Способ определения коэффициентов передачи преобразователей частоты

 

Использование: проектирование измерителей коэффициентов передачи преобразователей частоты. Цель: упрощение способа путем исключения измерений на промежуточной частоте. Сущность изобретения: использование второго опорного преобразователя частоты исключает необходимость проведения измерений на промежуточной частоте, требующих для своей реализации применения дополнительного измерительного оборудования. 3 ил.

Изобретение относится к электрорадиоизмерениям и может быть использовано для измерения коэффициентов передачи СВЧ-четырехполюсников с преобразованием частоты.

Известны способы и устройства для измерения на СВЧ коэффициентов передачи преобразователей частоты как с фиксированной промежуточной частотой [1] , так и с фиксированной частотой гетеродина [2].

Однако эти способы, обеспечивая прямое измерение коэффициентов передачи преобразователей частоты, приводят к усложнению применяемых для этой цели векторных анализаторов СВЧ-цепей, поскольку выход анализатора, к которому подключается вход исследуемого преобразователя частоты, должен представлять собой СВЧ-цепь, а вход анализатора, к которому подключается выход преобразователя частоты, цепь промежуточной частоты.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения коэффициентов передачи четырехполюсников с преобразованием частоты [3], заключающийся в том числе в преобразовании выходного сигнала промежуточной частоты исследуемого преобразователя в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на выходе анализатора СВЧ-цепей, с помощью обратновключенного опорного преобразователя частоты. Этот сигнал может быть подан на вход анализатора, который в этом случае будет измерять сумму коэффициентов передачи исследуемого и опорного преобразователей частоты без каких-либо схемных усложнений.

Однако данный способ, позволяя избежать усложнения схемы векторного анализатора СВЧ-цепей, тем не менее требует проведения измерений на промежуточной частоте, поскольку коэффициент передачи опорного преобразователя частоты в общем случае неизвестен. Это усложняет осуществление способа, так как требует применения дополнительных генератора промежуточной частоты, делителя выходного сигнала этого генератора и других элементов.

Цель изобретения - упрощение способа путем исключения измерений на промежуточной частоте.

Для этого в известном способе определения коэффициентов передачи преобразователей частоты, заключающемся 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, дополнительно измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи исследуемого и второго опорного преобразователей частоты, включаемого вместо первого опорного преобразователя частоты, а 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, и определяют модуль и фазу коэффициентов передачи исследуемого преобразователя частоты К₁ и ϕ₁, первого опорного преобразователя частоты К₂ и ϕ₂, а также второго опорного преобразователя частоты К₃ и ϕ₃ по формулам: K₁ = (дБ), K₂ = (дБ), K₃ = (дБ), ϕ₁ = ϕ₂ = ϕ₃ = Где K_Σ1 и ϕ_Σ1 - модуль (в дБ) и фаза суммарного коэффициента передачи исследуемого и первого опорного преобразователя частоты; K_Σ2 и ϕ_Σ2 - модуль (в дБ) и фаза суммарного коэффициента передачи исследуемого и второго опорного преобразователей частоты;
K_Σ3 и ϕ_Σ3 - модуль (в дБ) и фаза суммарного коэффициента передачи первого и второго опорных преобразователей частоты.

Таким образом, в предлагаемом способе используется второй опорный преобразователь частоты и исключается в связи с этим необходимость проведения измерений на промежуточной частоте, требующих для своей реализации применения дополнительного измерительного оборудования. Это предельно упрощает способ, позволяя осуществить его с помощью типового векторного анализатора СВЧ-цепей.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что прямое и обратное включение двух преобразователей частоты для реализации так называемого двойного когерентного преобразования частоты уже известно и используется в прототипе [3] для измерения суммарного коэффициента передачи их.

Кроме того, благодаря использованию еще одного преобразователя частоты, измерению суммарных коэффициентов передачи комбинаций из прямо- и обратновключенных всех трех преобразователей частоты и определению модуля и фазы коэффициента передачи каждого преобразователя в отдельности определяется коэффициент передачи каждого преобразователя частоты без проведения дополнительных измерений на промежуточной частоте.

На фиг. 1-3 представлены структурные схемы измерительного тракта, осуществляющие совместно с типовым векторным анализатором СВЧ-цепей 1 предлагаемый способ.

Измерительный тракт включает в себя гетеродин 2, который является общим для всех преобразователей частоты, исследуемый 3, первый опорный 4 и второй опорный 5 преобразователи частоты (смесители).

Способ определения коэффициентов передачи преобразователей частоты реализуется следующим образом.

Первоначально векторный анализатор СВЧ-цепей калибруется в соответствии с принятым алгоритмом измерения комплексных коэффициентов передачи. Калибровка обеспечивает последующее прямое измерение суммарных коэффициентов передачи различных комбинаций из исследуемого и опорных преобразователей частоты.

Процесс измерения включает в себя три этапа. На первом этапе, применяя схему измерительного тракта, приведенную на фиг. 1, измеряют с помощью векторного анализатора 1 модуль и фазу суммарного коэффициента передачи исследуемого 3 и первого опорного 4 преобразователей частоты. При этом исследуемый 3 преобразователь частоты включается в прямом направлении и на его вход подается СВЧ-сигнал частоты f_с с выхода анализатора. Для обратного включения первого опорного 4 преобразователя частоты необходимо соединить выходы промежуточной частоты f_пр обоих преобразователей между собой, а общий гетеродин 2 подключить к входам сигнала частоты f_г преобразователей. В этом случае опорный преобразователь частоты можно считать линейным взаимным четырехполюсником, возвращающим частоту сигнала на входе анализатора к значению f_с (что и составляет суть двойного когерентного преобразования частоты). Следовательно, результаты измерений модуля K_Σ1 и фазы ϕ_Σ1суммарного коэффициента передачи, полученные на первом этапе, можно представить как
K_Σ1 = К₁ + К₂ (дБ), (1)
ϕ_Σ1 = ϕ₁ + ϕ₂, (2) где К₁ и ϕ₁ - модуль (в дБ) и фаза коэффициента передачи исследуемого 3 преобразователя частоты;
К₂ и ϕ₂ - модуль (в дБ) и фаза коэффициента передачи первого опорного 4 преобразователя частоты.

На втором этапе, применяя схему измерительного тракта, приведенную на фиг.2, измеряют с помощью векторного анализатора 1 модуль и фазу суммарного коэффициента передачи исследуемого 3 и второго опорного 5 преобразователей частоты. При этом второй опорный 5 преобразователь частоты включается вместо первого опорного 4 преобразователя в обратном направлении, а исследуемый 3 преобразователь остается включенным по прежней схеме. Результаты измерений модуля K_Σ2 и фазы ϕ_Σ2 суммарного коэффициента передачи, полученные на втором этапе, можно представить как
K_Σ2 = К₁ + К₃ (дБ), (3)
ϕ_Σ2 = ϕ₁ + ϕ₂ , (4) где К₃, ϕ₃ - модуль (в дБ) и фаза коэффициента передачи второго опорного 5 преобразователя частоты.

На заключительном третьем этапе, применяя схему измерительного тракта, приведенную на фиг.3, измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи первого 4 и второго 5 опорных преобразователей частоты. При этом первый опорный 4 преобразователь частоты включается вместо исследуемого 3 преобразователя в прямом направлении, а второй опорный 5 преобразователь остается включенным по прежней схеме. Результаты измерений модуля K_Σ3 и фазы ϕ_Σ3 суммарного коэффициента передачи, полученные на третьем этапе, можно представить как
K_Σ3 = К₂ + К₃ (дБ), (5)
ϕ_Σ3 = ϕ₂ + ϕ₃ , (6)
Совместное решение уравнений (1), (3) и (5) дает следующие математические выражения для модулей коэффициентов передачи исследуемого и опорных преобразователей частоты:
K₁ = (дБ), (7)
K₂ = (дБ), (8)
K₃ = (дБ), (9)
Аналогично из уравнений (2), (4) и (6) получаем для фаз коэффициентов передачи этих преобразователей частоты:
ϕ₁ = (10)
ϕ₂ = (11)
ϕ₃ = (12)
Использование предлагаемого способа определения коэффициентов передачи преобразователей частоты обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
Благодаря исключению необходимости проведения измерений на промежуточной частоте предельно упрощается как сама измерительная установка, так и алгоритмы проведения измерений и обработки их результатов. Что касается алгоритма проведения измерений, то он полностью соответствует алгоритму функционирования типового векторного анализатора СВЧ-цепей при измерении комплексных коэффициентов передачи четырехполюсников. Что же касается алгоритма обработки результатов измерений, то с учетом полной аналогии между выражениями (7)-(9) и (10)-(12) программа функционирования векторного анализатора лишь незначительно усложняется за счет дополнения ее унифицированной подпрограммой вычисления К₁-К₃ и ϕ₁- ϕ₃.

Многоэтапность процесса измерения К₁ и ϕ₁ проявляется лишь тогда, когда исследуемым является только преобразователь частоты 3, а преобразователи 4 и 5 - некоторые опорные (образцовые) преобразователи, как это принято по терминологии прототипа [3]. На самом же деле в качестве преобразователей 4 и 5 также могут использоваться исследуемые преобразователи, так как знать К₂, К₃, ϕ₂ и ϕ₃ не обязательно, а определяются они точно так же, как и К₁ и ϕ₁. Потому, если необходимо измерить коэффициенты передачи у нескольких (или даже у серии) преобразователей частоты, то применение предлагаемого способа обеспечит ту же производительность измерений, что и для четырехполюсников без преобразования частоты.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕДАЧИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ, заключающийся 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, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа путем исключения измерений на промежуточной частоте дополнительно измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи исследуемого и второго опорного преобразователя частоты, включаемого вместо первого опорного преобразователя частоты, а 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, и определяют модуль и фазу коэффициентов передачи соответственно исследуемого преобразователя частоты K₁ и ϕ₁, первого опорного преобразователя K₂ и ϕ₂ а также второго опорного преобразователя частоты K₃ и ϕ₃ по формулам






где - модуль, ДБ, и фаза суммарного коэффициента передачи исследуемого и первого опорного преобразователей частоты;
- модуль, дБ, и фаза суммарного коэффициента передачи исследуемого и второго опорного преобразователей частоты;
- модуль, дБ, и фаза суммарного коэффициента передачи первого и второго опорных преобразователей частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3