¿Cómo diseñar un detector de nivel de onda sinusoidal de 1-500MHz a -90dBm?

Quiero construir un detector de nivel de onda sinusoidal que funcione para una sola onda sinusoidal de 1-500MHz en el rango de -40dBm a -90dBm. Este es un proyecto de pasatiempo, por lo que el costo no es un gran obstáculo :-), pero quiero permanecer por debajo de 2W y aproximadamente del tamaño de una caja de cerillas.

Mi primer intento funciona bien solo hasta -75dBm, por lo que necesito ayuda para diseñar un mejor circuito para llegar a -90dBm. ¿Cuál es la mejor manera de diseñar un circuito para hacer esto?

ANTECEDENTES

El primer intento de un diseño está aquí:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Mi cadena de señal es así:

SMA> ADG918 (interruptor) -> MAX2611 (LNA) -> MAX2611 (LNA) -> AD8363 (detector de nivel) -> convertidor A / D

El primer interruptor puede seleccionar una señal de referencia de una amplitud conocida para la calibración. Los dos LNA tienen una ganancia de aproximadamente 20dB cada uno. La precisión absoluta no es importante: todo se puede calibrar siempre que el circuito sea relativamente estable.

Resultados del primer diseño:

<graph>

Sé que estoy luchando contra el ruido 1 / f y el ruido térmico, pero ¿cuál es un buen diseño que puede lograr mediciones de hasta -90dBm?

Actualizar

Ahora sé que el ruido térmico coloca el piso de ruido por encima del objetivo para una banda ancha de 500 MHz, por lo que se requiere un circuito diferente (tal como Andy también explica en su respuesta a continuación).

El sistema "conoce" la frecuencia a medir y hay un tono bastante puro de esa frecuencia exacta en el sistema a -10dBm.

Una respuesta perfecta señalaría partes clave de ejemplo y dibujaría un diagrama de bloques aproximado.

rf high-frequency detector noisefloor

— Rolf Ostergaard
fuente

¿Sabes de qué frecuencia estás tratando de medir el poder? Mi primer pensamiento es diseñar un receptor calibrado de 1-500 MHz, que le permitiría agregar más ganancia al sistema sin preocuparse por las oscilaciones.

— rfdave

El circuito debería poder medir el nivel de cualquier frecuencia en el rango, en realidad quiero ir lo más bajo posible, pero no más de 500 MHz.

— Rolf Ostergaard

Claro, pero en ese rango, cuando intentas medir la potencia de una señal, ¿sabes a qué frecuencia está la señal?

— rfdave

Dave, sí, también hay una señal de la misma frecuencia presente en el sistema.

— Rolf Ostergaard

El ruido térmico para un ancho de banda de 500MHz a 50 ohmios es de aproximadamente 20 V a 20degC. Puede verificar esto con esta calculadora, pero el método de mano larga es: - $\mu$

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

Donde Kb es la constante de Boltzmann, T es la temperatura, R es 50 ohmios y es 500MHz $\Delta F$

De todos modos, 20uV y 50 ohmios dan una potencia de 8 pico vatios y esto es -81dBm.

No obtendrá -90dBm sin hacer que el circuito esté sintonizado para rechazar el ruido en áreas que no le interesan. ¿O tal vez considere alguna forma de refrigeración?

— Andy alias
fuente

Sí, me di cuenta de eso, ahora la pregunta es: ¿cuál es la mejor manera de hacer esto entonces?

— Rolf Ostergaard

@RolfOstergaard, ¿conoce la frecuencia de la onda sinusoidal que le interesa, es decir, puede limitar el rango de la banda para reducir el ruido? Si no conoce la frecuencia, ¿quizás todavía pueda limitar la banda pero barrer hasta encontrarla? ¿Cómo sabrá cuando lo encuentre si no conoce su frecuencia? Necesito más información para ver si es solucionable.

— Andy aka

Ya hay un tono de la misma frecuencia presente en el sistema. Y el método de barrido funcionaría ya que se sabe que todos los demás tonos puros tienen una amplitud más baja.

— Rolf Ostergaard

@RolfOstergaard Si tiene un tono de referencia, no dudaría en usarlo y una versión de 90 grados para hacer la demodulación I y Q a través de mezcladores: generará dos señales de CC que representan la fase en fase y la fase en cuadratura en su referencia (llámalos I y Q). Entonces es para obtener el RMS de su amplitud desconocida.

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

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

— Andy aka

Gracias. Entiendo la idea, pero ¿puedes ser más específico? Digamos que el tono de referencia es -10dBm, ¿dónde pondrías las etapas de ganancia? ¿Puedes sugerir un mezclador adecuado que salga bien? (mini circuitos, etc. está bien)

— Rolf Ostergaard