicite renversante*.

*(Les circuits anti-auto destruction sont finalement plus complexes mais n'en affectent pas la linearite).