RU2646948C1 - Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up - Google Patents

Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up Download PDF

Info

Publication number
RU2646948C1
RU2646948C1 RU2016148974A RU2016148974A RU2646948C1 RU 2646948 C1 RU2646948 C1 RU 2646948C1 RU 2016148974 A RU2016148974 A RU 2016148974A RU 2016148974 A RU2016148974 A RU 2016148974A RU 2646948 C1 RU2646948 C1 RU 2646948C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
microwave
mixer
frequency
Prior art date
Application number
RU2016148974A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Станиславович Коротков
Даниил Русланович Фролов
Аким Алексеевич Бабенко
Антон Сергеевич Левченко
Николай Андреевич Яковенко
Александр Викторович Гноевой
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority to RU2016148974A priority Critical patent/RU2646948C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2646948C1 publication Critical patent/RU2646948C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28—Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of radio measurements and can be used for measurements of complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency upconversion (microwave mixers) when the intermediate frequency lies above the frequency of the input signal to be converted. Device is proposed for measuring the complex coefficients of transmission and reflection of microwave devices with frequency upconversion, consisting of a measuring device for the parameters of the four-terminal UHF, a test four-terminal network without frequency conversion and a two-channel superheterodyne receiver and additionally introduced into it a second reference frequency generator, a second phase detector, a second phase locked loop, a second local oscillator, an amplifier, and an adjustable attenuator.
EFFECT: technical result is to increase the accuracy of measuring the complex transmission coefficients of microwave devices with frequency conversion and enhancement of functionality.
1 cl, 1 dwg

Description

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.The invention relates to the field of radio measurements and can be used when measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up (microwave mixers), when the intermediate frequency lies above the frequency of the input converted signal.

Известно устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты, в котором у генераторов качающейся частоты первые управляющие входы соединены с выходом блока управления, с третьим входом индикатора и входом перестраиваемого генератора промежуточных частот (пат. РФ №2257592, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубл. 10.05.2006). Один из выходов генератора промежуточных частот соединен с вторым входом второго фазового детектора. Выход первого генератора качающейся частоты соединен с одним из входов первого смесителя блока фазовой автоподстройки частоты, другой вход которого соединен с выходом второго генератора качающейся частоты. Сигнальный вход опорного смесителя соединен с подвижным контактом третьего переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя. При этом подвижный контакт переключателя соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом первого переключателя.A device is known for measuring the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of quadripoles with a frequency converter, in which the oscillating frequency generators have the first control inputs connected to the output of the control unit, with a third input of the indicator and the input of a tunable intermediate frequency generator (US Pat. RF No. 2252592, IPC G01R 27 / 28 (2006.01), published on 05/10/2006). One of the outputs of the intermediate frequency generator is connected to the second input of the second phase detector. The output of the first oscillating frequency generator is connected to one of the inputs of the first mixer of the phase-locked loop, the other input of which is connected to the output of the second oscillating frequency generator. The signal input of the reference mixer is connected to the movable contact of the third switch, the first fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the fourth switch. In this case, the movable contact of the switch is connected to the output of the amplifier, the input of which is connected to the movable contact of the first switch.

Известно устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты, в котором для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик дополнительно введен полосовой перестраиваемый фильтр, сигнальный выход которого соединен с одним из входов опорного смесителя, сигнальный вход полосового перестраиваемого фильтра соединен с подвижным контактом третьего переключателя, управляющий вход полосового перестраиваемого фильтра соединен с блоком управления (пат. РФ №2276377, МПК7 G01R 27/28, опубл. 27.07.2005).A device is known for measuring the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of quadripoles with a frequency converter, in which for measuring the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics an additional tunable bandpass filter is introduced, the signal output of which is connected to one of the inputs of the reference mixer, the signal input of a tunable bandpass filter is connected to a movable the contact of the third switch, the control input of the tunable bandpass filter is connected to the control unit (US Pat. 2276377, IPC 7 G01R 27/28, publ. 27.07.2005).

Известны устройства для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты, состоящие из двух генераторов сигналов, измерительного фазового моста, включающего испытуемый и опорный четырехполюсники с преобразователем частоты и фазочувствительного индикатора отношений (пат. РФ №2276377, МПК7 G01R 27/28, опубл. 27.07.2005 и пат. РФ №2257592, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубл. 10.05.2006).Known devices for measuring the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of a four-terminal network with a frequency converter, consisting of two signal generators, a measuring phase bridge, including the test and reference four-terminal network with a frequency converter and a phase-sensitive relationship indicator (US Pat. RF No. 2276377, IPC 7 G01R 27/28 , published July 27, 2005 and Patent RF No. 2257592, IPC G01R 27/28 (2006.01), published May 10, 2006).

Известно устройство, используемое для измерения коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, состоящее из измерителя параметров четырехполюсников СВЧ, испытуемого и двух опорных смесителей. (пат. РФ №2029966 МПК7 G01R 27/28, опубл. 27.02.1995).A device is known that is used to measure the transmission coefficients of microwave devices with frequency conversion, consisting of a meter of parameters of the four-port microwave, the test and two reference mixers. (Pat. RF №2029966 MPK7 G01R 27/28, publ. 02.27.1995).

Однако перечисленные выше устройства обладают погрешностями измерения фазы комплексного коэффициента передачи испытуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты, поскольку в них не устранены и не учтены погрешности, возникающие из-за нестабильности фазового сдвига соединителей СВЧ-трактов при переключениях и подсоединениях, необходимых для реализации процедуры измерений.However, the above devices have errors in measuring the phase of the complex transfer coefficient of the tested microwave device with frequency conversion, since errors that arise due to the instability of the phase shift of the microwave path connectors during switching and connections necessary for the measurement procedure are not eliminated and not taken into account .

Такие погрешности в ограниченном диапазоне частот учтены для устройства, которое является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству (по пат. РФ №2524049, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубликованное 27.07.2014). Устройство содержит испытуемый СВЧ-четырехполюсник, измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, состоящий из генератора испытательных СВЧ-сигналов, первого переключателя и связанной с ним согласованной нагрузки, СВЧ-гетеродина, первого, второго, третьего, четвертого направленных ответвителей, векторного вольтметра с выходным контактом, первого и второго портов, испытуемого СВЧ-смесителя, опорного СВЧ-смесителя, СВЧ-генератора. В устройство дополнительно введены смеситель фазовой автоподстройки частоты, фазовый детектор, два смесителя промежуточной частоты, три переключателя, генератор опорных частот, компаратор и компьютер, образующие вместе с испытуемым СВЧ-смесителем, опорным СВЧ-смесителем и СВЧ-генератором двухканальный супергетеродинный приемник. Связи элементов данного устройства между собой образуют устройство, позволяющее определять абсолютные комплексные коэффициенты передачи и отражения испытуемого СВЧ-смесителя без выполнения переключений и переподсоединений в СВЧ-трактах.Such errors in a limited frequency range are taken into account for the device, which is the closest in technical essence to the proposed device (Pat. RF №2524049, IPC G01R 27/28 (2006.01), published July 27, 2014). The device comprises a tested microwave four-terminal, a microwave four-terminal parameter meter, consisting of a test microwave signal generator, a first switch and associated load, a microwave local oscillator, a first, second, third, fourth directional coupler, a vector voltmeter with an output contact, the first and the second ports, the tested microwave mixer, the reference microwave mixer, microwave generator. An additional phase locked loop mixer, a phase detector, two intermediate frequency mixers, three switches, a reference frequency generator, a comparator and a computer, which form a two-channel superheterodyne receiver together with the tested microwave mixer, a reference microwave mixer and a microwave generator, are additionally introduced into the device. The connections of the elements of this device to each other form a device that allows you to determine the absolute complex transmission and reflection coefficients of the tested microwave mixer without switching and reconnecting in the microwave paths.

Однако это устройство имеет ограниченные возможности, поскольку его погрешность измерения, возникающая за счет нестабильности механических соединений в радиочастотных трактах незначительна лишь на низких промежуточных частотах испытуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты, и она увеличивается с ростом промежуточной частоты. Поэтому такое устройство не позволяет измерять с высокой точностью комплексные коэффициенты передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх.However, this device has limited capabilities, since its measurement error arising due to the instability of mechanical connections in the radio frequency paths is insignificant only at low intermediate frequencies of the tested microwave device with frequency conversion, and it increases with increasing intermediate frequency. Therefore, such a device does not allow measuring with high accuracy the complex transmission coefficients of microwave devices with frequency conversion up.

Техническим результатом является повышение точности измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты и расширение функциональных возможностей, за счет измерения параметров СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх.The technical result is to increase the accuracy of measuring the complex transmission coefficients of microwave devices with frequency conversion and expanding functionality by measuring the parameters of microwave devices with frequency conversion up.

Для достижения технического результата предлагается устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх, состоящее из измерителя параметров четырехполюсников СВЧ, испытуемого четырехполюсника без преобразования частоты и двухканального супергетеродинного приемника.To achieve a technical result, a device is proposed for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion upward, consisting of a microwave quadrupole parameter meter, a tested quadrupole without frequency conversion and a two-channel superheterodyne receiver.

Измеритель параметров четырехполюсников СВЧ содержит генератор испытательных СВЧ-сигналов, соединенный с первым переключателем, первый, второй, третий, четвертый направленные ответвители, векторный вольтметр с 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. В зависимости от положения подвижного контакта первого переключателя к его неподвижным контактам подсоединена согласованная нагрузка. Выходы вторичных каналов первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами векторного вольтметра соответственно.The microwave quadrupole parameter meter contains a test microwave signal generator connected to the first switch, the first, second, third, fourth directional couplers, a vector voltmeter with an output contact being the output contact of the microwave quadrupole parameters meter, the first and second ports. The first switch is connected by a first fixed contact to the first input of the first directional coupler, the second output of which is connected to the first input of the third directional coupler, the second output of which is connected to the two-channel superheterodyne receiver through the first port of the microwave four-terminal parameter meter. Depending on the position of the movable contact of the first switch, a matched load is connected to its fixed contacts. The outputs of the secondary channels of the first, second, third and fourth directional couplers are connected to the first, second, third and fourth inputs of the vector voltmeter, respectively.

В состав двухканального супергетеродинного приемника входят испытуемый и опорный СВЧ-смесители, первый и второй смесители фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), первый и второй фазовые детекторы, первый и второй гетеродины, первый и второй генераторы опорных частот, первый и второй смесители промежуточной частоты, усилитель, регулируемый аттенюатор, второй, третий, четвертый переключатели, компьютер, компаратор.The composition of the two-channel superheterodyne receiver includes the test and reference microwave mixers, the first and second phase locked loop (PLL), the first and second phase detectors, the first and second local oscillators, the first and second reference frequency generators, the first and second intermediate frequency mixers, an amplifier , adjustable attenuator, second, third, fourth switches, computer, comparator.

Выход генератора испытательных СВЧ-сигналов соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с входом первичного канала первого направленного ответвителя, выход которого соединен с входом первичного канала третьего направленного ответвителя, выход которого через первый порт измерителя параметров четырехполюсников СВЧ соединен с первым входом испытуемого СВЧ-смесителя. Первый вход опорного СВЧ-смесителя через второй порт измерителя параметров четырехполюсников СВЧ соединен с выходом первичного канала четвертого направленного ответвителя, вход первичного канала которого соединен с выходом первичного канала второго направленного ответвителя, вход первичного канала которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя, к которому может быть присоединена связанная с ним согласованная нагрузка. Выходы вторичных каналов первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей присоединены к первому, второму, третьему и четвертому входам векторного вольтметра соответственно, выход которого через выходной контакт измерителя параметров четырехполюсников СВЧ соединен с первым входом компьютера. Третий выход испытуемого СВЧ-смесителя соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом третьего переключателя, подвижный контакт которого соединен с третьим выходом опорного СВЧ-смесителя. Выход первого смесителя ФАПЧ соединен с первым входом первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого генератора опорных частот. Выход первого фазового детектора соединен с входом первого гетеродина, выход которого соединен с первым входом второго смесителя ФАПЧ, второй вход которого соединен одновременно с выходом второго гетеродина и вторым входом первого смесителя промежуточной частоты, первый вход которого соединен одновременно с первым входом первого смесителя ФАПЧ и выходом генератора испытательных СВЧ-сигналов. Выход первого смесителя промежуточной частоты соединен со вторым входом второго смесителя промежуточной частоты, первый вход которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом аттенюатора, вход которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя. Второй неподвижный контакт третьего переключателя соединен со вторым неподвижным контактом четвертого переключателя. Выход второго смесителя промежуточной частоты соединен со вторым входом компаратора, первый вход которого соединен одновременно с выходом второго генератора опорных частот и первым входом второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго смесителя ФАПЧ, первый вход которого соединен одновременно с выходом первого гетеродина и вторыми входами испытуемого смесителя СВЧ, опорного СВЧ-смесителя и первого смесителя ФАПЧ. Выход компаратора соединен со вторым входом компьютера, а выход второго фазового детектора соединен с входом второго гетеродина.The output of the test microwave signal generator is connected to the movable contact of the first switch, the first fixed contact of which is connected to the input of the primary channel of the first directional coupler, the output of which is connected to the input of the primary channel of the third directional coupler, the output of which is connected to the first input through the first port of the microwave quadrupole parameter meter of the tested microwave mixer. The first input of the microwave reference mixer through the second port of the microwave quadrupole parameter meter is connected to the output of the primary channel of the fourth directional coupler, the input of the primary channel of which is connected to the output of the primary channel of the second directional coupler, the input of the primary channel of which is connected to the second fixed contact of the first switch, to which the associated agreed load be connected. The outputs of the secondary channels of the first, second, third, and fourth directional couplers are connected to the first, second, third, and fourth inputs of a vector voltmeter, respectively, whose output is connected to the first input of the computer through the output terminal of the microwave four-terminal parameter meter. The third output of the tested microwave mixer is connected to the first fixed contact of the second switch, the second fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the third switch, the movable contact of which is connected to the third output of the reference microwave mixer. The output of the first PLL mixer is connected to the first input of the first phase detector, the second input of which is connected to the output of the first reference frequency generator. The output of the first phase detector is connected to the input of the first local oscillator, the output of which is connected to the first input of the second PLL mixer, the second input of which is connected simultaneously with the output of the second local oscillator and the second input of the first intermediate frequency mixer, the first input of which is connected simultaneously with the first input of the first PLL mixer and the output generator test microwave signals. The output of the first intermediate frequency mixer is connected to the second input of the second intermediate frequency mixer, the first input of which is connected to the first fixed contact of the fourth switch, the movable contact of which is connected to the output of the attenuator, the input of which is connected to the output of the amplifier, the input of which is connected to the movable contact of the second switch. The second fixed contact of the third switch is connected to the second fixed contact of the fourth switch. The output of the second intermediate frequency mixer is connected to the second input of the comparator, the first input of which is connected simultaneously with the output of the second reference frequency generator and the first input of the second phase detector, the second input of which is connected to the output of the second PLL mixer, the first input of which is connected simultaneously with the output of the first local oscillator and the second the inputs of the tested microwave mixer, the reference microwave mixer and the first PLL mixer. The output of the comparator is connected to the second input of the computer, and the output of the second phase detector is connected to the input of the second local oscillator.

Для измерения коэффициентов отражения гетеродинного и выходных портов испытуемого смесителя СВЧ, этот смеситель может быть присоединен к входным портам измерителя параметров четырехполюсников СВЧ, как испытуемый четырехполюсник без преобразования частоты.To measure the reflection coefficients of the local oscillator and the output ports of the UHF mixer under test, this mixer can be connected to the input ports of the microwave four-port parameter meter as a tested four-pole without frequency conversion.

Отличительными признаками предлагаемого устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх является введение в него: второго генератора опорных частот, второго фазового детектора, второго смесителя ФАПЧ, второго гетеродина, усилителя и регулируемого аттенюатора.Distinctive features of the proposed device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up is the introduction of a second reference frequency generator, a second phase detector, a second PLL mixer, a second local oscillator, an amplifier, and an adjustable attenuator.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх.The drawing shows a block diagram of the proposed device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up.

Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх состоит из измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 и двухканального супергетеродинного приемника 2.A device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up consists of a four-terminal parameter meter microwave 1 and a two-channel superheterodyne receiver 2.

Измеритель параметров четырехполюсников СВЧ 1 содержит генератор испытательных СВЧ-сигналов 3, соединенный с первым переключателем 4, первый 6, второй 7, третий 9, четвертый 10 направленные ответвители, векторный вольтметр 8 с выходным контактом 11, являющимся выходным контактом измерителя параметров четырехполюсников СВЧ, первый 12 и второй 13 порты и подсоединяемый к ним испытуемый четырехполюсник без преобразования частоты 14.The microwave quadrupole parameter meter 1 comprises a microwave test signal generator 3 connected to the first switch 4, first 6, second 7, third 9, fourth 10 directional couplers, a vector voltmeter 8 with output contact 11, which is the output contact of the microwave quadrupole parameters meter, first 12 and second 13 ports and the tested quadrupole connected to them without frequency conversion 14.

В состав двухканального супергетеродинного приемника входят испытуемый 15 и опорный 16 СВЧ-смесители, первый смеситель ФАПЧ 17, первый гетеродин 18, первый фазовый детектор 19, первый 20 и второй 21 генераторы опорных частот, второй фазовый детектор 22, второй смеситель ФАПЧ 23, второй гетеродин 24, первый смеситель промежуточной частоты 25, второй переключатель 26, усилитель 27, регулируемый аттенюатор 28, третий 29 и четвертый 30 переключатели, второй смеситель промежуточной частоты 31, компьютер 32, компаратор 33.The two-channel superheterodyne receiver includes the test 15 and the reference 16 microwave mixers, the first PLL 17, the first local oscillator 18, the first phase detector 19, the first 20 and second 21 reference frequency generators, the second phase detector 22, the second PLL 23, the second local oscillator 24, a first intermediate frequency mixer 25, a second switch 26, an amplifier 27, an adjustable attenuator 28, a third 29 and a fourth 30 switches, a second intermediate frequency mixer 31, a computer 32, a comparator 33.

Выход генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 соединен с подвижным контактом первого переключателя 4, первый неподвижный контакт которого соединен с входом первичного канала первого направленного ответвителя 6, второй выход которого соединен с входом первичного канала третьего направленного ответвителя 9, выход которого соединен через первый порт 12 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 соединен с первым входом испытуемого СВЧ-смесителя 15. Первый вход опорного СВЧ-смесителя 16 через второй порт 13 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 соединен со вторым выходом первичного канала четвертого направленного ответвителя 10, вход первичного канала которого соединен со вторым выходом первичного канала второго направленного ответвителя 7, вход первичного канала которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя 4, к которому может быть присоединена связанная с ним согласованная нагрузка 5. Выходы вторичных каналов первого 6, второго 7, третьего 9 и четвертого 10 направленных ответвителей присоединены к первому, второму, третьему и четвертому входам векторного вольтметра 8 соответственно, выход которого через выходной контакт 11 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 соединен с первым входом компьютера 32. Третий выход испытуемого СВЧ-смесителя 15 соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя 26, второй неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом третьего переключателя 29, подвижный контакт которого соединен с выходом опорного СВЧ-смесителя 16. Выход первого смесителя ФАПЧ 17 соединен с первым входом первого фазового детектора 19, второй вход которого соединен с выходом первого генератора опорных частот 20. Выход первого фазового детектора 19 соединен с входом первого гетеродина 18, выход которого соединен одновременно со вторыми входами испытуемого 15 и опорного 16 смесителей СВЧ, первого смесителя ФАПЧ 17 и с первым входом второго смесителя ФАПЧ 23, второй вход которого соединен одновременно с выходом второго гетеродина 24 и вторым входом первого смесителя промежуточной частоты 25, первый вход которого соединен одновременно с первым входом первого смесителя ФАПЧ 17 и выходом генератора испытательных СВЧ-сигналов 3. Выход первого смесителя промежуточной частоты 25 соединен со вторым входом второго смесителя промежуточной частоты 31, первый вход которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя 30, подвижный контакт которого соединен с выходом аттенюатора 28, вход которого соединен с выходом усилителя 27, вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя 26. Второй неподвижный контакт третьего переключателя 29 соединен со вторым неподвижным контактом четвертого переключателя 30. Выход второго смесителя промежуточной частоты 31 соединен со вторым входом компаратора 33, первый вход которого соединен одновременно с выходом второго генератора опорных частот 21 и первым входом второго фазового детектора 22, второй вход которого соединен с выходом второго смесителя ФАПЧ 23. Выход компаратора 33 соединен со вторым входом компьютера 32, а выход второго фазового детектора 22 соединен с входом второго гетеродина 24.The output of the test microwave signal generator 3 is connected to the movable contact of the first switch 4, the first fixed contact of which is connected to the input of the primary channel of the first directional coupler 6, the second output of which is connected to the input of the primary channel of the third directional coupler 9, the output of which is connected through the first port 12 of the meter the parameters of the four-terminal microwave 1 is connected to the first input of the tested microwave mixer 15. The first input of the reference microwave mixer 16 through the second port 13 of the four-parameter YUsnikov microwave 1 is connected to the second output of the primary channel of the fourth directional coupler 10, the input of the primary channel of which is connected to the second output of the primary channel of the second directional coupler 7, the input of the primary channel of which is connected to the second fixed contact of the first switch 4, to which can be connected matched load 5. The outputs of the secondary channels of the first 6, second 7, third 9 and fourth 10 directional couplers are connected to the first, second, third and fourth the strokes of the vector voltmeter 8, respectively, the output of which through the output contact 11 of the four-terminal parameters meter of the microwave 1 is connected to the first input of the computer 32. The third output of the tested microwave mixer 15 is connected to the first fixed contact of the second switch 26, the second fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the third switch 29, the movable contact of which is connected to the output of the reference microwave mixer 16. The output of the first PLL mixer 17 is connected to the first input of the first phase detector 19, W The input of which is connected to the output of the first reference frequency generator 20. The output of the first phase detector 19 is connected to the input of the first local oscillator 18, the output of which is connected simultaneously with the second inputs of the test 15 and reference 16 microwave mixers, the first PLL 17 and the first input of the second PLL 23, the second input of which is connected simultaneously with the output of the second local oscillator 24 and the second input of the first intermediate frequency mixer 25, the first input of which is connected simultaneously with the first input of the first PLL 17 and the output ohm of the test microwave signal generator 3. The output of the first intermediate frequency mixer 25 is connected to the second input of the second intermediate frequency mixer 31, the first input of which is connected to the first fixed contact of the fourth switch 30, the movable contact of which is connected to the output of the attenuator 28, the input of which is connected to the output an amplifier 27, the input of which is connected to the movable contact of the second switch 26. The second fixed contact of the third switch 29 is connected to the second fixed contact of the fourth switch holder 30. The output of the second intermediate frequency mixer 31 is connected to the second input of the comparator 33, the first input of which is connected simultaneously with the output of the second reference frequency generator 21 and the first input of the second phase detector 22, the second input of which is connected to the output of the second PLL 23. Comparator 33 output connected to the second input of the computer 32, and the output of the second phase detector 22 is connected to the input of the second local oscillator 24.

Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх работает следующим образом.A device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up works as follows.

Перед началом любого вида измерений проводят калибровку измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 согласно одной из существующих методик ("Agilent Application Note 1287-3 "Applying Error Correction to Network Analyzer Measurements"). Целью калибровки является измерение собственных S-параметров первого 12 и второго 13 входных портов измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 с целью учета их влияния на результаты измерений. После калибровки уровни амплитуд на обоих портах 12 и 13 становятся одинаковыми, а разность начальных фаз - равной нулю.Before starting any type of measurement, calibrate the microwave 1-pole parameter meter according to one of the existing methods ("Agilent Application Note 1287-3" Applying Error Correction to Network Analyzer Measurements "). The purpose of the calibration is to measure the intrinsic S-parameters of the first 12 and second 13 input ports of the four-terminal parameters meter of microwave 1 to take into account their influence on the measurement results After calibration, the amplitude levels at both ports 12 and 13 become the same, and the difference in the initial phases becomes zero.

Ввиду того, что испытательный СВЧ-сигнал

Figure 00000001
после преобразования его частоты в первую промежуточную частоту
Figure 00000002
испытуемым 15 и опорным 16 СВЧ-смесителями по частоте больше сигнала до преобразования и находится в диапазоне СВЧ, проводят учет собственных параметров трактов первой промежуточной частоты
Figure 00000003
с целью их дальнейшего исключения из результатов измерений. В процессе калибровки измеряют аргументы (фазы) комплексных коэффициентов передачи и отражения отдельно тракта двухканального супергетеродинного приемника 2 от выхода испытуемого СВЧ-смесителя 15 до первого входа второго смесителя промежуточной частоты 31 в первом положении подвижных контактов второго 26 и четвертого 30 переключателей, при этом заранее с помощью регулируемого аттенюатора 28 устанавливают модуль комплексного коэффициента передачи от входа испытуемого СВЧ-смесителя 15 до первого входа второго смесителя промежуточной частоты 31 равным нулю с целью устранения амплитудно-фазовой погрешности, возникающей в опорном смесителе СВЧ 16 и втором смесителе промежуточной частоты 31, посредством компенсации потерь преобразования испытуемого СВЧ-смесителя 15. Затем отдельно измеряют аргументы комплексных коэффициентов передачи и отражения тракта двухканального супергетеродинного приемника 2 от выхода опорного СВЧ-смесителя 16 также до первого входа второго смесителя промежуточной частоты 31 во втором положении подвижного контакта второго переключателя 26 и первом положении подвижных контактов третьего переключателя 29 и четвертого переключателя 30, при этом заранее с помощью регулируемого аттенюатора 28 устанавливают модуль комплексного коэффициента передачи от входа опорного СВЧ-смесителя 16 до первого входа второго смесителя промежуточной частоты 31 равным нулю с целью устранения амплитудно-фазовой погрешности, возникающей во втором смесителе промежуточной частоты 31, посредством компенсации потерь преобразования опорного СВЧ-смесителя 16.Due to the fact that the test microwave signal
Figure 00000001
after converting its frequency to the first intermediate frequency
Figure 00000002
the subject 15 and the reference 16 microwave mixers in frequency more than the signal before conversion and is in the microwave range, they take into account their own parameters of the paths of the first intermediate frequency
Figure 00000003
in order to further exclude them from the measurement results. During the calibration process, the arguments (phases) of the complex transmission and reflection coefficients of the separate path of the two-channel superheterodyne receiver 2 are measured from the output of the tested microwave mixer 15 to the first input of the second intermediate frequency mixer 31 in the first position of the movable contacts of the second 26 and fourth 30 switches, using the adjustable attenuator 28, the module of the complex transfer coefficient is established from the input of the tested microwave mixer 15 to the first input of the second mixer of the intermediate part you 31 equal to zero in order to eliminate the amplitude-phase error that occurs in the microwave reference mixer 16 and the second intermediate frequency mixer 31 by compensating for the conversion loss of the tested microwave mixer 15. Then, the arguments of the complex transmission and reflection coefficients of the channel of the two-channel superheterodyne receiver 2 from the output of the reference microwave mixer 16 also before the first input of the second mixer of the intermediate frequency 31 in the second position of the movable contact of the second switch 26 and the first polo the moving contacts of the third switch 29 and the fourth switch 30, while in advance using the adjustable attenuator 28 set the module of the complex transfer coefficient from the input of the reference microwave mixer 16 to the first input of the second mixer of the intermediate frequency 31 equal to zero in order to eliminate the amplitude-phase error that occurs in the second intermediate frequency mixer 31, by compensating for conversion loss of the reference microwave mixer 16.

Для проведения всех этих измерений параметров трактов двухканального супергетеродинного приемника 2 используют измеритель параметров четырехполюсников 1, при этом промежуточная частота

Figure 00000004
должна находиться в рабочем диапазоне частот этого измерителя, а эти тракты в качестве испытуемого четырехполюсника без преобразования частоты 14 присоединяют к первому 12 и второму 13 входным портам измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1. При этом результаты измерений через выходной контакт 11 записывают в память компьютера 32.To carry out all these measurements of the parameters of the paths of the two-channel superheterodyne receiver 2, a four-terminal 1 parameter meter is used, while the intermediate frequency
Figure 00000004
should be in the operating frequency range of this meter, and these paths, as a test four-terminal without frequency conversion 14, are connected to the first 12 and second 13 input ports of the parameter meter of the four-pole microwave 1. At the same time, the measurement results are written to the computer 32 via the output contact 11.

После проведения калибровочных процедур измеряют произведение модулей и сумму аргументов (фазовых сдвигов) комплексных коэффициентов передачи последовательно включенных испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей следующим образом.After carrying out the calibration procedures, the product of the modules and the sum of the arguments (phase shifts) of the complex transmission coefficients of the successively connected test subject 15 and the reference 16 microwave mixers are measured as follows.

Испытательный СВЧ-сигнал с частотой

Figure 00000005
от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 через первый переключатель 4 в первом положении его подвижного контакта и далее через первичные каналы первого 6 и третьего 9 направленных ответвителей и первый входной порт 12 измерителя параметров четырехполюсников 1 подают на первый, являющийся сигнальным, вход испытуемого СВЧ-смесителя 15, на второй, являющийся гетеродинным, вход которого поступает сигнал с частотой
Figure 00000006
от первого гетеродина 18, не обязательно лежащий в диапазоне СВЧ. Образовавшийся в результате гетеродинного преобразования частоты сигнал суммарной первой промежуточной частоты
Figure 00000007
в испытуемом СВЧ-смесителе 15 с его выхода 3 через второй переключатель 26 в первом положении, усилитель 27 и регулируемый аттенюатор 28 и далее через четвертый 30 и третий 29 переключатели во втором положении их подвижных контактов подают на третий выход, используя его как сигнальный вход, опорного смесителя СВЧ 16. При этом на третьем выходе опорного смесителя СВЧ 16 сигнал первой промежуточной частоты
Figure 00000008
будет ослаблен на величину потерь преобразования в испытуемом смесителе СВЧ 15, если не использовать усиление с помощью последовательно включенных усилителя 27 и регулируемого аттенюатора 28. Это повлечет возникновение амплитудно-фазовой погрешности при дальнейших измерениях разности фаз и отношения модулей комплексных коэффициентов передачи испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей, так как при этих измерениях испытательный сигнал СВЧ будет поступать на первый вход опорного СВЧ-смесителя 16 от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 напрямую, без ослабления. Именно с целью устранения описанной выше погрешности в процедуру калибровки была введена процедура исключения амплитудно-фазовой погрешности и измерен суммарный комплексный коэффициент передачи последовательно включенных усилителя 27 и регулируемого аттенюатора 28, результат измерений которого занесен в память компьютера 32 и он будет исключаться из результатов измерений суммы и разности аргументов, а также произведения и отношения потерь преобразования испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей.Microwave Test Frequency
Figure 00000005
from the generator of the test microwave signals 3 through the first switch 4 in the first position of its movable contact and then through the primary channels of the first 6 and third 9 directional couplers and the first input port 12 of the four-terminal parameter meter 1 is fed to the first, which is a signal, input of the tested microwave mixer 15, to the second, which is heterodyne, the input of which receives a signal with a frequency
Figure 00000006
from the first local oscillator 18, not necessarily lying in the microwave range. The signal of the total first intermediate frequency formed as a result of heterodyne frequency conversion
Figure 00000007
in the tested microwave mixer 15 from its output 3 through the second switch 26 in the first position, the amplifier 27 and the adjustable attenuator 28 and then through the fourth 30 and third 29 switches in the second position of their movable contacts are fed to the third output, using it as a signal input, microwave mixer reference 16. In this case, at the third output of the microwave mixer reference 16, the signal of the first intermediate frequency
Figure 00000008
will be attenuated by the amount of conversion loss in the microwave mixer under test 15, if you do not use amplification with the help of a series-connected amplifier 27 and an adjustable attenuator 28. This will lead to the appearance of an amplitude-phase error in further measurements of the phase difference and the ratio of the modules of the complex transmission coefficients of test 15 and reference 16 Microwave mixers, since during these measurements the microwave test signal will be supplied to the first input of the reference microwave mixer 16 from the generator of test microwave signals 3 on straight, without weakening. In order to eliminate the error described above, the procedure for eliminating the amplitude-phase error was introduced into the calibration procedure and the total complex transfer coefficient of the series-connected amplifier 27 and the adjustable attenuator 28 was measured, the measurement result of which is stored in the computer 32 and it will be excluded from the measurement results of the sum and the difference of the arguments, as well as the product and the loss ratio of the conversion of test 15 and reference 16 microwave mixers.

Величину суммарного сдвига фаз ∑ϕ=ϕ15+ϕ16 испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей и их суммарных потерь преобразования ∑К=К15⋅К16 между первым 12 и вторым 13 портами измерителя параметров четырехполюсников 1, регистрируют по разности фаз и отношению амплитуд сигналов, поступающих со вторичных каналов первого 6 и четвертого 10 направленных ответвителей на первый и четвертый входы векторного вольтметра 8 соответственно. Величины ∑ϕ и ∑К с выхода векторного вольтметра 8 через выходной контакт 11 записывают в память компьютера 32 через его первый вход.The value of the total phase shift ∑ϕ = ϕ 15 + ϕ 16 of test 15 and the reference 16 microwave mixers and their total conversion loss потерьК = К 15 ⋅К 16 between the first 12 and second 13 ports of the four-terminal 1 parameter meter is recorded by the phase difference and the ratio of the amplitudes of the signals coming from the secondary channels of the first 6 and fourth 10 directional couplers to the first and fourth inputs of the vector voltmeter 8, respectively. The values of ∑ϕ and ∑K from the output of the vector voltmeter 8 through the output pin 11 are recorded in the memory of the computer 32 through its first input.

Частота сигнала переменной суммарной первой промежуточной частоты

Figure 00000009
поддерживается постоянной с помощью системы ФАПЧ, состоящей из первого смесителя ФАПЧ 17, первого фазового детектора 19 и первого генератора опорных частот 20. Величина первой промежуточной частоты
Figure 00000010
может изменяться в широких пределах и задается с помощью первого генератора опорных частот 20. Диапазон частот, синтезируемых первым опорным генератором опорных частот 20, может быть как выше, так и ниже диапазона частот генератора испытательных СВЧ-сигналов или совпадать с ними. На первый вход первого смесителя ФАПЧ 17 подают часть испытательного сигнала СВЧ с частотой
Figure 00000011
от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3, на второй вход этого смесителя поступает сигнал с частотой
Figure 00000012
от первого гетеродина 18. Сигнал выхода первого смесителя ФАПЧ 17, равный по частоте
Figure 00000013
подают на первый вход первого фазового детектора 19, на второй вход которого поступает сигнал с выхода первого генератора опорных частот 20. Сигнал ошибки с выхода первого фазового детектора 19 подают на вход первого гетеродина 18, в результате чего его частота
Figure 00000014
перестраивается синхронно с частотой
Figure 00000015
испытательных СВЧ-сигналов, так, что их суммарная частота равна выбранной с помощью первого генератора опорных частот 20 первой промежуточной частоте
Figure 00000016
с точностью до разности фаз.Signal frequency of the variable total first intermediate frequency
Figure 00000009
maintained constant using the PLL system, consisting of the first PLL mixer 17, the first phase detector 19 and the first reference frequency generator 20. The value of the first intermediate frequency
Figure 00000010
can vary within wide limits and is set using the first reference frequency generator 20. The frequency range synthesized by the first reference reference frequency generator 20 can be either above or below the frequency range of the test microwave signal generator or coincide with them. At the first input of the first PLL 17, a portion of the microwave test signal is supplied with a frequency
Figure 00000011
from the generator of the test microwave signals 3, the second input of this mixer receives a signal with a frequency
Figure 00000012
from the first local oscillator 18. The output signal of the first PLL 17 mixer, equal in frequency
Figure 00000013
fed to the first input of the first phase detector 19, the second input of which receives a signal from the output of the first reference frequency generator 20. An error signal from the output of the first phase detector 19 is fed to the input of the first local oscillator 18, as a result of which its frequency
Figure 00000014
tuned synchronously with frequency
Figure 00000015
test microwave signals, so that their total frequency is equal to the first intermediate frequency selected using the first reference frequency generator 20
Figure 00000016
accurate to phase difference.

В двухканальном супергетеродинном приемнике 2 с целью снижения погрешности измерений применяют двойное преобразование частоты и определяют отношение модулей и разность аргументов комплексных коэффициентов передачи испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей на относительно низкой постоянной второй промежуточной частоте

Figure 00000017
In a two-channel superheterodyne receiver 2, in order to reduce the measurement error, a double frequency conversion is used and the ratio of the modules and the difference of the arguments of the complex transfer coefficients of the test 15 and the reference 16 microwave mixers at a relatively low constant second intermediate frequency are determined
Figure 00000017

Для этого применяют второй гетеродин 24, охваченный системой ФАПЧ, состоящей из второго смесителя ФАПЧ 23, второго фазового детектора 22 и второго опорного генератора 21, фиксированная относительно низкая частота которого равна второй промежуточной частоте

Figure 00000018
Частоту дополнительного сигнала
Figure 00000019
второго гетеродина 24 устанавливают равной сумме частот
Figure 00000020
первого гетеродина 18 и второго опорного сигнала
Figure 00000021
так что
Figure 00000022
Часть сигнала от первого гетеродина 18 с частотой
Figure 00000023
подают на первый вход второго смесителя ФАПЧ 23, на второй вход которого поступает часть сигнала с частотой
Figure 00000024
с выхода второго гетеродина 24. Образовавшийся сигнал, равный разности частот
Figure 00000025
первого гетеродина 18 и
Figure 00000026
второго гетеродина 24, подают с выхода второго смесителя ФАПЧ 23 на второй вход второго фазового детектора 22, на первый вход которого поступает сигнал от второго опорного генератора 21 с частотой
Figure 00000027
Сигнал ошибки с выхода второго фазового детектора 22 подают на вход второго гетеродина 24, управляющий его частотой так, что при перестройке первого гетеродина 18 по частоте синхронно с генератором испытательных СВЧ-сигналов 3 разность частот между первым 18 и вторым 24 гетеродинами равна второй постоянной промежуточной частоте, задаваемой вторым генератором опорных частот 21.For this, a second local oscillator 24 is used, covered by a PLL system consisting of a second PLL 23, a second phase detector 22 and a second reference oscillator 21, the fixed relatively low frequency of which is equal to the second intermediate frequency
Figure 00000018
Auxiliary signal frequency
Figure 00000019
the second local oscillator 24 is set equal to the sum of the frequencies
Figure 00000020
the first local oscillator 18 and the second reference signal
Figure 00000021
so that
Figure 00000022
Part of the signal from the first local oscillator 18 with a frequency
Figure 00000023
fed to the first input of the second mixer PLL 23, the second input of which receives part of the signal with a frequency
Figure 00000024
from the output of the second local oscillator 24. The resulting signal is equal to the frequency difference
Figure 00000025
the first local oscillator 18 and
Figure 00000026
the second local oscillator 24, is fed from the output of the second PLL 23 to the second input of the second phase detector 22, the first input of which receives a signal from the second reference generator 21 with a frequency
Figure 00000027
An error signal from the output of the second phase detector 22 is fed to the input of the second local oscillator 24, which controls its frequency so that when the first local oscillator 18 is tuned in frequency, in synchronism with the test microwave signal generator 3, the frequency difference between the first 18 and second 24 local oscillators is equal to the second constant intermediate frequency set by the second reference frequency generator 21.

Затем определяют отношение потерь преобразования и разность аргументов комплексных коэффициентов передачи испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей. Эти измерения проводят путем поочередного сравнения амплитуды и фазы испытательного сигнала первой промежуточной частоты

Figure 00000028
с выходов испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей, преобразованных во вторую промежуточную частоту
Figure 00000029
с опорным сигналом той же второй промежуточной частоты
Figure 00000030
в компараторе 33. Опорный сигнал второй промежуточной частоты
Figure 00000031
на первый вход компаратора 33 подают из второго опорного генератора 21. Преобразование сигнала первой промежуточной частоты
Figure 00000032
с выходов испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей во вторую промежуточную частоту
Figure 00000033
осуществляют с помощью сигналов третьей промежуточной частоты
Figure 00000034
полученной путем сложения частоты
Figure 00000035
сигнала от второго гетеродина 24 с частотой испытательного СВЧ-сигнала
Figure 00000036
поступающего от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3, которые подают на второй и первый входы первого смесителя промежуточной частоты 25 соответственно. Полученный сигнал третьей промежуточной частоты
Figure 00000037
с выхода первого смесителя промежуточной частоты 25 поступает на второй вход второго смесителя промежуточной частоты 31, на первый вход которого поочередно подают сигнал первой промежуточной частоты
Figure 00000038
Полученный в результате преобразования сигнал разностной частоты
Figure 00000039
, равный второй промежуточной частоте с выхода второго смесителя промежуточной частоты 31, поступает на второй вход компаратора 33, в котором измеряют отношение амплитуд и разность сигналов второй промежуточной частоты
Figure 00000040
поступающих на первый и второй входы этого компаратора.Then, the ratio of conversion losses and the difference of the arguments of the complex transfer coefficients of test 15 and reference 16 microwave mixers are determined. These measurements are carried out by alternately comparing the amplitude and phase of the test signal of the first intermediate frequency
Figure 00000028
from the outputs of test 15 and reference 16 microwave mixers converted to a second intermediate frequency
Figure 00000029
with a reference signal of the same second intermediate frequency
Figure 00000030
in the comparator 33. The reference signal of the second intermediate frequency
Figure 00000031
the first input of the comparator 33 is fed from the second reference generator 21. The signal conversion of the first intermediate frequency
Figure 00000032
from the outputs of test 15 and reference 16 microwave mixers to the second intermediate frequency
Figure 00000033
carried out using signals of the third intermediate frequency
Figure 00000034
obtained by adding the frequency
Figure 00000035
the signal from the second local oscillator 24 with the frequency of the test microwave signal
Figure 00000036
coming from the generator of the test microwave signals 3, which are fed to the second and first inputs of the first intermediate frequency mixer 25, respectively. Received third intermediate frequency signal
Figure 00000037
from the output of the first intermediate frequency mixer 25 is fed to the second input of the second intermediate frequency mixer 31, the first input of which is alternately fed a signal of the first intermediate frequency
Figure 00000038
The resulting differential frequency signal
Figure 00000039
equal to the second intermediate frequency from the output of the second mixer of the intermediate frequency 31, is fed to the second input of the comparator 33, in which the ratio of the amplitudes and the difference of the signals of the second intermediate frequency are measured
Figure 00000040
entering the first and second inputs of this comparator.

Измерение разности сдвигов фаз Δϕ и отношения коэффициентов передачи ΔК испытуемого 15 и опорного 16 смесителей СВЧ проводят следующим образом.The measurement of the phase difference Δϕ and the ratio of the transmission coefficients ΔK of the test 15 and the reference 16 microwave mixers is carried out as follows.

Испытательный сигнал первой переменной промежуточной частоты

Figure 00000041
при переведенных в первое положение подвижных контактах первого 4, второго 26 и четвертого 30 переключателей подают сначала с выхода испытуемого СВЧ-смесителя 15 через усилитель 27 и аттенюатор 28 на первый вход второго смесителя промежуточной частоты 31. На второй гетеродинный вход второго смесителя промежуточной частоты 31 поступает сигнал третьей промежуточной частоты
Figure 00000042
с выхода первого смесителя промежуточной частоты 25, равный
Figure 00000043
Сигнал разностной частоты
Figure 00000044
с выхода второго смесителя промежуточной частоты 31 подают на второй вход компаратора 33, на первый вход которого поступает опорный сигнал второй промежуточной частоты
Figure 00000045
с выхода второго генератора опорных частот 21. Учитывая, что после калибровки измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1 уровни амплитуд и начальные фазы на его портах 12 и 13 равны между собой, при этом у порта 12 амплитуда равна U12, а порта 13 - U13 и U12=U13, начальные фазы сигналов принимают равными нулю. Таким образом, в компараторе 33 производят измерения разности фаз
Figure 00000046
и отношения коэффициентов передачи
Figure 00000047
между сигналом от испытуемого смесителя СВЧ 15 и опорного сигнала второй промежуточной частоты
Figure 00000048
результаты которых заносят в память компьютера 32, где исключаются коэффициент передачи
Figure 00000049
и фазовый сдвиг
Figure 00000050
последовательно соединенных усилителя 27 и аттенюатора 28, измеренные в процессе исключения амплитудно-фазовой погрешности, вызванной потерями преобразования испытуемого СВЧ-смесителя 15.Test signal of the first variable intermediate frequency
Figure 00000041
when the movable contacts of the first 4, second 26, and fourth 30 are moved to the first position, the switches are first fed from the output of the tested microwave mixer 15 through the amplifier 27 and attenuator 28 to the first input of the second intermediate frequency mixer 31. The second heterodyne input of the second intermediate frequency mixer 31 third intermediate frequency signal
Figure 00000042
from the output of the first intermediate frequency mixer 25, equal
Figure 00000043
Differential frequency signal
Figure 00000044
from the output of the second intermediate frequency mixer 31 is fed to the second input of the comparator 33, the first input of which receives the reference signal of the second intermediate frequency
Figure 00000045
from the output of the second reference frequency generator 21. Given that, after calibrating the microwave four-terminal parameter meter, the amplitude levels and initial phases at its ports 12 and 13 are equal to each other, while at port 12 the amplitude is U 12 and port 13 is U 13 and U 12 = U 13 , the initial phases of the signals are taken equal to zero. Thus, in the comparator 33 measure the phase difference
Figure 00000046
and gear ratios
Figure 00000047
between the signal from the microwave mixer under test 15 and the reference signal of the second intermediate frequency
Figure 00000048
the results of which are recorded in the memory of the computer 32, where the transmission coefficient is excluded
Figure 00000049
and phase shift
Figure 00000050
connected in series with the amplifier 27 and the attenuator 28, measured in the process of eliminating the amplitude-phase error caused by the conversion loss of the tested microwave mixer 15.

Затем испытательный сигнал первой переменной промежуточной частоты

Figure 00000051
при переведенном во второе положение подвижном контакте первого переключателя 4, во втором положении подвижного контакта второго переключателя 26 и первом положении подвижных контактов третьего 29 и четвертого 30 переключателей подают с выхода опорного СВЧ-смесителя 16 через усилитель 27 и аттенюатор 28 на первый вход второго смесителя промежуточной частоты 31. Таким образом, при тех же условиях, что и при измерении разности фаз и отношения коэффициентов передачи между сигналом от испытуемого смесителя СВЧ 15 и опорного сигнала второй промежуточной частоты
Figure 00000052
проводят измерения разности фаз
Figure 00000053
и отношения коэффициентов передачи
Figure 00000054
между сигналом от опорного смесителя СВЧ 16 и опорного сигнала второй промежуточной частоты
Figure 00000055
В компьютере 32 вычисляют отношение коэффициентов передачи испытуемого смесителя 15 и опорного смесителя 16, учитывая, что U12=U13 и исключенные
Figure 00000056
и
Figure 00000057
в виде:Then the test signal of the first variable intermediate frequency
Figure 00000051
when the movable contact of the first switch 4 is translated to the second position, in the second position of the movable contact of the second switch 26 and the first position of the movable contacts of the third 29 and fourth 30 switches are fed from the output of the microwave reference mixer 16 through the amplifier 27 and attenuator 28 to the first input of the second intermediate mixer frequency 31. Thus, under the same conditions as when measuring the phase difference and the ratio of transmission coefficients between the signal from the tested microwave frequency mixer 15 and the reference signal, the second interval full-time frequency
Figure 00000052
phase difference measurements
Figure 00000053
and gear ratios
Figure 00000054
between the signal from the microwave reference mixer 16 and the second intermediate frequency reference signal
Figure 00000055
The computer 32 calculates the ratio of the transmission coefficients of the test mixer 15 and the reference mixer 16, given that U 12 = U 13 and excluded
Figure 00000056
and
Figure 00000057
as:

Figure 00000058
Figure 00000058

Разность сдвигов фаз между испытуемым 15 и опорным 16 смесителями, учитывая равенство начальных фаз сигналов на входных портах измерителя параметров четырехполюсников 1 и исключенные

Figure 00000059
и
Figure 00000060
вычисляют в виде:The difference in phase shifts between test 15 and reference 16 mixers, given the equality of the initial phases of the signals at the input ports of the four-terminal 1 parameter meter and excluded
Figure 00000059
and
Figure 00000060
calculated as:

Figure 00000061
Figure 00000061

Полученные значения ΔК и Δϕ с выхода компаратора 33 фиксируют в памяти компьютера 32 через его второй вход.The obtained values of ΔK and Δϕ from the output of the comparator 33 are recorded in the memory of the computer 32 through its second input.

После измерения суммы и разности коэффициентов передачи и сдвигов фаз испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей вычисляют истинные модули и фазовые сдвиги комплексных коэффициентов передачи испытуемого СВЧ-смесителя 15. Расчеты производят следующим образом.After measuring the sum and difference of the transfer coefficients and phase shifts of test 15 and reference 16 microwave mixers, the true modules and phase shifts of the complex transfer coefficients of the test microwave mixer 15 are calculated. The calculations are as follows.

В памяти компьютера 32 имеется ранее вычисленное произведение модулей ∑К=К15⋅К16 комплексных коэффициентов передачи последовательно включенных испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей. Там имеется и отношение модулей комплексных коэффициентов передачи

Figure 00000062
полученное в результате параллельных измерений испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей. В компьютере 32 решается система уравненийIn the memory of computer 32 there is a previously calculated product of modules ∑К = К 15 передачиК 16 of complex transmission coefficients of the test 15 and the reference 16 microwave mixers connected in series. There is also a ratio of modules of complex transmission coefficients
Figure 00000062
obtained as a result of parallel measurements of test subject 15 and reference 16 microwave mixers. In computer 32, a system of equations is solved

Figure 00000063
Figure 00000063

В результате чего находят истинные значения модулей комплексных коэффициентов передачи испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей, соответственно в виде:As a result, the true values of the moduli of the complex transfer coefficients of test 15 and reference 16 microwave mixers are found, respectively, in the form:

Figure 00000064
Figure 00000065
Figure 00000064
Figure 00000065

В памяти компьютера 32 также имеется полученное в результате последовательного включения испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей значение суммы их сдвигов фаз ϕ15+ϕ16=∑ϕ. К тому же в его памяти находится значение разности сдвигов фаз ϕ15-ϕ16=Δϕ, полученное в результате параллельных измерений испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей. В результате решения системы уравнений:The computer 32 also has in its memory the value of the sum of their phase shifts ϕ 15 + ϕ 16 = получϕ obtained as a result of successive switching on of test 15 and reference 16 microwave mixers. In addition, in his memory is the value of the phase difference ϕ 15 -ϕ 16 = Δϕ, obtained as a result of parallel measurements of the test 15 and the reference 16 microwave mixers. As a result of solving the system of equations:

Figure 00000066
Figure 00000066

Находят истинные значения фазовых сдвигов испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей соответственно в виде:The true values of the phase shifts of test 15 and reference 16 microwave mixers are found, respectively, in the form:

Figure 00000067
Figure 00000068
Figure 00000067
Figure 00000068

Полученные истинные значения модуля и фазы комплексного коэффициента передачи испытуемого СВЧ-смесителя 15 выводятся на дисплей компьютера 32 на выбранной частотной точке рабочего диапазона частот генератора испытательных СВЧ-сигналов 3, а также на выбранной с помощью первого опорного генератора 20 первой промежуточной частоте

Figure 00000069
в виде амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик испытуемого СВЧ-смесителя 15 в панорамном режиме его испытаний при автоматическом режиме качания частоты генератора испытательных СВЧ-сигналов 3, первого 18 и второго 24 гетеродинов и первого 20, и второго 21 генераторов опорных частот в их рабочем диапазоне частот.The obtained true values of the module and phase of the complex transfer coefficient of the tested microwave mixer 15 are displayed on the computer 32 at the selected frequency point of the operating frequency range of the test microwave signal generator 3, as well as at the first intermediate frequency selected using the first reference generator 20
Figure 00000069
in the form of the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the tested microwave mixer 15 in the panoramic test mode with automatic frequency sweep of the generator of the test microwave signals 3, the first 18 and second 24 local oscillators and the first 20 and second 21 reference frequency generators in their operating range frequencies.

Для измерения комплексного коэффициента отражения испытуемого СВЧ-смесителя 15 в реальном рабочем режиме его эксплуатации с помощью векторного вольтметра 8 измеряют отношение амплитуды и разности фаз сигналов на его первом и третьем входах, выводя результат измерений на дисплей компьютера 32 через выходной контакт 11 измерителя параметров четырехполюсников СВЧ 1. С целью устранения влияния паразитных сигналов, возникающих в испытуемом СВЧ-смесителе, применяют гетеродинное преобразование частоты сигналов, поступающих на входы векторного вольтметра 8 с помощью СВЧ-гетеродинов этого вольтметра.To measure the complex reflection coefficient of the tested microwave mixer 15 in the real operating mode of its operation using a vector voltmeter 8, the ratio of the amplitude and phase difference of the signals at its first and third inputs is measured, displaying the measurement result on the computer 32 via output pin 11 of the microwave quadrupole parameter meter 1. In order to eliminate the influence of spurious signals arising in the tested microwave mixer, heterodyne frequency conversion of the signals received at the inputs of the vector voltmeter 8 via microwave oscillators of the voltmeter.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить новые функциональные возможности и реализовать новые виды измерений комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх с одновременным повышением точности измерений по сравнению с прототипом.Thus, the proposed device allows you to get new functionality and implement new types of measurements of the complex transmission coefficients of microwave devices with frequency conversion up with a simultaneous increase in measurement accuracy compared to the prototype.

Claims (1)

Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх, содержащее испытуемый СВЧ-четырехполюсник без преобразования частоты, 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, первого и второго портов, двухканальный супергетеродинный приемник, состоящий из испытуемого и опорного СВЧ-смесителей, первого смесителя фазовой автоподстройки частоты, первого гетеродина, первого фазового детектора, первого генератора опорных частот, первого смесителя промежуточной частоты, второго, третьего и четвертого переключателей, второго смесителя промежуточной частоты, компьютера и компаратора, причем выход генератора испытательных СВЧ-сигналов соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с входом первичного канала первого направленного ответвителя, выход которого соединен со входом первичного канала третьего направленного ответвителя, выход которого соединен с первым портом, который соединен с первым входом испытуемого СВЧ-смесителя, первый вход опорного СВЧ-смесителя соединен со вторым портом, соединенным с выходом первичного канала четвертого направленного ответвителя, вход которого соединен с выходом первичного канала второго направленного ответвителя, вход которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя, выходы вторичных каналов первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами векторного вольтметра соответственно, выход которого соединен с выходным контактом, первый переключатель связан с согласованной нагрузкой, при этом выход испытуемого СВЧ-смесителя соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом третьего переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом четвертого переключателя, а подвижный контакт третьего переключателя соединен с выходом опорного СВЧ-смесителя, второй вход которого соединен одновременно со вторым входом испытуемого СВЧ-смесителя, выходом первого гетеродина и вторым входом первого смесителя фазовой автоподстройки частоты, первый вход которого соединен с выходом генератора испытательных СВЧ-сигналов и первым входом первого смесителя промежуточной частоты, выход первого смесителя фазовой автоподстройки частоты соединен с первым входом первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого генератора опорных частот, а выход первого фазового детектора соединен с входом первого гетеродина, первый вход второго смесителя промежуточной частоты соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, а второй его вход соединен с выходом первого смесителя промежуточной частоты, выход второго смесителя промежуточной частоты соединен со вторым входом компаратора, выход которого соединен со вторым входом компьютера, первый вход которого соединен с выходным контактом векторного вольтметра, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй генератор опорных частот, второй фазовый детектор, второй смеситель фазовой автоподстройки частоты, второй гетеродин, усилитель и регулируемый аттенюатор, при этом подвижный контакт четвертого переключателя соединен с выходом аттенюатора, вход которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с подвижным контактом второго переключателя, первый вход компаратора соединен с выходом второго генератора опорных частот и первым входом второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго смесителя фазовой автоподстройки частоты, первый вход которого соединен с выходом первого гетеродина и вторым входом опорного СВЧ-смесителя, вторым входом испытуемого СВЧ-смесителя, вторым входом первого смесителя фазовой автоподстройки частоты, а второй вход этого смесителя соединен со вторым входом первого смесителя промежуточной частоты и выходом второго гетеродина, вход которого соединен с выходом второго фазового детектора.A device for measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up, containing the tested microwave four-terminal without frequency conversion, a microwave four-terminal parameter meter, consisting of a test microwave signal generator, a first switch, a matched load associated with the first switch, the first , second, third, fourth directional couplers, vector voltmeter with output contact, first and second ports, two-channel superheterodyne the first receiver, consisting of the tested and reference microwave mixers, the first phase locked loop, the first local oscillator, the first phase detector, the first reference frequency generator, the first intermediate frequency mixer, the second, third and fourth switches, the second intermediate frequency mixer, a computer and a comparator moreover, the output of the generator of the test microwave signals is connected to the movable contact of the first switch, the first fixed contact of which is connected to the input of the primary channel of the first directional coupler, the output of which is connected to the input of the primary channel of the third directional coupler, the output of which is connected to the first port, which is connected to the first input of the tested microwave mixer, the first input of the reference microwave mixer is connected to the second port connected to the output of the primary channel of the fourth directional coupler the input of which is connected to the output of the primary channel of the second directional coupler, the input of which is connected to the second fixed contact of the first switch, the outputs are secondary x channels of the first, second, third and fourth directional couplers are connected to the first, second, third and fourth inputs of the vector voltmeter, respectively, the output of which is connected to the output contact, the first switch is connected to the matched load, while the output of the tested microwave mixer is connected to the first fixed the contact of the second switch, the second fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the third switch, the second fixed contact of which is connected to the second one contact of the fourth switch, and the movable contact of the third switch is connected to the output of the microwave reference mixer, the second input of which is connected simultaneously with the second input of the tested microwave mixer, the output of the first local oscillator and the second input of the first phase-locked loop, the first input of which is connected to the output of the generator microwave test signals and the first input of the first intermediate frequency mixer, the output of the first phase locked loop is connected to the first input of the first phase detector, the second input of which is connected to the output of the first reference frequency generator, and the output of the first phase detector is connected to the input of the first local oscillator, the first input of the second intermediate frequency mixer is connected to the first fixed contact of the fourth switch, and its second input is connected to the output of the first intermediate frequency mixer , the output of the second intermediate frequency mixer is connected to the second input of the comparator, the output of which is connected to the second input of the computer, the first input of which is connected to the output a contact of a vector voltmeter, characterized in that a second reference frequency generator, a second phase detector, a second phase locked loop, a second local oscillator, an amplifier and an adjustable attenuator are additionally introduced into it, while the movable contact of the fourth switch is connected to the output of the attenuator, the input of which is connected to the output of the amplifier, the input of which is connected to the movable contact of the second switch, the first input of the comparator is connected to the output of the second reference frequency generator and the first input to the second phase detector, the second input of which is connected to the output of the second phase locked loop, the first input of which is connected to the output of the first local oscillator and the second input of the microwave reference mixer, the second input of the tested microwave mixer, the second input of the first phase locked loop, and the second input this mixer is connected to the second input of the first intermediate frequency mixer and the output of the second local oscillator, the input of which is connected to the output of the second phase detector.
RU2016148974A 2016-12-13 2016-12-13 Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up RU2646948C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148974A RU2646948C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148974A RU2646948C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2646948C1 true RU2646948C1 (en) 2018-03-12

Family

ID=61627555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148974A RU2646948C1 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2646948C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1661682A1 (en) * 1989-08-07 1991-07-07 Краснодарский научно-исследовательский институт радиоизмерительной аппаратуры "Ритм" Two-port amplitude-frequency and phase-frequency characteristics meter with frequency converter
RU2029966C1 (en) * 1991-06-26 1995-02-27 Минский радиотехнический институт Method for determining frequency changer gain factor
US6690722B1 (en) * 2000-06-09 2004-02-10 Agilent Technologies, Inc. Method for characterizing frequency translation devices
RU2276377C1 (en) * 2005-03-14 2006-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (КубГУ) Device for measuring amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of four-poles with frequency transformer
DE102006035827A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Frequency conversion circuit e.g. mixer, scattering parameters measuring method, involves phase coherently measuring waves converging and returning at/from gates of frequency conversion circuit even in case of different frequencies
RU2524049C1 (en) * 2013-02-14 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Device for measuring absolute complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1661682A1 (en) * 1989-08-07 1991-07-07 Краснодарский научно-исследовательский институт радиоизмерительной аппаратуры "Ритм" Two-port amplitude-frequency and phase-frequency characteristics meter with frequency converter
RU2029966C1 (en) * 1991-06-26 1995-02-27 Минский радиотехнический институт Method for determining frequency changer gain factor
US6690722B1 (en) * 2000-06-09 2004-02-10 Agilent Technologies, Inc. Method for characterizing frequency translation devices
RU2276377C1 (en) * 2005-03-14 2006-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (КубГУ) Device for measuring amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of four-poles with frequency transformer
DE102006035827A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-20 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Frequency conversion circuit e.g. mixer, scattering parameters measuring method, involves phase coherently measuring waves converging and returning at/from gates of frequency conversion circuit even in case of different frequencies
RU2524049C1 (en) * 2013-02-14 2014-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Device for measuring absolute complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2524049C1 (en) Device for measuring absolute complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion
US10042029B2 (en) Calibration of test instrument over extended operating range
CN107271938B (en) A kind of frequency mixer vectorial property measurement method
US7592818B2 (en) Method and apparatus for measuring scattering coefficient of device under test
US9720023B2 (en) Vector network power meter
RU2687850C1 (en) Measuring device and method of determining complex transfer coefficients of microwave-mixers
CN106249066B (en) Method for calibrating a cable and corresponding measuring device
CN110581741B (en) Standing wave abnormal position detection method, equipment and medium
RU2646948C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up
RU2482504C2 (en) Method for calibration of inherent s-parameters of devices for measuring complex coefficients of transmission and reflection of microwave four-terminal devices
US10379191B2 (en) Apparatus and method for vector s-parameter measurements
RU2276377C1 (en) Device for measuring amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of four-poles with frequency transformer
RU2805381C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave quadripoles with frequency conversion
RU2621368C1 (en) Method of determining shift angle of microwave device phase with frequency transformation
RU2649861C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion
RU2682079C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion
RU2687980C1 (en) Device for measuring complex transfer coefficients and reflection of microwave devices with frequency conversion
RU2648746C1 (en) Device for measuring absolute integrated coefficients of the transmission of microwaves
Danaci et al. Automatic RF Power Sensor Calibration with Direct Comparison Transfer Method at Millimeter Wave Frequencies
RU2774501C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupoles
Korotkov et al. The method for accurate measurements of absolute phase and group delay of frequency converters
RU2673781C1 (en) Method for calibrating two-channel superheterodyne receiver in meter of complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion
Fujiwara et al. Six-port type reflectometer based on reflection measurement system using a standing wave detector in the V-band
US10151822B2 (en) Tester
Frolov et al. Analysis of methods for characterizing frequency-converting devices