Como projetar um detector de nível de onda senoidal de 1-500MHz para -90dBm?

Eu quero construir um detector de nível de onda senoidal que funcione para uma única onda senoidal de 1 a 500 MHz no intervalo de -40dBm a -90dBm. Este é um projeto de hobby - portanto, o custo não é um grande obstáculo :-), mas quero ficar abaixo de 2W e aproximadamente do tamanho de uma caixa de fósforos.

Minha primeira tentativa funciona bem até -75dBm, por isso preciso de ajuda para projetar um circuito melhor para chegar a -90dBm. Qual é a melhor maneira de projetar um circuito para fazer isso?

FUNDO

A primeira tentativa de um design é aqui:

insira a descrição da imagem aqui

Minha cadeia de sinal é assim:

SMA> ADG918 (switch) -> MAX2611 (LNA) -> MAX2611 (LNA) -> AD8363 (detector de nível) -> conversor A / D

O primeiro comutador pode selecionar um sinal de referência de uma amplitude conhecida para calibração. Os dois LNAs têm cerca de 20dB de ganho cada. A precisão absoluta não é importante - tudo pode ser calibrado, desde que o circuito seja relativamente estável.

Resultados do primeiro design:

<graph>

Sei que estou lutando contra o ruído 1 / f e o ruído térmico, mas qual é um bom design que pode atingir medições de até -90dBm?

Atualizar

Agora eu sei que o ruído térmico coloca o piso de ruído acima do alvo para uma banda larga de 500 MHz, portanto é necessário um circuito diferente (exatamente como Andy aka explica em sua resposta abaixo).

O sistema "sabe" a frequência a ser medida e há um tom bastante puro dessa freqüência exata no sistema em -10dBm.

Uma resposta perfeita indicaria exemplos de partes-chave e esboçaria um diagrama de blocos aproximado.

rf high-frequency detector noisefloor

— Rolf Ostergaard
fonte

Você sabe de que frequência você está tentando medir a potência? Meu primeiro pensamento é projetar um receptor calibrado de 1 a 500 MHz, o que permitiria adicionar mais ganho ao sistema sem se preocupar com oscilações.

— Rfdave

O circuito deve ser capaz de medir o nível de qualquer frequência na faixa - na verdade, eu quero ir o mais baixo possível, mas não superior a 500 MHz.

— Rolf Ostergaard

Claro, mas nesse intervalo, quando você está tentando medir a potência de um sinal, você sabe em que frequência o sinal está?

— Rfdave

Dave, sim, há um sinal da mesma frequência exata presente no sistema também.

— Rolf Ostergaard

O ruído térmico para uma largura de banda de 500 MHz a 50 ohms é de cerca de 20 V a 20 graus C. Você pode verificar isso com esta calculadora, mas o método da mão longa é: - $\mu$

$V_n = \sqrt{4\cdot K_B\cdot T\cdot R\cdot \Delta F}$

Onde Kb é constante de Boltzmann, T é temperatura, R é 50 ohms e é 500 MHz $\Delta F$

De qualquer forma, 20uV e 50 ohms fornece uma potência de 8 pico watts e isso é de -81dBm.

Você não terá -90dBm sem ajustar o circuito para rejeitar ruídos em áreas nas quais não está interessado. Ou talvez considere alguma forma de refrigeração.

— Andy aka
fonte

Sim, percebi que - agora a pergunta é: qual é a melhor maneira de fazer isso?

— Rolf Ostergaard

@RolfOstergaard, você sabe a frequência da onda senoidal na qual está interessado, ou seja, você pode limitar a faixa para reduzir o ruído. Se você não conhece a frequência, talvez ainda possa limitar a banda, mas varrer até encontrá-la? Como você saberá quando o encontrar, se não souber sua frequência? Preciso de mais informações para ver se é solucionável.

— Andy aka

Já existe um tom da mesma frequência exata no sistema. E o método de varredura funcionaria como todos os outros tons puros são conhecidos por estar em uma amplitude mais baixa.

— Rolf Ostergaard

@RolfOstergaard Se você tiver um tom de referência, não hesitaria em usá-lo e uma versão de 90 graus para fazer a desmodulação I e Q por meio de mixers - você gerará dois sinais dc representando a fase em fase e em quadratura gravada no seu referência (chame-os de I e Q). Então é obter o RMS da sua amplitude desconhecida.

\sqrt{I^{2} + Q^{2}}

$\sqrt{I^2+Q^2}$

— Andy aka

Obrigado. Entendi a ideia, mas você pode ser mais específico? Digamos que o tom de referência seja -10dBm, onde você colocaria os estágios de ganho? Você pode sugerir um misturador adequado que produza bem? (mini-circuitos, etc. está tudo bem)

— Rolf Ostergaard