Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения свч-устройств с преобразованием частоты

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Технический результат заключается в повышении точности измерений. Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты состоит из измерителя параметров четырехполюсников СВЧ и двухканального супергетеродинного приемника, дополнительно введены усилитель промежуточной частоты, регулируемый аттенюатор, измеритель отношений сигналов, два направленных ответвителя и два переключателя. Связи вновь введенных и общих с прототипом элементов в совокупности образуют устройство, позволяющее исключить амплитудно-фазовую погрешность и тем самым повысить точность измерений. 1 ил.

 

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

Известно устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразованием частоты, содержащее блок управления, два генератора качающейся частоты, систему фазовой автоподстройки, образованную двумя смесителями, двумя фазовыми детекторами и перестраиваемым генератором промежуточной частоты, шесть переключателей, реализующих схему для измерения разности фаз между исследуемым четырехполюсником и опорным смесителем, аттенюатор, усилитель, перестраиваемый гетеродин, два смесителя промежуточной частоты, индикатор, решающее устройство и два делителя сигналов (а.с. №1538149 МПК (5) G01R 27/28, опубл. 23.01.1990).

Известно устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразованием частоты, содержащее два генератора качающейся частоты, блок управления, первый делитель сигналов, аттенюатор, шесть переключателей, два смесителя фазовой автоподстройки частоты, вспомогательный смеситель, усилитель, два фазовых детектора, опорный смеситель, перестраиваемый генератор промежуточных частот, второй делитель сигналов, испытуемый четырехполюсник с преобразователем частоты, смеситель промежуточной частоты измерительного канала, смеситель промежуточной частоты опорного канала, индикатор, решающий блок, третий делитель сигналов (а.с. №1661682, МПК (5) G01R 27/28, опубл. 07.07.1991).

Однако указанные устройства обладают погрешностями измерений, возникающими за счет рассогласования в СВЧ-соединениях при переключениях для реализации измерений суммы и разности модуля фазы комплексных коэффициентов передачи испытуемого и опорного смесителей СВЧ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерений абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее измеритель параметров четырехполюсников СВЧ и двухканальный супергетеродинный приемник (патент РФ №2524049, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубл. 27.07.2014). В состав измерителя параметров четырехполюсников СВЧ входят: генератор испытательных СВЧ-сигналов, первый переключатель и связанная с ним согласованная нагрузка, СВЧ-гетеродин, первый направленный ответвитель, второй направленный ответвитель, векторный вольтметр, третий направленный ответвитель, четвертый направленный ответвитель, выходной контакт векторного вольтметра, первый порт, второй порт. Между измерителем параметров четырехполюсников и двухканальным супергетеродинным приемником расположен испытуемый СВЧ-четырехполюсник. В состав двухканального супергетеродинного приемника входят испытуемый СВЧ-смеситель, опорный СВЧ-смеситель, смеситель фазовой автоподстройки частоты, СВЧ-генератор, фазовый детектор, первый смеситель промежуточной частоты, второй, третий, четвертый переключатели, второй смеситель промежуточной частоты, генератор опорных частот, компьютер и компаратор. Связи этих элементов между собой образуют устройство, позволяющее измерять комплексные коэффициенты передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Однако, как показали экспериментальные исследования, в таком устройстве имеет место амплитудно-фазовая погрешность, которая возникает в процессе преобразования частоты как при изменении суммы, так и при измерении разности коэффициентов передачи испытуемого и опорного СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Погрешность возникает за счет потерь преобразования как в испытуемом, так и в опорном смесителях СВЧ, которые приводят к существенному снижению уровня испытательного сигнала на опорном смесителе при измерении суммы комплексных коэффициентов передачи. Кроме этого потери преобразования в испытуемом смесителе приводят к существенному снижению уровня испытательного сигнала на нелинейном элементе второго смесителя промежуточной частоты при измерениях разности комплексных коэффициентов передачи.

Техническим результатом является повышение точности измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты за счет исключения амплитудно-фазовой погрешности, возникающей из-за потерь преобразования испытуемого и опорного смесителей.

Для достижения технического результата предлагается устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее измеритель параметров четырехполюсников СВЧ и двухканальный супергетеродинный приемник. Измеритель параметров четырехполюсников СВЧ содержит генератор испытательных СВЧ-сигналов, соединенный с первым переключателем, гетеродин СВЧ, первый, второй, третий, четвертый направленные ответвители, векторный вольтметр с его выходным контактом, являющимся выходным контактом измерителя параметров четырехполюсников СВЧ, первый и второй порты. Первый переключатель первым неподвижным контактом соединен с первым входом первого направленного ответвителя, второй выход которого соединен с первым входом третьего направленного ответвителя, второй выход которого через первый порт измерителя параметров четырехполюсников СВЧ соединен с двухканальным супергетеродинным приемником. К неподвижным контактам первого переключателя присоединена согласованная нагрузка. Выходы вторичных каналов первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами векторного вольтметра соответственно. Гетеродин СВЧ своим выходом соединен с пятым входом векторного вольтметра.

Двухканальный супергетеродинный приемник содержит пятый и шестой направленные ответвители, испытуемый СВЧ-смеситель, опорный СВЧ-смеситель, СВЧ-генератор, смеситель фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), фазовый детектор, первый и второй смесители промежуточной частоты, усилитель промежуточной частоты, генератор опорных частот, компьютер, компаратор, второй, третий, четвертый, пятый и шестой переключатели, измеритель отношения сигналов и регулируемый аттенюатор.

Измеритель параметров четырехполюсников СВЧ соединен с двухканальным супергетеродинным приемником через первый вход пятого направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым неподвижным контактом второго переключателя и первым входом испытуемого СВЧ-смесителя, второй вход которого соединен с выходом СВЧ-генератора, вторым входом смесителя ФАПЧ и вторым входом опорного СВЧ-смесителя, первый вход которого соединен со вторым выходом шестого направленного ответвителя, первый вход которого соединен через второй порт с измерителем параметров четырехполюсников СВЧ. Выход векторного вольтметра через выходной контакт измерителя параметров четырехполюсников СВЧ соединен с первым входом компьютера, второй вход которого соединен с выходом компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого смесителя промежуточной частоты, первый вход которого соединен с выходом смесителя фазовой автоподстройки частоты и первым входом фазового детектора, выход которого соединен со входом СВЧ-генератора. Третьи выходы пятого и шестого направленных ответвителей соединены соответственно с первым и вторым неподвижными контактами третьего переключателя, подвижный контакт которого соединен с первым входом смесителя ФАПЧ. Выход испытуемого СВЧ-смесителя соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом пятого переключателя. Вторые входы первого и второго смесителей промежуточной частоты соединены со вторым выходом генератора опорных частот, первый выход которого соединен со вторым входом фазового детектора. Выход опорного СВЧ смесителя соединен с подвижным контактом пятого переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом шестого переключателя. Подвижный контакт шестого переключателя одновременно соединен с выходом регулируемого аттенюатора и вторым входом измерителя отношений сигналов, первый вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен одновременно с подвижным контактом четвертого переключателя и входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен с входом регулируемого аттенюатора.

Для реализации измерений коэффициентов отражения гетеродинного и выходного портов испытуемого смесителя СВЧ этот смеситель присоединяют к первому и второму портам измерителя параметров четырехполюсников СВЧ как испытуемый четырехполюсник без преобразования частоты.

Отличительными признаками заявляемого устройства от прототипа являются введенные дополнительно в него: усилитель промежуточной частоты, регулируемый аттенюатор, измеритель отношений сигналов, два дополнительных направленных ответвителя и два дополнительных переключателя и связи вновь введенных элементов с элементами, являющимися общими для прототипа и заявляемого устройства. Вся совокупность заявляемых признаков позволяет получить устройство, позволяющее исключить амплитудно-фазовую погрешность и тем самым повысить точность измерений.

На чертеже представлена блок схема предлагаемого устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты.

Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты состоит из измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 и двухканального супергетеродинного приемника 2. В состав измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 входят: генератор испытательных СВЧ-сигналов 3, первый переключатель 4 и связанная с ним согласованная нагрузка 5, гетеродин СВЧ 6, первый направленный ответвитель 7, второй направленный ответвитель 8, векторный вольтметр 9, третий направленный ответвитель 10, четвертый направленный ответвитель 11, выходной контакт 12 векторного вольтметра 9, являющийся выходным контактом измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1, первый порт 13 и второй порт 14.

В состав двухканального супергетеродинного приемника 2 входят: пятый направленный ответвитель 15, шестой направленный ответвитель 16, второй переключатель 17, третий переключатель 18, измеритель отношений сигналов 19, испытуемый СВЧ-смеситель 20, опорный СВЧ-смеситель 21, смеситель фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 22, СВЧ-генератор 23, фазовый детектор 24, первый смеситель промежуточной частоты 25, четвертый переключатель 26, усилитель промежуточной частоты 27, регулируемый аттенюатор 28, пятый переключатель 29, шестой переключатель 30, второй смеситель промежуточной частоты 31, генератор опорных частот 32, компьютер 33, компаратор 34.

Для реализации измерений коэффициентов отражения гетеродинного 2 и выходного 3 портов испытуемого смесителя СВЧ 20, этот смеситель присоединяют к первому 13 и второму 14 портам измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 в качестве испытуемого четырехполюсника без преобразования частоты 35.

В измерителе параметров четырехполюсников СВЧ 1 выход генератора испытательных СВЧ сигналов 3 соединен с подвижным контактом первого переключателя 4, первый неподвижный контакт которого соединен с первым входом первого направленного ответвителя 7, второй выход которого соединен с первым входом третьего направленного ответвителя 10, второй выход которого через порт 13 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 соединен с двухканальным супергетеродинным приемником 2 через первый вход пятого направленного ответвителя 15, второй выход которого соединен со вторым неподвижным контактом второго переключателя 17 и первым входом испытуемого СВЧ-смесителя 20, второй вход которого соединен с выходом СВЧ-генератора 23, вторым входом смесителя ФАПЧ 22 и вторым входом опорного СВЧ-смесителя 21, первый вход которого соединен со вторым выходом шестого направленного ответвителя 17, первый вход которого соединен через второй порт 14 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 с выходом четвертого направленного ответвителя 11, первый вход которого соединен со вторым выходом второго направленного ответвителя 8, первый вход которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя 4, к которому присоединена согласованная нагрузка 5. Третьи выходы первого 7, второго 8, третьего 10 и четвертого 11 направленных ответвителей соединены с первым, вторым, третьим, четвертым входами векторного вольтметра 9 соответственно, пятый вход которого соединен с выходом СВЧ-гетеродина 6. Выход векторного вольтметра 9 через выходной контакт 12 соединен с первым входом компьютера 33, второй вход которого соединен с выходом компаратора 34, второй вход которого соединен с третьим выходом первого смесителя промежуточной частоты 25, первый вход которого соединен с третьим выходом смесителя фазовой автоподстройки частоты 22 и первым входом фазового детектора 24, выход которого соединен со входом СВЧ-генератора 23. Третьи выходы пятого 15 и шестого 16 направленных ответвителей соединены соответственно с первым и вторым неподвижными контактами третьего переключателя 18, подвижный контакт которого соединен с первым входом смесителя ФАПЧ 22. Выход испытуемого СВЧ-смесителя 20 соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя 26, второй неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом пятого переключателя 29. Вторые входы первого 25 и второго 31 смесителей промежуточной частоты соединены со вторым выходом генератора опорных частот 32, первый выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 24. Третий выход опорного СВЧ-смесителя 21 соединен с подвижным контактом пятого переключателя 29, второй неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом шестого переключателя 30. Подвижный контакт шестого переключателя 30 соединен с выходом регулируемого аттенюатора 28 и вторым входом измерителя отношений сигналов 20, первый вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя 17, первый неподвижный контакт которого соединен с подвижным контактом четвертого переключателя 26 и входом усилителя промежуточной частоты 27, выход которого соединен с входом регулируемого аттенюатора 28.

Перед началом измерений проводят калибровку измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 согласно одной из существующих методик, например Agilent Application Note 1287-3 "Applying Error Correction to Network Analyzer Measurements", в результате которой амплитуды и начальные фазы между его портами 13 и 14 уравниваются между собой.

После калибровки проводят процедуру исключения амплитудно-фазовой погрешности. Для этого с целью исключения потерь преобразования испытуемого СВЧ-смесителя 20 переводят подвижный контакт первого переключателя 4 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 в первое положение и тем самым подают испытательный сигнал СВЧ с частотой от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 на первый вход испытуемого СВЧ-смесителя 20. Затем переводят подвижный контакт второго переключателя 17 во второе положение и с помощью измерителя отношений сигналов 19, предварительно переведя подвижный контакт четвертого переключателя 26 в первое положение, с помощью регулируемого аттенюатора 28 устанавливают уровень сигнала первой промежуточной частоты на втором входе измерителя отношений сигналов 19 равным уровню испытательного сигнала СВЧ с частотой на первом входе измерителя отношений сигналов 19, устраняя тем самым потери преобразования испытуемого СВЧ-смесителя 20. Затем переводят подвижный контакт второго переключателя 17 в первое положение и с помощью измерителя отношений сигналов 19 измеряют общий коэффициент передачи и фазовый сдвиг последовательно соединенных усилителя промежуточной частоты 27 и регулируемого аттенюатора 28, настроенного для устранения потерь преобразования испытуемого смесителя СВЧ 20, которые затем записывают в память компьютера 33 для последующего исключения из результатов измерений. Затем переводят подвижный контакт первого переключателя 4 во второе положение и тем самым подают испытательный сигнал СВЧ с частотой от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 на первый вход опорного СВЧ-смесителя 21. Затем переводят подвижный контакт второго переключателя 17 во второе положение и с помощью измерителя отношений сигналов 19, предварительно переведя подвижный контакт пятого переключателя 29 в первое положение и подвижный контакт четвертого переключателя 26 во второе положение, с помощью регулируемого аттенюатора 28 устанавливают уровень сигнала первой промежуточной частоты на втором входе измерителя отношений сигналов 19 равным уровню испытательного сигнала СВЧ с частотой на первом входе измерителя отношений сигналов 19, устраняя тем самым потери преобразования опорного СВЧ-смесителя 21. Затем переводят подвижный контакт второго переключателя 17 в первое положение и с помощью измерителя отношений сигналов 19 определяют общий (суммарный) коэффициент передачи и фазовый сдвиг последовательно соединенных усилителя промежуточной частоты 27 и регулируемого аттенюатора промежуточной частоты 28, настроенного для исключения потерь преобразования опорного смесителя СВЧ 21, которые затем записывают в память компьютера 33 для последующего исключения из результатов измерений.

При этом коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты 27 выбирают и устанавливают постоянным такой величины, чтобы он позволял компенсировать максимально возможные потери преобразования как испытуемых 20, так и опорных 21 смесителей СВЧ.

После калибровки и процедуры исключения амплитудно-фазовой погрешности измеряют сумму фазовых сдвигов и произведение коэффициентов передачи последовательно соединенных испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей следующим образом.

Испытательный СВЧ-сигнал с частотой от генератора испытательных сигналов СВЧ 3 через первый переключатель 4 в первом положении его подвижного контакта, через первичные каналы направленных ответвителей 7, 10 и 15 и первый порт 13 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 подают на первый - сигнальный вход испытуемого СВЧ-смесителя 20, на второй - гетеродинный вход которого поступает СВЧ-сигнал с частотой от СВЧ-генератора 23, выполняющего функцию гетеродина. Образованный в результате гетеродинного преобразования частоты в испытуемом смесителе 20 сигнал разностной первой промежуточной частоты с его выхода через подвижный контакт четвертого переключателя 26 в первом положении и усилитель промежуточной частоты 27, регулируемый аттенюатор 28, шестой переключатель 30 во втором положении подвижного контакта и пятый переключатель 29 во втором положении подвижного контакта, подают на третий выход опорного СВЧ-смесителя 21, который в этом режиме используют как вход для сигнала промежуточной частоты , выполняющего функцию испытательного сигнала. В результате обратного преобразования частоты происходящего по формуле , на первом входе опорного СВЧ-смесителя 21 получают сигнал с частотой , равный по частоте испытуемому сигналу СВЧ от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3.

Сигнал СВЧ с частотой с первого входа опорного СВЧ смесителя 21, используемого как выход, через первичный канал шестого направленного ответвителя 16 и второй порт 14 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1, и далее через первичные каналы четвертого 11 и второго 8 направленных ответвителей СВЧ подают на второй неподвижный контакт первого переключателя 4, к которому присоединяют согласованную нагрузку 5. На основании того, что испытуемый смеситель СВЧ 20, имеющий фазовый сдвиг ϕ20, и опорный СВЧ-смеситель 21, имеющий фазовый сдвиг ϕ21, соединены последовательно, их фазовые сдвиги складываются. В результате получают общий фазовый сдвиг , с учетом общего фазового сдвига последовательно соединенных усилителя промежуточной частоты 27 и регулируемого аттенюатора промежуточной частоты 28, настроенного для устранения потерь преобразования испытуемого смесителя СВЧ 20, равным , между первым 13 и вторым 14 портами измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1. Аналогично перемножают коэффициенты передачи испытуемого СВЧ-смесителя 20 K20 и опорного СВЧ-смесителя 21 К21. В результате чего с учетом общего коэффициента передачи последовательно соединенных усилителя промежуточной частоты 27 и регулируемого аттенюатора промежуточной частоты 28, настроенного для устранения потерь преобразования испытуемого смесителя СВЧ 20, получают общий коэффициент передачи . Величину общего сдвига фаз и общего коэффициента передачи регистрируют по разности фаз и отношению амплитуд сигналов, поступающих со вторичных каналов первого направленного ответвителя 7 и четвертого направленного ответвителя 11 соответственно на первый и четвертый входы векторного вольтметра 9. Результаты измерения общего коэффициента передачи и общего сдвига фаз с выхода векторного вольтметра 9 через контакт 12 подают на первый вход компьютера 33, где из них вычитают ранее измеренные в процессе процедуры исключения амплитудно-фазовой погрешности общий коэффициент передачи и общий фазовый сдвиг , последовательно соединенных усилителя промежуточной частоты 27 и аттенюатора 28. Результаты этой операции в виде вычисленной величины общего коэффициента передачи и общего сдвига фаз только испытуемого 20 и опорного 21 смесителей СВЧ фиксируют в памяти компьютера 33.

Величину первой промежуточной частоты в процессе измерений поддерживают постоянной с помощью системы фазовой автоподстройки частоты, в которую входят: смеситель ФАПЧ 22, фазовый детектор 24 и генератор опорных частот 32. С помощью системы ФАПЧ поддерживают постоянной разность частот между генератором испытательных СВЧ сигналов 3 с частотой и генератором СВЧ 23 с частотой равной первой переменной промежуточной частоте . Величина первой промежуточной частоты может меняться в широком диапазоне частот с помощью изменения частоты опорного сигнала фазового детектора 24, вырабатываемого в генераторе опорных частот 32. Опорный сигнал с первого выхода генератора опорных частот 32 подают на второй вход фазового детектора 24, на первый вход которого поступает сигнал разной частоты с выхода смесителя ФАПЧ 22, на первый вход которого в зависимости от вида измерений с помощью переключателя 19 подают часть испытательного сигнала СВЧ с частотой , ответвленного одним из направленных ответвителей, пятого 15 или шестого 16. На второй вход смесителя ФАПЧ 22 подают сигнал от генератора СВЧ 23 с частотой . Сигнал ошибки с выхода фазового детектора 24 поступает на вход СВЧ генератора 25, управляя его частотой так, что разность частот , равная первой промежуточной частоте , остается постоянной и отличающейся на одну величину с частотой испытательного СВЧ-сигнала в процессе измерений.

Опорный сигнал с первого выхода генератора опорных частот 32, определяющий величину первой промежуточной частоты , имеет кварцевую стабилизацию и может выбираться любой величины в широком диапазоне промежуточных частот, который в свою очередь определяется условиями эксплуатации. Генератор опорных частот 32 вырабатывает сигнал второй промежуточной частоты , постоянно сдвинутый относительно сигнала первой промежуточной частоты на величину частоты сигнала третьей промежуточной частоты , когерентного с сигналами первой и второй промежуточных частот и равной , величина которой стабилизирована кварцевым резонатором, являющимся неотъемлемой частью генератора опорных частот 32. Даже при качании генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 в диапазоне частот разность между его частотой и частотой СВЧ-генератора 23 благодаря системе фазовой автоподстройки частоты будет оставаться постоянной и равной выбранной первой промежуточной частоте .

С целью расширения технических возможностей устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, связанных с отсутствием у некоторых типов измерителей параметров четырехполюсников СВЧ 1 внешнего выхода испытательных СВЧ-сигналов, в состав двухканального супергетеродинного приемника 2 введены два дополнительных направленных ответвителя, пятый 15 и шестой 16, которые обеспечивают работу системы ФАПЧ путем подачи испытательного СВЧ-сигнала с частотой на первый вход смесителя ФАПЧ 22, который служит для получения опорного сигнала третьей постоянной относительно низкой промежуточной частоты с целью уменьшения погрешностей измерения модуля и фазы комплексного коэффициента передачи испытуемого СВЧ-смесителя 20. Третий дополнительно введенный переключатель 19 коммутирует подключение одного из двух дополнительных направленных ответвителей пятого 15 или шестого 16 синхронно с изменением направления подачи испытательного СВЧ-сигнала от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 с помощью первого переключателя 4.

После измерения суммы сдвигов фаз и произведения коэффициентов передачи испытуемого 20 и опорного 21 смесителей СВЧ определяют разность сдвигов фаз и отношение коэффициентов передачи испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей.

Эти измерения проводят путем сравнения амплитуды и фазы испытательного СВЧ-сигнала с выхода второго смесителя промежуточной частоты 31 - , образованного в результате двойного преобразования частоты испытательного СВЧ-сигнала сначала от испытуемого 20, затем опорного 21 СВЧ-смесителей, с опорным сигналом третьей промежуточной частоты , подаваемого от третьего выхода первого смесителя промежуточной частоты 25 на второй вход компаратора 34 с последующим вычислением отношения коэффициентов передачи и разности фазовых сдвигов испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей в компьютере 33, необходимых для вычисления истинных величин модуля и фазы комплексного коэффициента передачи испытуемого СВЧ-смесителя 20.

Двойное преобразование частоты применяют для того, чтобы сигнал первой переменной промежуточной частоты преобразовать в сигнал третьей постоянной относительно низкой промежуточной частоты с целью уменьшения погрешностей измерения модуля и фазы комплексного коэффициента передачи испытуемого СВЧ-смесителя 20.

Образованный в результате смешивания по формуле сигнал третьей постоянной промежуточной частоты с выхода первого смесителя промежуточной частоты 25 подают на второй вход компаратора 34, где и используют в качестве опорного.

Измерение разности сдвигов фаз и отношения коэффициентов передачи и испытуемого 20 и опорного 21 смесителей СВЧ проводят следующим образом. Испытательный сигнал первой переменной промежуточной частоты при переведенном в первое положение подвижном контакте первого переключателя 4 подают сначала с выхода испытуемого СВЧ-смесителя 20 через усилитель 27 и аттенюатор 28 промежуточной частоты на первый вход второго смесителя промежуточной частоты 31 в первом положении подвижного контакта четвертого переключателя 26 и первом положении подвижного контакта шестого переключателя 30.

На второй гетеродинный вход второго смесителя промежуточной частоты 31 поступает сигнал второй промежуточной частоты со второго выхода генератора опорных частот 32, равный . Сигнал разностной частоты с выхода второго смесителя промежуточной частоты 31 подают на первый вход компаратора 34, на второй вход которого поступает опорный сигнал второй промежуточной частоты . Опорный сигнал третьей промежуточной частоты получают как сигнал разностной частоты в первом смесителе промежуточной частоты 25 путем подачи на его первый вход сигнала первой промежуточной частоты с выхода смесителя ФАПЧ 22 и сигнала второй промежуточной частоты со второго выхода генератора опорных частот 32. Учитывая, что после калибровки измерителя комплексных параметров СВЧ-четырехполюсников 1 уровни амплитуд и начальные фазы на его портах 13 и 14 равны между собой, приписывают порту 13 амплитуду U13, а порту 14 амплитуду U14 и U14=U13, а начальные фазы сигналов принимают равными нулю. Таким образом, в компараторе 34 производят измерения разности фаз и отношения коэффициентов передачи между сигналом от испытуемого смесителя СВЧ 20 и опорного сигнала третьей промежуточной частоты , результаты которых заносят в память компьютера 33, где исключаются коэффициент передачи и фазовый сдвиг последовательно соединенных усилителя промежуточной частоты 27 и аттенюатора промежуточной частоты 28, измеренные в процессе исключения амплитудно-фазовой погрешности, вызванной потерями преобразования испытуемого СВЧ-смесителя 20.

Затем испытательный сигнал первой переменной промежуточной частоты при переведенном во второе положение подвижном контакте первого переключателя 4 подают с выхода опорного СВЧ-смесителя 21 через усилитель 27 и аттенюатор 28 промежуточной частоты на первый вход второго смесителя промежуточной частоты 31 во втором положении подвижного контакта четвертого переключателя 27, в первом положении подвижного контакта пятого переключателя 29 и первом положении подвижного контакта шестого переключателя 30. Таким образом при тех же условиях, что и при измерении разности фаз и отношения коэффициентов передачи между сигналом от испытуемого смесителя СВЧ 20 и опорного сигнала третьей промежуточной частоты , проводят измерения разности фаз и отношения коэффициентов передачи между сигналом от опорного смесителя СВЧ 21 и опорного сигнала третьей промежуточной частоты . В компьютере 33 вычисляют отношение коэффициентов передачи испытуемого смесителя 20 и опорного смесителя 21 (учитывая, что U14=U13 и исключенные и ) в виде:

Разность сдвигов фаз между испытуемым 20 и опорным 21 смесителями вычисляют в виде (учитывая равенство начальных фаз сигналов на входных портах измерителя параметров четырехполюсников 1 и исключенные и ).

Полученные значения ΔK и Δϕ фиксируют в памяти компьютера 33.

После измерения суммы и разности коэффициентов передачи и сдвигов фаз испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей вычисляют истинные модули и фазовые сдвиги комплексного коэффициента передачи испытуемого СВЧ-смесителя 20. Расчеты производят следующим образом.

В памяти компьютера 33 имеется ранее вычисленное произведение модулей комплексных коэффициентов передачи последовательно включенных испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей. Там имеются отношение модулей комплексных коэффициентов передачи , полученное в результате параллельных измерений испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей. В компьютере решается система уравнений

В результате чего находят истинные значения модулей комплексных коэффициентов передачи испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей соответственно в виде:

;

В памяти компьютера 32 также имеется полученное в результате последовательного включения испытуемого 20 и опорного 21 ϕ2021=Σϕ СВЧ-смесителей. К тому же, в памяти находится значение разности сдвигов ϕ2021=Δϕ фаз, полученное в результате параллельных измерений испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей. В результате решения системы уравнений в виде:

находят истинные значения фазовых сдвигов испытуемого 20 и опорного 21 СВЧ-смесителей соответственно в виде:

;

Полученные истинные значения модуля и фазы комплексного коэффициента передачи испытуемого СВЧ-смесителя 20 выводятся на дисплей компьютера 33 на выбранной частотной точке рабочего диапазона частот генератора испытательных СВЧ-сигналов 3, а также на выбранной с помощью генератора опорных частот 32 первой промежуточной частоте в виде амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик СВЧ-смесителя 20 в панорамном режиме его испытаний при автоматическом режиме качания частоты генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 в его рабочем диапазоне частот.

Для измерения в частотной точке комплексного коэффициента отражения испытуемого СВЧ-смесителя 20 в реальном рабочем режиме его эксплуатации с помощью векторного вольтметра 9 измеряют отношение амплитуды и разности фаз сигналов на его первом и третьем входах. С целью устранения влияния паразитных сигналов, возникающих в испытуемом СВЧ-смесителе, применяют гетеродинное преобразование частоты сигналов, поступающих на входы векторного вольтметра 9 с помощью СВЧ-гетеродинов 6.

Дополнительно измеритель параметров четырехполюсников СВЧ 1 позволяет определить комплексные коэффициенты передачи и отражения испытуемых четырехполюсников без преобразования частоты. Для этого от его портов 13 и 14 отсоединяется двухканальный супергетеродинный приемник 2 и к ним присоединяется испытуемый четырехполюсник СВЧ 35. Для определения S-параметров четырехполюсника СВЧ 35 применяют два рефлектометра, один из которых образован системой встречно включенных направленных ответвителей 7 и 10, а другой аналогичной системой встречно включенных направленных ответвителей 8 и 11, сигналы со вторичных каналов которых преобразуют в постоянную промежуточную частоту, полученную как разность между частотами сигналов от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 и СВЧ-гетеродина 6 векторного вольтметра 9.

Отношение амплитуд сигналов на первом и четвертом или на втором и третьем входах векторного вольтметра 9 позволяет измерять комплексные коэффициенты передачи испытуемого четырехполюсника СВЧ 35, а отношение амплитуд на первом и третьем либо на втором и четвертом входах векторного вольтметра 9 позволяет измерять комплексные коэффициенты отражения испытуемого четырехполюсника СВЧ 35.

Изменяя с помощью первого переключателя 4 направление подачи испытательного СВЧ-сигнала, можно определить все четыре элемента матрицы рассеяния испытуемого четырехполюсника СВЧ 35. Такое использование измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 позволяет предварительно измерять комплексные коэффициенты отражения гетеродинных и выходных портов испытуемого 20 и опорного 21 смесителей СВЧ.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения устройств СВЧ с преобразованием частоты и расширяет технические возможности выполнения таких измерений по сравнению с прототипом.

Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, состоящий из генератора испытательных СВЧ-сигналов, первого переключателя, согласованной нагрузки, связанной с первым переключателем, первого, второго, третьего, четвертого направленных ответвителей, векторного вольтметра с выходным контактом, гетеродина СВЧ, первого и второго портов, двухканальный супергетеродинный приемник, состоящий из испытуемого и опорного СВЧ-смесителей, смесителя фазовой автоподстройки частоты, СВЧ-генератора, фазового детектора, первого смесителя промежуточной частоты, усилителя промежуточной частоты, регулируемого аттенюатора, измерителя отношений сигналов, пятого и шестого направленных ответвителей, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого переключателей, второго смесителя промежуточной частоты, генератора опорных частот, компьютера и компаратора, а также испытуемый четырехполюсник без преобразования частоты, присоединяемый к первому и второму портам измерителя параметров четырехполюсников, причем выход генератора испытательных СВЧ-сигналов соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым входом первого направленного ответвителя, второй выход которого соединен с первым входом третьего направленного ответвителя, второй выход которого соединен с первым портом, при этом второй порт соединен со вторым выходом четвертого направленного ответвителя, первый вход которого соединен со вторым выходом второго направленного ответвителя, первый вход которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя, третьи выходы первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами векторного вольтметра соответственно, пятый вход которого соединен с выходом гетеродина СВЧ, а выход векторного вольтметра соединен с выходным контактом, причем первый переключатель связан с согласованной нагрузкой, при этом выход испытуемого СВЧ-смесителя соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом пятого переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом шестого переключателя, а подвижный контакт пятого переключателя соединен с выходом опорного СВЧ-смесителя, второй вход которого соединен со вторым входом испытуемого СВЧ-смесителя, выходом генератора СВЧ и вторым входом смесителя фазовой автоподстройки частоты, выход которого соединен с первым входом фазового детектора и первым входом первого смесителя промежуточной частоты, второй вход которого соединен со вторым входом второго смесителя промежуточной частоты и вторым выходом генератора опорных частот, первый выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, выход которого соединен со входом генератора СВЧ, первый вход второго смесителя промежуточной частоты соединен с первым неподвижным контактом шестого переключателя, а выход второго смесителя промежуточной частоты соединен со первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом первого смесителя промежуточной частоты, а выход компаратора соединен со вторым входом компьютера, первый вход которого соединен с выходным контактом векторного вольтметра, первый порт измерителя параметров четырехполюсников СВЧ соединен с двухканальным супергетеродинным приемником через первый вход пятого направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым неподвижным контактом второго переключателя и первым входом испытуемого СВЧ-смесителя, а второй порт измерителя параметров четырехполюсников СВЧ соединен с двухканальным супергетеродинным приемником через первый вход шестого направленного ответвителя, второй выход которого соединен с первым входом опорного СВЧ-смесителя, третьи выходы пятого и шестого направленных ответвителей соединены с первым и вторым неподвижными контактами третьего переключателя соответственно, подвижный контакт которого соединен с первым входом смесителя фазовой автоподстройки частоты, подвижный контакт шестого переключателя соединен со вторым входом измерителя отношений сигналов и выходом аттенюатора, вход которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом четвертого переключателя и первым неподвижным контактом второго переключателя, подвижный контакт которого соединен с первым входом измерителя отношений сигналов, выход которого соединен с третьим входом компьютера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сетям радиосвязи и предназначено для уменьшения издержек при передаче между терминалом (UE) и узлом (eNB) информации о состоянии терминала. Изобретение раскрывает, в частности, устройство для усовершенствования передачи вспомогательной информации об UE в сети радиосвязи.

Изобретение относится к технологиям сетевой связи. Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности сети.

Изобретение относится к способу позиционирования терминала связи. Технический результат заключается в обеспечении автоматической идентификации пространства нахождения.

На вход аппаратуры подается тестовая испытательная последовательность и выходная последовательность оконечного узла аппаратуры сравнивается с эталонной последовательностью.

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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для передачи n-фазного напряжения по оптоволоконной линии. Технический результат состоит в повышении надежности устройства за счет передачи многофазных напряжений на большие расстояния.

Изобретение относится к технике связи, а именно к области восстановления средств связи в полевых условиях, в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС). Техническим результатом изобретения является повышение достоверности определения технического состояния оборудования средств связи и повышение своевременности связи.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для виртуализация естественных окружающих радиосред для тестирования радиоустройства. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости.

Изобретение относится к беспроводной связи. Техническим результатом является обеспечение компоновки, которая позволяет не допустить неблагоприятную помеху при вторичном использовании частотного канала с малыми затратами.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться системах мобильной связи. Технический результат состоит в повышении точности измерения качества сигналов.

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.
Изобретение относится к способам определения передаточных функций (ПФ) линейных радиоэлектронных и радиотехнических систем, включая естественные и искусственные радиоканалы различных диапазонов.

Изобретение относится к калибровке инструментов, используемых для измерения поведения сигналов. Технический результат – получение характеристики сети и выполнение калибровки сети с неподдерживаемыми типами разъема, которые не отслеживают в соответствии с известными стандартами.

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при контроле амплитудно-частотных характеристик различных радиотехнических блоков. Измеритель содержит генератор качающейся частоты (ГКЧ) 1, измеряемый объект (ИО) 2, амплитудный детектор (АД) 3, делитель (Дл) 4, формирователь опорного сигнала (ФОС) 5, индикатор (ИД) 6, преобразователь частоты в напряжение (ПЧН) 7, первый дифференциатор (ДФ) 8, компаратор (КП) 9, согласующий блок (СБ) 10, масштабный усилитель (МУ) 14, амплитудный селектор (АС) 15, первый временной селектор (ВС) 16, первый декадный счетчик (ДС) 17, второй дешифратор (ДШ) 18.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении группового времени запаздывания и для определения действительного значения сдвига фаз устройств с преобразованием частоты (смесителей).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.).

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

Измеритель фазоамплитудных характеристик преобразователя частоты предназначен для определения фазовой погрешности преобразователей частоты, предназначенных для работы в широком динамическом диапазоне входных сигналов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения метрологических характеристик СВЧ-устройств. Способ заключается в том, что в устройстве для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, состоящем из двухчастотного источника первого и второго когерентных испытательных сигналов СВЧ и двухканального супергетеродинного приемника, включающего два входных полупроводниковых СВЧ-смесителя и индикатор отношений уровней сигналов, в первом и втором его каналах измеряют сумму и разность фазовых сдвигов двух полупроводниковых СВЧ-смесителей, включенных на входах двухканального супергетеродинного приемника.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Технический результат заключается в повышении точности измерений. Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты состоит из измерителя параметров четырехполюсников СВЧ и двухканального супергетеродинного приемника, дополнительно введены усилитель промежуточной частоты, регулируемый аттенюатор, измеритель отношений сигналов, два направленных ответвителя и два переключателя. Связи вновь введенных и общих с прототипом элементов в совокупности образуют устройство, позволяющее исключить амплитудно-фазовую погрешность и тем самым повысить точность измерений. 1 ил.

Наверх