Лабораторная 10.6 — Цифровой RF-аттенюатор: проверка шага, диапазона и линейности

Цель

Проверить цифровой RF-аттенюатор 0…31,75 дБ с шагом 0,25 дБ как управляемый элемент SDR-стенда. Работа нужна, чтобы перейти от ручного «поставил ослабление» к воспроизводимым sweep-экспериментам: SNR, BER, перегрузка АЦП, запас по уровню и повторяемость измерений.

Оборудование

• цифровой RF-аттенюатор с SMA-входом/выходом и USB-питанием;
• NanoVNA, генератор/спектроанализатор или SDR-пара TX/RX;
• 50-омные кабели и нагрузки;
• защитный фиксированный аттенюатор 10–30 дБ для TX/RX loopback;
• журнал измерений или CSV-файл.

Безопасность

Не использовать цифровой аттенюатор как единственный защитный элемент при первом подключении передатчика к приёмнику. Вначале ставится фиксированный аттенюатор и проверяется мощность. Цифровой аттенюатор удобен для sweep, но его допустимая входная мощность и согласование должны быть подтверждены отдельно.

Что измеряем

1. Нулевое ослабление: фактические потери при ATT = 0 dB.
2. Ошибку ослабления на точках 0, 3, 6, 10, 20, 30 и 31,75 дБ.
3. Повторяемость при возврате к одной и той же точке.
4. Влияние частоты: минимум две частоты, например 10 МГц и рабочая частота SDR.
5. Поведение в SDR-сценарии: как меняются уровень в dBFS, SNR и BER при sweep аттенюатора.

Процедура с NanoVNA

1. Прогреть приборы 5–10 минут.
2. Выполнить Thru-калибровку для кабелей без аттенюатора.
3. Включить аттенюатор между портами NanoVNA.
4. Для каждой точки ATT_set сохранить S21 на выбранной частоте.
5. Посчитать ошибку: error_dB = S21_measured - (-ATT_set - insertion_loss_0dB).
6. Построить таблицу и сделать вывод, какие значения допустимо использовать для лабораторных sweep.

Процедура с SDR

1. Настроить Zynq/AD936x или генератор на безопасный уровень.
2. Подключить цепь: TX → fixed ATT → digital ATT → RX.
3. Зафиксировать gain, частоту, sample rate, полосу фильтра и длину записи.
4. Для каждого ATT_set записать уровень сигнала в dBFS, оценку шума, SNR и BER.
5. Проверить, что BER не оценивается только по SNR: при перегрузке, CFO или потере синхронизации SNR может выглядеть приемлемо, а BER — резко ухудшаться.

Таблица для отчёта

ATT_set, дБ	Частота	S21, дБ	Нормированное ослабление, дБ	Ошибка, дБ	Уровень RX, dBFS	SNR, дБ	BER	Вывод
0
3
6
10
20
30
31,75

Минимальные критерии качества

• В отчёте указана схема подключения и защитный fixed attenuator.
• Для каждой точки сохранены настройки приборов.
• Разделены insertion loss при 0 дБ и собственно заданное ослабление.
• Есть вывод о пригодности аттенюатора для BER/SNR sweep.
• SNR и BER приведены вместе, а не как взаимозаменяемые метрики.

Связь с Block 11

Эта лабораторная напрямую поддерживает измерения runtime PL BPSK/QPSK через RTL-SDR и AD936x loopback. Цифровой аттенюатор позволяет сделать повторяемый controlled attenuation sweep и честно показать, где тракт ограничен шумом, где перегрузкой, а где синхронизацией или CFO.