Устройство для измерения и способ определения комплексных коэффициентов передачи свч-смесителей

Изобретения относятся к радиоизмерительной технике и могут быть использованы при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты (СВЧ-смесителей). Технический результат заключается в увеличении точности определения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей, а также упрощении процесса измерений. Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей содержит в своем составе векторный анализатор цепей (ВАЦ) с первым, вторым, третьим и четвертым портами, а также СВЧ-гетеродин, согласованную нагрузку, испытуемый СВЧ-смеситель, первый опорный СВЧ-смесители, первый, второй и третий переключатели. Дополнительно введены второй опорный СВЧ-смеситель, усилитель промежуточной частоты, фиксированный и перестраиваемый аттенюаторы. Связи между вновь введенными и общими элементами обеспечивают при его использовании возможность перехода от одного измерения к другому с помощью переключений на промежуточной частоте за счет использования четырехпортового векторного анализатора цепей. При этом искомый комплексный коэффициент передачи испытуемого СВЧ-смесителя вычисляют по формуле:

где Σ1 - коэффициент передачи испытуемого и первого опорного СВЧ-смесителей; Σ2 - комплексный коэффициент передачи испытуемого и второго опорного СВЧ-смесителей; Σ3 - суммарный комплексный коэффициент передачи первого и второго опорных СВЧ-смесителей. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретения относятся к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Известны устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, в зарубежной литературе именуемые векторными анализаторами цепей (ВАЦ). (Хибель М. Основы векторного анализа цепей. М.: Издательский дом МЭИ, 2009 г., с. 26, рис. 2.1.1). В общем случае, ВАЦ, предназначенный для измерения испытуемого устройства с произвольным числом портов, также содержит любое целое число портов или каналов, каждый из которых состоит из СВЧ-генератора испытательных сигналов, когерентного с ним СВЧ-гетеродина, тестового порта, обеспечивающего разделение падающих и отраженных волн, два супергетеродинных приемника для измерительного и опорного каналов с целью понижения частоты, а также компьютер для выполнения математической коррекции систематических ошибок и визуализации измерительных данных. При этом из уровня техники наибольшее распространение получили двух- и четырехпортовые реализации ВАЦ.

Такие приборы позволяют измерять коэффициенты отражения от любого порта испытуемого устройства, а также коэффициенты передачи между любыми двумя портами этого устройства. Однако с их помощью невозможно напрямую измерять комплексные коэффициенты передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, так как измерение угла сдвига фаз, вносимого в сигнал промежуточной частоты, относительно сигнала СВЧ.

Известны устройства для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, содержащие два генератора качающейся частоты, блок управления генераторами, исследуемый четырехполюсник с преобразованием частоты, смеситель фазовой автоподстройки частоты, блок фазовой автоподстройки частоты, два смесителя промежуточной частоты измерительного и опорного каналов, генератор промежуточных частот, фазовый детектор, двухканальный амплитудно-фазовый индикатор и вспомогательный смеситель, а также элемент сравнения и управляемый аттенюатор (а.с. №918890 МПК5 G01R 27/28, опубл. 07.04.1982, и а.с. №1075195 МПК5 G01R 27/28, опубл. 23.02.1984). Помимо параметров четырехполюсников без преобразования частоты, с помощью этих устройств возможно измерение параметров четырехполюсников с преобразованием частоты и СВЧ-смесителей.

Однако с помощью указанных устройств возможно измерять комплексный коэффициент передачи испытуемого СВЧ-смесителя лишь относительно опорного сигнала или опорного СВЧ-смесителя, что уменьшает точность измерений.

Известны устройства для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразованием частоты, состоящие из измерительного фазового моста на основе испытуемого и опорного четырехполюсников с преобразованием частоты, генератора испытательных сигналов, векторного вольтметра и переключателей (а.с. №1538149 МПК5 G01R 27/28, опубл. 23.01.1990, и а.с. №1599811 МПК5 G01R 27/28, опубл. 15.10.1990).

С помощью таких устройств возможно определение истинного значения сдвига фаз испытуемого СВЧ-смесителя, не зависящего от опорного сигнала. Однако работа с данными устройствами предполагает проведение измерений, содержащих как минимум шесть соединений и разъединений трактов СВЧ, что вносит дополнительную случайную погрешность измерений, связанную с неидентичностью механических соединений этих трактов. Наибольшее влияние эта неидентичность оказывает именно на фазовые измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее испытуемый СВЧ-четырехполюсник, измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, состоящий из генератора испытательных СВЧ-сигналов, первого переключателя и связанной с ним согласованной нагрузки, СВЧ-гетеродина, четырех направленных ответвителей, векторного вольтметра с выходным контактом, первого и второго портов, испытуемого и опорного СВЧ-смесителя и СВЧ-генератора. При этом смеситель фазовой автоподстройки частоты, фазовый детектор, два смесителя промежуточной частоты, второго, третий, четвертый переключатели, генератор опорных частот, компаратор и компьютер образуют вместе с испытуемым СВЧ-смесителем, опорным СВЧ-смесителем и СВЧ-генератором двухканальный супергетеродинный приемник, (пат. РФ №2524049, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубл. 27.07.2014). Такое устройство позволяет измерять абсолютные комплексные коэффициенты передачи и отражения испытуемого СВЧ-смесителя без выполнения переключений и переподсоединений в СВЧ-трактах.

Однако работа данного устройства предполагает измерения как на сверхвысоких, так и на промежуточных частотах. При этом для измерения на промежуточных частотах используют дополнительный измерительный прибор - компаратор, который необходимо дополнительно калибровать вместе с трактами промежуточной частоты двухканального супергетеродинного приемника для устранения систематической погрешности. При этом случайная погрешность измерений с помощью компаратора дополнительно уменьшает точность измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Кроме того, с помощью данного устройства при измерении суммы комплексных коэффициентов передачи испытуемого и опорного СВЧ-смесителей невозможно учесть и устранить амплитудно-фазовую погрешность, связанную с ослаблением испытательного сигнала СВЧ с испытуемом СВЧ-смесителе.

В этом устройстве измеритель параметров четырехполюсников СВЧ будем называть векторным анализатором цепей. При этом будем рассматривать четырехпортовое исполнение данного прибора.

Известен способ определения коэффициентов передачи четырехполюсников с преобразованием частоты (а.с. 1596278, МПК G01R 27/28). Этот способ основан на том, что при помощи измерительного фазового моста измеряют в логарифмическом масштабе суммарный коэффициент передачи испытуемого и опорного четырехполюсников с преобразованием частоты соединенных последовательно, а затем, также при помощи измерительного фазового моста, измеряют в логарифмическом масштабе разностный коэффициент передачи испытуемого и опорного четырехполюсников с преобразованием частоты, соединенных параллельно. После этого по формуле определяют коэффициент передачи испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты. При этом необходимо уточнить, что в данном способе под термином «коэффициент передачи» в рамках данного способа подразумевается модуль комплексного коэффициента передачи испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты. Но при этом такой способ позволяет определить и угол сдвига фаз испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты.

Однако погрешность измерения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника с преобразованием частоты в этом способе увеличивается с ростом частоты входного сигнала испытуемого четырехполюсника за счет нестабильности контактных СВЧ-соединений. Такой способ достаточно сложен в технической реализации и слабо поддается автоматизации, поскольку для этого требуется применение электромеханических СВЧ-переключателей, но при этом нестабильность фазового сдвига их контактов выше, чем у обычного СВЧ-соединения, и за счет этого увеличивается погрешность измерений.

Известен способ определения характеристик устройств с преобразованием частоты (пат. США 6690722, МПК Н04В 17/00). В этом способе на вход испытуемого устройства с преобразованием частоты подают входной сигнал исходной частоты, который в нем преобразуют в сигнал промежуточной частоты. Затем сигнал промежуточной частоты с выхода испытуемого устройства с преобразованием частоты подают на рассогласованный двухполюсник. Отраженный от рассогласованного двухполюсника сигнал промежуточной частоты подают обратно на испытуемое устройство с преобразованием частоты, в котором он преобразуется обратно в отраженный сигнал исходной частоты. Сравнивая, входной и отраженный сигналы исходной частоты, определяют комплексный коэффициент передачи испытуемого устройства с преобразованием частоты.

Однако данный способ имеет высокую амплитудно-фазовую погрешность, обусловленную различными уровнями падающего и отраженного сигналов, которая сравнима с погрешностью переключений в способе по а.с. 1596278. Кроме этого, данный способ имеет ограниченные возможности, поскольку в нем изначально предполагается, что испытуемое устройство с преобразованием частоты является взаимным. Поэтому такой способ не позволяет измерять параметры преобразователей частоты, содержащих помимо смесителей дополнительными устройствами, такие как усилители, циркуляторы, являющимися невзаимными.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициентов передачи преобразователей частоты (пат. 2029966, МПК G01R 27/28), заключающейся в преобразовании выходного сигнала промежуточной частоты исследуемого преобразователя в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного первого опорного преобразователя частоты, и измерении с помощью векторного анализатора СВЧ-цепей модуля и фазы суммарного коэффициента передачи исследуемого и первого опорного преобразователей частоты. Кроме того, измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи исследуемого и второго опорного преобразователя частоты, включаемого вместо первого опорного преобразователя частоты. Затем измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи первого опорного преобразователя частоты, включаемого в прямом направлении, и второго опорного преобразователя частоты, включаемого в обратном направлении. После этого вычисляют модуль и фазу коэффициентов передачи исследуемого преобразователя частоты, первого опорного преобразователя и второго опорного преобразователя. При этом в данном способе предполагается использование двухпортового векторного анализатора цепей.

Однако данный способ имеет большую погрешность измерений за счет нестабильности контактных СВЧ-соединений, поскольку даже если промежуточная частота не лежит в диапазоне СВЧ, такой способ содержит минимум четыре цикла соединения и разъединения на СВЧ. Кроме того, точность измерений с помощью данного устройства уменьшается за счет амплитудно-фазовой погрешности, возникающей в опорных устройствах с преобразованием частоты.

Техническим результатом является увеличение точности определения искомой величины, а также упрощение процесса измерений.

Для достижения технического результата предлагается устройство, содержащее в своем составе векторный анализатор цепей (ВАЦ) с первым, вторым, третьим и четвертым портами, а также СВЧ-гетеродин, согласованную нагрузку, испытуемый СВЧ-смеситель, первый и второй опорные СВЧ-смесители, первый, второй и третий переключатели, усилитель промежуточной частоты, фиксированный и перестраиваемый аттенюаторы.

Первый порт ВАЦ соединен с портом радиочастоты RF (англ. Radio Frequency - радиочастота) испытуемого СВЧ-смесителя, порт гетеродина LO (англ. Local Oscillator - гетеродин) которого связан одновременно с выходом СВЧ-гетеродина и портами гетеродина первого и второго опорных СВЧ-смесителей. Четвертый порт ВАЦ связан с согласованной нагрузкой для изоляции между каналами. Порт промежуточной частоты IF (англ. Intermediate Frequency - промежуточная частота) испытуемого СВЧ-смесителя соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт которого соединен со входом фиксированного аттенюатора, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен со входом перестраиваемого аттенюатора. При этом выход этого аттенюатора соединен с подвижным контактом третьего переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с портом промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя, порт радиочастоты которого соединен с третьим портом ВАЦ. При этом первый неподвижный контакт третьего переключателя соединен со вторым неподвижным контактом второго переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя. Подвижный контакт второго переключателя соединен с портом промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя, порт радиочастоты которого соединен со вторым портом ВАЦ.

Способ определения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей, включающий преобразование выходного сигнала промежуточной частоты исследуемого СВЧ-смесителя в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного первого опорного СВЧ-смесителя и измерении с помощью четырехпортового ВАЦ суммарного комплексного коэффициента передачи испытуемого и первого опорного СВЧ-смесителей Σ1. Затем с помощью изменения положения переключателей измеряют комплексный коэффициент передачи испытуемого и второго опорного СВЧ-смесителей Σ2. Затем снова с помощью изменения положения переключателей измеряют суммарный комплексный коэффициент передачи первого и второго опорных СВЧ-смесителей Σ3. После этого вычисляют комплексные коэффициенты передачи испытуемого СВЧ-смесителя, которыми без ограничений общности могут быть и первый, и второй опорные СВЧ-смесители. При этом искомый комплексный коэффициент передачи испытуемого СВЧ-смесителя вычисляют по формуле:

Отличительными признаками заявляемого устройства от прототипа являются наличие вновь введенных:

- второго опорного СВЧ-смесителя;

- усилителя промежуточной частоты;

- фиксированного и перестраиваемого аттенюаторов,

а также связи между вновь введенными и общими с прототипом элементами.

Отличительным признаком предлагаемого способа является возможность перехода от одного измерения к другому с помощью переключений на промежуточной частоте, используя четырехпортовый векторный анализатор цепей.

Наличие этих отличительных существенных признаков устройства и способа обеспечивает уменьшение погрешности измерений, т.к. отсутствует необходимость использования компаратора и появляется возможность перехода от одного измерения к другому только с помощью переключений в трактах промежуточной частоты, что также упрощает процесс определения искомой величины. Кроме того, наличие усилителя промежуточной частоты и двух аттенюаторов позволяет устранить амплитудно-фазовую погрешность, возникающую в опорных СВЧ-смесителях.

На фигуре представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей.

Устройство содержит в своем составе ВАЦ 1 с первым, вторым, третьим и четвертым портами, а также СВЧ-гетеродин 2, согласованную нагрузку 3, испытуемый СВЧ-смеситель 4, первый 5 и второй 6 опорные СВЧ-смесители, первый 7, второй 8 и третий 9 переключатели, фиксированный аттенюатор 10, усилитель промежуточной частоты 11 и перестраиваемый аттенюатор 12.

Первый порт ВАЦ 1 соединен с портом радиочастоты RF испытуемого СВЧ-смесителя 4, порт гетеродина LO которого связан одновременно с выходом СВЧ-гетеродина 2 и портами гетеродина первого 5 и второго 6 опорных СВЧ-смесителей. Четвертый порт ВАЦ 1 связан с согласованной нагрузкой 3. Порт промежуточной частоты IF испытуемого СВЧ-смесителя 4 соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя 7, подвижный контакт которого соединен со входом фиксированного аттенюатора 10, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты 11, выход которого соединен со входом перестраиваемого аттенюатора 12. При этом выход этого аттенюатора 12 соединен с подвижным контактом третьего переключателя 9, второй неподвижный контакт которого соединен с портом промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя 6, порт радиочастоты которого соединен с третьим портом ВАЦ 1. При этом первый неподвижный контакт третьего переключателя 9 соединен со вторым неподвижным контактом второго переключателя 8, первый неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя 7. Подвижный контакт второго переключателя 8 соединен с портом промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя 5, порт радиочастоты которого соединен со вторым портом ВАЦ 1.

Для осуществления способа определения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей устройство будем использовать следующим образом.

Перед началом измерений векторный анализатор цепей 1 должен быть откалиброван по одному из известных способов калибровки ВАЦ, например, основанному на использовании четырех эталонных элементов СВЧ-тракта: нагрузок холостого хода, короткого замыкания и согласованной нагрузки, а также перемычки между портами. Этот метод в литературе называется SOLT от первых букв слов: Short - короткозамкнутая нагрузка (КЗ), Open - нагрузка холостого хода (XX), Load - согласованная нагрузка (СН) и Thru - перемычка между портами (см. В.Г. Губа, А.А. Ладур, А.А. Савин Классификация и анализ методов калибровки векторных анализаторов цепей // Доклады ТУСУРа - №2 (24) - ч. 1-2011, С. 149-155).

Затем предварительно определяют коэффициенты передачи трактов промежуточной частоты, а именно:

- тракта от первого неподвижного контакта первого переключателя 7 в первом положении его подвижного контакта до подвижного контакта второго переключателя 8 во втором положении его подвижного контакта и первом положении подвижного контакта третьего переключателя 9;

- тракта от первого неподвижного контакта первого переключателя 7 в первом положении его подвижного контакта до второго неподвижного контакта третьего переключателя 9 во втором положении его подвижного контакта.

- тракта от подвижного контакта второго переключателя 8 в первом положении его подвижного контакта до второго неподвижного контакта третьего переключателя 9 во втором положении его подвижного контакта и втором положении подвижного контакта первого переключателя 7.

Так как данные тракты работают на одной низкой промежуточной частоте, их параметры могут быть измерены стандартными способами (Хибель М. Основы векторного анализа цепей. М.: Издательский дом МЭИ, 2009 г., с. 20-22) и учтены далее при вычислениях.

В первом положении подвижных контактов первого 7 и третьего 9 переключателей, а также во втором положении подвижного контакта второго переключателя 8 реализуют схему измерений суммарного комплексного коэффициента передачи испытуемого 4 и первого опорного 5 СВЧ-смесителей.

Комплексные коэффициенты передачи последовательно соединенных элементов устройства здесь и далее перемножают, а параллельно соединенных - делят.

На порт радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя 4 от ВАЦ 1 подают испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF. Одновременно на порты гетеродина испытуемого 4 и первого опорного 5 СВЧ-смесителей постоянно поступают когерентные с испытательными сигналы от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO. При этом реализуют как режим измерений с постоянной промежуточной частотой, когда ВАЦ 1 и СВЧ-гетеродин 2 перестраивают синхронно в исследуемой полосе частот, так и режим измерений с переменной промежуточной частотой, когда по частоте перестраивают только ВАЦ 1.

Испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF, поступающий на порт радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя 4, преобразуется с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO в сигнал промежуточной частоты ƒIF на порте промежуточной частоты испытуемого СВЧ-смесителя 4. Далее этот сигнал через первый переключатель 7 в первом положении его подвижного контакта поступает на вход фиксированного аттенюатора 10, служащего для уменьшения коэффициента отражения от входа усилителя промежуточной частоты 11, в котором сигнал промежуточной частоты ƒIF усиливают и затем с помощью перестраиваемого аттенюатора 12 регулируют до уровня испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒRF. Это необходимо для того, чтобы входные сигналы различной частоты, поступающие на различные порты опорных СВЧ-смесителей, были одного уровня, что позволяет исключить амплитудно-фазовую погрешность, возникающую в любых нелинейных устройствах. Далее сигнал промежуточной частоты ƒIF через третий переключатель 9 в первом положении его подвижного контакта и второй переключатель 8 во втором положении его подвижного контакта поступает на порт промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя 5, где с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO преобразуется в СВЧ-сигнал ƒRF на порте радиочастоты первого опорного СВЧ-смесителя 5 и поступает на второй порт ВАЦ 1. При этом с помощью ВАЦ 1 измеряют комплексный коэффициент передачи S21 от первого до второго его портов:

Здесь и далее - комплексные коэффициенты передачи соответствующих элементов блок-схемы устройства, изображенной на фигуре. При этом здесь и далее, так как комплексные коэффициенты передачи трактов ПЧ измерены заранее, их можно не учитывать при вычислении искомой величины и записывают уравнение (1), левая часть которого тождественна по величине Σ1 суммарному комплексному коэффициенту передачи испытуемого 4 и первого опорного 5 СВЧ-смесителей:

Далее в первом положении подвижных контактов первого 7 и второго 8 переключателей, а также во втором положении подвижного контакта третьего переключателя 9 проводят измерение суммарного комплексного коэффициента передачи испытуемого 4 и второго опорного 6 СВЧ-смесителей.

На порт радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя 4 от ВАЦ 1 подают испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF. Одновременно на порты гетеродина испытуемого 4 и второго опорного 6 СВЧ-смесителей постоянно поступают когерентные с испытательными сигналы от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO.

Испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF, поступающий на порт радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя 4, преобразуется с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO в сигнал промежуточной частоты ƒIF на порте промежуточной частоты испытуемого СВЧ-смесителя 4. Далее этот сигнал через первый переключатель 7 в первом положении его подвижного контакта поступает на вход фиксированного аттенюатора 10, служащего для уменьшения коэффициента отражения от входа усилителя промежуточной частоты 11, в котором сигнал промежуточной частоты ƒIF усиливают и затем с помощью перестраиваемого аттенюатора 12 регулируют до уровня испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒRF. Далее сигнал промежуточной частоты ƒIF через третий переключатель 9 во втором положении его подвижного контакта поступает на порт промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя 6, где с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO преобразуется в СВЧ-сигнал ƒRF на порте радиочастоты второго опорного СВЧ-смесителя 6 и поступает на третий порт ВАЦ 1. При этом с помощью ВАЦ 1 измеряют комплексный коэффициент передачи S31 от первого до третьего его портов, описываемый уравнением (3), левая часть которого тождественна по величине Σ2 суммарному комплексному коэффициенту передачи испытуемого 4 и второго опорного 5 СВЧ-смесителей:

Во втором положении подвижных контактов первого 7 и третьего 9 переключателей, а также в первом положении подвижного контакта второго переключателя 8 проводят измерение суммарного комплексного коэффициента передачи первого 5 и второго 6 опорных СВЧ-смесителей.

На порт радиочастоты первого опорного СВЧ-смесителя 5 от ВАЦ 1 подают испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF. Одновременно на порты гетеродина первого 5 и второго 6 опорных СВЧ-смесителей постоянно поступают когерентные с испытательными сигналы от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO.

Испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF, поступающий на порт радиочастоты первого опорного СВЧ-смесителя 5, преобразуют с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO в сигнал промежуточной частоты ƒIF на порте промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя 5. Далее этот сигнал через второй переключатель 8 в первом положении его подвижного контакта и первый переключатель 7 во втором положении его подвижного контакта поступает на вход фиксированного аттенюатора 10, служащего для уменьшения коэффициента отражения от входа усилителя промежуточной частоты 11, в котором сигнал промежуточной частоты ƒIF усиливают и затем с помощью перестраиваемого аттенюатора 12 регулируют до уровня испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒRF. Далее сигнал промежуточной частоты ƒIF через третий переключатель 9 во втором положении его подвижного контакта поступает на порт промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя 6, где с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO преобразуется в СВЧ-сигнал ƒRF на порте радиочастоты второго опорного СВЧ-смесителя 6 и поступает на третий порт ВАЦ 1. При этом с помощью ВАЦ 1 измеряют комплексный коэффициент передачи S32 от второго до третьего его портов, описываемый уравнением (4), левая часть которого тождественна по величине ΣЗ суммарному комплексному коэффициенту передачи первого 5 и второго 6 опорных СВЧ-смесителей:

При этом важно отметить, что в уравнениях (2) и (4) коэффициенты передачи первого опорного СВЧ-смесителя 5 должны быть равны при его работе соответственно в режимах преобразования частот сигналов из промежуточной частоты в СВЧ и обратно, что предъявляет требование взаимности к данному устройству.

После трех измерений суммарных комплексных коэффициентов передачи записывают систему уравнений, состоящую из уравнений (2), (3) и (4) и получают решение для комплексного коэффициента передачи или испытуемого СВЧ-смесителя 4 в виде:

При этом на согласованной нагрузке 3 рассеивается мощность паразитных сигналов, поступающих из соседних каналов ВАЦ 1.

За счет использования предлагаемого устройства, устраняется погрешность измерений, вызванная неидентичностью измерительного и опорного каналов двухканального супергетеродинного приемника в измерителе комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей и наличием дополнительного измерителя в виде компаратора, а также амплитудно-фазовая погрешность, возникающая в опорном СВЧ-смесителе.

1. Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей, содержащее в своем составе векторный анализатор цепей (ВАЦ), согласованную нагрузку, СВЧ-гетеродин, испытуемый СВЧ-смеситель, первый опорный СВЧ-смеситель, первый, второй и третий переключатели, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй опорный СВЧ-смеситель, усилитель промежуточной частоты, фиксированный и перестраиваемый аттенюаторы, а ВАЦ использован в четырехпортовом исполнении, при этом первый порт векторного анализатора цепей соединен с портом радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя, порт гетеродина которого связан одновременно с выходом СВЧ-гетеродина и портами гетеродина первого и второго опорных СВЧ-смесителей, четвертый порт векторного анализатора цепей связан с согласованной нагрузкой, порт промежуточной частоты испытуемого СВЧ-смесителя соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт которого соединен со входом фиксированного аттенюатора, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен со входом перестраиваемого аттенюатора, выход которого соединен с подвижным контактом третьего переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с портом промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя, порт радиочастоты которого соединен с третьим портом ВАЦ, при этом первый неподвижный контакт третьего переключателя соединен со вторым неподвижным контактом второго переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя, а подвижный контакт второго переключателя соединен с портом промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя, порт радиочастоты которого соединен со вторым портом ВАЦ.

2. Способ определения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей, реализуемый с помощью устройства по п. 1, в котором преобразуют выходной сигнал промежуточной частоты исследуемого СВЧ-смесителя в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратно включенного первого опорного СВЧ-смесителя и измеряют с помощью четырехпортового ВАЦ суммарного комплексного коэффициента передачи испытуемого и первого опорного СВЧ-смесителей ∑1, с помощью изменения положения переключателей суммарного комплексного коэффициента передачи испытуемого и второго опорного СВЧ-смесителей измеряют ∑2, с помощью изменения положения переключателей суммарного комплексного коэффициента передачи первого и второго опорных СВЧ-смесителей измеряют ∑3, а затем вычисляют искомый комплексный коэффициент передачи испытуемого СВЧ-смесителя по формуле:

отличающийся тем, что переход от одного измерения к другому осуществляют с помощью переключений на промежуточной частоте, используя четырехпортовый векторный анализатор цепей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике сверхвысоких частот, в частности к измерениям параметров СВЧ-двухполюсников. Технический результат - увеличение точности, а также уменьшение габаритов, массы и стоимости аппаратурной реализации.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты (СВЧ-смесителей).

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при калибровке измерителей комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле амплитудно-частотных характеристик различных радиотехнических блоков. Измеритель относительных амплитудно-частотных характеристик содержит генератор качающейся частоты 1, амплитудный детектор 3, делитель 4, формирователь опорного сигнала 5, индикатор 6, преобразователь частоты в напряжение 7, первый дифференциатор 8, компаратор 9, согласующий блок 10, преобразователь частоты в код 11, первый дешифратор 12, блок хранения и выборки 13, масштабный усилитель 14, амплитудный селектор 15, первый временной селектор 16, первый декадный счетчик 17, второй дешифратор 18, второй дифференциатор 19, первый триггер 20, инвертор 21, генератор счетных импульсов 22, второй триггер 23, второй временной селектор 24, схему совпадения 25, генератор нониусных импульсов 26, второй декадный счетчик 27, третий дешифратор 28, второй делитель 29, третий временной селектор 30, вычитающее устройство 31, схему определения модуля сигнала 32, запоминатель максимального значения сигнала 33, сумматор 34, третий делитель 35, логарифмический усилитель 36, умножитель 37.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к измерению комплексных коэффициентов отражения и передачи СВЧ четырехполюсников. Решение содержит СВЧ генератор с присоединенным к его выходу делителем мощности, два амплитудных модулятора, четыре вентиля.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и может быть использовано измерения S-параметров четырехполюсников. Способ измерения S-параметров четырехполюсников СВЧ, предназначенных для включения в микрополосковую линию, заключается в том, что четырехполюсник включают в анализатор, далее измеряют двухсигнальные комплексные коэффициенты отражения на входе и выходе при двух различных относительных сдвигах входного и выходного зондирующих сигналов.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и может быть использовано для адекватного измерения S-параметров транзисторов, предназначенных для включения в микрополосковую линию.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении абсолютных комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей и СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при измерениях комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх (СВЧ-смесителей), когда промежуточная частота лежит выше частоты входного преобразуемого сигнала.

Изобретения относятся к радиоизмерительной технике и могут быть использованы при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Технический результат заключается в увеличении точности определения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей, а также упрощении процесса измерений. Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей содержит в своем составе векторный анализатор цепей с первым, вторым, третьим и четвертым портами, а также СВЧ-гетеродин, согласованную нагрузку, испытуемый СВЧ-смеситель, первый опорный СВЧ-смесители, первый, второй и третий переключатели. Дополнительно введены второй опорный СВЧ-смеситель, усилитель промежуточной частоты, фиксированный и перестраиваемый аттенюаторы. Связи между вновь введенными и общими элементами обеспечивают при его использовании возможность перехода от одного измерения к другому с помощью переключений на промежуточной частоте за счет использования четырехпортового векторного анализатора цепей. При этом искомый комплексный коэффициент передачи испытуемого СВЧ-смесителя вычисляют по формуле: где Σ1 - коэффициент передачи испытуемого и первого опорного СВЧ-смесителей; Σ2 - комплексный коэффициент передачи испытуемого и второго опорного СВЧ-смесителей; Σ3 - суммарный комплексный коэффициент передачи первого и второго опорных СВЧ-смесителей. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх