RU2687980C1 - Device for measuring complex transfer coefficients and reflection of microwave devices with frequency conversion - Google Patents

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

Info

Publication number
RU2687980C1
RU2687980C1 RU2018123068A RU2018123068A RU2687980C1 RU 2687980 C1 RU2687980 C1 RU 2687980C1 RU 2018123068 A RU2018123068 A RU 2018123068A RU 2018123068 A RU2018123068 A RU 2018123068A RU 2687980 C1 RU2687980 C1 RU 2687980C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microwave
output
port
mixer
input
Prior art date
Application number
RU2018123068A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Станиславович Коротков
Аким Алексеевич Бабенко
Даниил Русланович Фролов
Дмитрий Викторович Нереуцкий
Антон Сергеевич Левченко
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 RU2018123068A priority Critical patent/RU2687980C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2687980C1 publication Critical patent/RU2687980C1/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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to a radio measuring technique and can be used to measure the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion. Essence of the disclosed solution lies in the fact that a device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion, consisting of a vector analyzer of circuits comprising a generator of test microwave signals, a first switch and a matched load associated therewith, a microwave heterodyne, a vector voltmeter, an output contact, first and second ports, first, second, third and fourth directional couplers, two-channel superheterodyne receiver containing test and reference microwave mixers, microwave generator, second, third and fourth switches, first and second intermediate frequency mixers, a reference frequency unit, a comparator, a computer, a phase-locked loop (PLL) mixer, a phase detector, additionally two microwave attenuators, two microwave amplifiers and a three-channel power divider.
EFFECT: high dynamic range of measurements of complex transmission and reflection coefficients owing to introduction of additional elements and connections between them.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств, осуществляющих преобразование частоты (СВЧ-смесителей).The invention relates to a radio measuring technique and can be used when measuring the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices that perform frequency conversion (microwave mixers).

Известно устройство для определения коэффициентов передачи преобразователей частоты, состоящие из испытуемого преобразователя частоты, двух опорных преобразователей частоты, векторного анализатора цепей, гетеродина, четырех аттенюаторов, трех полосовых фильтров, двух вентилей, делителя мощности и контроллера (патент США №6,064,694 МПК Н04В 3/46, опубл. 16.05.2000).A device is known for determining the transmission coefficients of frequency converters consisting of a frequency converter under test, two reference frequency converters, a vector network analyzer, a local oscillator, four attenuators, three band-pass filters, two gates, a power divider and a controller (US Patent No. 6,064,694 IPC H04B 3/46 , publ. 16.05.2000).

Известно устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразователем частоты (пат. РФ №2257592, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубл. 10.05.2006), содержащее первый и второй генераторы качающейся частоты, блок управления, первый и второй делители сигналов, аттенюатор, первый переключатель, первый смеситель фазовой автоподстройки частоты, второй переключатель, третий переключатель, усилитель, второй смеситель фазовой автоподстройки частоты, первый фазовый детектор, вспомогательный смеситель, опорный смеситель, четвертый переключатель, второй фазовый детектор, перестраиваемый генератор промежуточных частот, пятый переключатель, делитель промежуточной частоты, испытуемый четырехполюсник с преобразователем частоты, шестой переключатель, смесители промежуточной частоты измерительного и опорного канала, индикатор и решающий блок, дополнительно ввести делитель с переменным коэффициентом деления, делитель сигнала гетеродина, третий фазовый детектор и опорный генератор.A device for measuring the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of quadrupoles with a frequency converter (US Pat. RF №2257592, IPC G01R 27/28 (2006.01), publ. 10.05.2006), containing the first and second oscillating frequency generators, the control unit, the first and second signal splitters, attenuator, first switch, first phase locked loop mixer, second switch, third switch, amplifier, second phase locked loop mixer, first phase detector, auxiliary mixer, reference mix tel, fourth switch, second phase detector, tunable intermediate frequency generator, fifth switch, intermediate frequency divider, test quadrupole with frequency converter, sixth switch, intermediate frequency mixers of the measuring and reference channels, indicator and decisive unit, additionally introduce a divider with a variable division factor , a heterodyne signal divider, a third phase detector and a reference oscillator.

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 присоединениях, необходимых для реализации процедуры измерений. Это существенно снижает динамический диапазон измерений.However, the devices listed above have errors in measuring the phase of the complex transfer coefficient of the microwave frequency conversion device under test, since they have not eliminated and do not take into account the errors arising from the instability of the phase shift of the connectors of the microwave paths during switching . This significantly reduces the dynamic range of measurements.

Известно устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты (пат. РФ №2649861, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубл. 10.04.2018), содержащее измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, двухканальный супергетеродинный приемник, генератор испытательных СВЧ-сигналов, гетеродин СВЧ, шесть направленных ответвителей, векторный вольтметр с его выходным контактом, первый и второй порты, согласованную нагрузку, испытуемый СВЧ-смеситель, опорный СВЧ-смеситель, СВЧ-генератор, смеситель фазовой автоподстройки частоты, фазовый детектор, первый и второй смесители промежуточной частоты, усилитель промежуточной частоты, генератор опорных частот, компьютер, компаратор, шесть переключателей, измеритель отношения сигналов и регулируемый аттенюатор.A device is known for measuring complex transmission coefficients and reflections of microwave devices with frequency conversion (US Pat. Of the Russian Federation No. 2629861, IPC G01R 27/28 (2006.01), publ. 04.04.2018), which contains a four-pole microwave meter, a two-channel superheterodyne receiver, a test generator Microwave signals, microwave oscillator, six directional couplers, vector voltmeter with its output contact, first and second ports, matched load, tested microwave mixer, reference microwave mixer, microwave generator, phase self-adjusting mixer frequency, phase detector, first and second intermediate frequency mixers, intermediate frequency amplifier, reference oscillator, computer, comparator, six switches, signal ratio meter and adjustable attenuator.

В этом устройстве устранены погрешности, связанные с переключениями на СВЧ, однако не учтены паразитные сигналы, возникающие в канале гетеродина из-за недостаточной величины развязки между портами гетеродина испытуемого и опорного СВЧ-смесителей и уменьшающие динамический диапазон измерений.This device eliminated errors associated with switching to microwave, however, spurious signals occurring in the local oscillator channel due to insufficient isolation between the local oscillator ports of the test and reference microwave mixers and reducing the dynamic range of measurements are not taken into account.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является описанное в патенте РФ №2524049, МПК G01R 27/28 устройство для измерения абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее испытуемый СВЧ-четырехполюсник, измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, генератор испытательных СВЧ-сигналов, первый, второй, третий, четвертый переключатели, согласованную нагрузку, СВЧ-гетеродин, первый, второй, третий, четвертый направленные ответвители, векторный вольтметр с выходным контактом, первый и второй порты, испытуемый СВЧ-смеситель, опорный СВЧ-смеситель, СВЧ-генератор, смеситель фазовой автоподстройки частоты, фазовый детектор, первый и второй смесители промежуточной частоты, генератор опорных частот, компаратор и компьютер, образующие вместе с испытуемым СВЧ-смесителем, опорным СВЧ-смесителем и СВЧ-генератором двухканальный супергетеродинный приемник.The closest in technical essence to the proposed device is described in the patent of the Russian Federation No. 2524049, IPC G01R 27/28 device for measuring the absolute complex transmittance and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion, containing the subject microwave four-port network, a four-terminal microwave parameter meter, test generator Microwave signals, first, second, third, fourth switches, matched load, microwave LO, first, second, third, fourth directional couplers, vector voltmeter with The output contact, the first and second ports, the microwave mixer under test, the reference microwave mixer, the microwave generator, the phase locked loop mixer, the phase detector, the first and second mixers of the intermediate frequency, the reference frequency generator, the comparator and the computer, forming together with the microwave under test -mixer, reference microwave mixer and microwave generator two-channel superheterodyne receiver.

Однако описанное устройство имеет ограниченный динамический диапазон измерений комплексных коэффициентов передачи по причине дополнительных (паразитных) сигналов по каналу гетеродина в испытуемый СВЧ-смеситель сигналов промежуточной частоты из опорного СВЧ смесителя.However, the described device has a limited dynamic range of measurements of complex transmission coefficients due to additional (parasitic) signals through the local oscillator channel to the tested microwave mixer of intermediate frequency signals from the reference microwave mixer.

Техническим результатом является увеличение динамического диапазона измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты.The technical result is an increase in the dynamic range of measurements of the complex transmittance and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion.

Указанный в прототипе измеритель параметров четырехполюсников СВЧ далее будем называть векторным анализатором цепей.Specified in the prototype of the parameter meter quadrupole microwave will be referred to as a vector network analyzer.

Для достижения технического результата предлагается устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, состоящее из векторного анализатора цепей, содержащего генератор испытательных СВЧ-сигналов, первый переключатель и связанную с ним согласованную нагрузку, СВЧ-гетеродин, векторный вольтметр, выходной контакт, первый и второй порты, первый, второй, третий и четвертый направленные ответвители, двухканальный супергетеродинный приемник, содержащий испытуемый и опорный СВЧ-смесители, СВЧ-генератор, второй, третий и четвертый переключатели, первый и второй смесители промежуточной частоты, блок опорных частот, компаратор, компьютер, смеситель фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), фазовый детектор, трехканальный делитель мощности, первый и второй СВЧ-аттенюаторы, первый и второй СВЧ-усилители.To achieve the technical result, a device is proposed for measuring complex transmission coefficients and reflections of microwave devices with frequency conversion, consisting of a vector network analyzer containing a test microwave signal generator, a first switch and the associated matched load, a microwave oscillator, a vector voltmeter, an output contact, first and second ports, first, second, third and fourth directional couplers, two-channel superheterodyne receiver containing the test and reference microwave -mixers, microwave generator, second, third and fourth switches, first and second mixers of intermediate frequency, reference frequency unit, comparator, computer, phase locked loop (PLL), phase detector, three-channel power divider, first and second microwave attenuators , the first and second microwave amplifiers.

Выход генератора испытательных СВЧ-сигналов соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен со входом первичного канала первого направленного ответвителя, выход первичного канала которого соединен с выходом первичного канала третьего направленного ответвителя, вход первичного канала которого соединен с первым портом, который соединен с первым портом испытуемого СВЧ-смесителя. Первый порт опорного СВЧ-смесителя соединен со вторым портом векторного анализатора цепей, соединенным со входом первичного канала четвертого направленного ответвителя, выход первичного канала которого соединен с выходом первичного канала второго направленного ответвителя, вход первичного канала которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя. В зависимости от положения подвижного контакта первого переключателя к одному из его неподвижных контактов присоединяется согласованная нагрузка. Выходы вторичных каналов первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами векторного вольтметра соответственно, пятый вход которого соединен с СВЧ-гетеродином, а выход векторного вольтметра соединен с выходным контактом. Второй порт испытуемого СВЧ-смесителя соединен с выходом первого усилителя СВЧ, вход которого соединен с выходом первого аттенюатора, вход которого соединен с первым выходом трехканального делителя мощности, второй выход которого соединен со входом второго аттенюатора, выход которого соединен со входом второго усилителя СВЧ, выход которого соединен со вторым портом опорного СВЧ смесителя. Третий выход трехканального делителя мощности соединен со вторым портом смесителя фазовой автоподстройки частоты, первый порт которого соединен с выходом генератора испытательных СВЧ-сигналов. Третий порт испытуемого СВЧ-смесителя соединен с подвижным контактом второго переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом третьего переключателя, подвижный контакт которого соединен с третьим портом опорного СВЧ-смесителя. Вторые неподвижные контакты второго и третьего переключателей соединены между собой. Третий порт смесителя фазовой автоподстройки частоты соединен с первым входом фазового детектора и первым портом первого смесителя промежуточной частоты, третий порт которого соединен со вторым входом компаратора, первый вход которого соединен с третьим портом второго смесителя промежуточной частоты, первый порт которого соединен с подвижным контактом четвертого переключателя, а второй его порт соединен со вторым выходом блока опорных частот и вторым портом первого смесителя промежуточной частоты. Первый выход блока опорных частот соединен со вторым входом фазового детектора, выход которого соединен со входом СВЧ-генератора. Выход компаратора соединен со вторым входом компьютера, первый вход которого соединен с выходным контактом векторного вольтметра.The output of the test microwave signal generator is connected to the moving 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 the primary channel of which is connected to the output of the primary channel of the third directional coupler, the input of the primary channel of which is connected to the first port that is connected with the first port of the tested microwave mixer. The first port of the reference microwave mixer is connected to the second port of the vector network analyzer connected to the input of the primary channel of the fourth directional coupler, the output 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. Depending on the position of the moving contact of the first switch, a matched load is attached to one of 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, the fifth input of which is connected to the microwave LO, and the output of the vector voltmeter is connected to the output contact. The second port of the tested microwave mixer is connected to the output of the first microwave amplifier, the input of which is connected to the output of the first attenuator, the input of which is connected to the first output of a three-channel power divider, the second output of which is connected to the input of the second attenuator, the output of which which is connected to the second port of the reference microwave mixer. The third output of the three-channel power splitter is connected to the second port of the phase locked loop mixer, the first port of which is connected to the output of the test microwave signal generator. The third port of the tested microwave mixer is connected to the moving contact of the second switch, the first fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the fourth switch, the second fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the third switch, the moving contact of which is connected to the third port of the reference microwave mixer. The second fixed contacts of the second and third switches are interconnected. The third port of the phase locked loop mixer is connected to the first input of the phase detector and the first port of the first intermediate frequency mixer, the third port of which is connected to the second input of the comparator, the first input of which is connected to the third port of the second intermediate frequency mixer, the first port of which is connected to the moving contact of the fourth switch and its second port is connected to the second output of the reference frequency block and the second port of the first intermediate frequency mixer. The first output of the reference frequency block is connected to the second input of the phase detector, the output of which is connected to the input of the microwave generator. The comparator output is connected to the second input of the computer, the first input of which is connected to the output contact of the vector voltmeter.

Отличительными признаками предлагаемого устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты является введение в него двух СВЧ-аттенюаторов, двух СВЧ-усилителей и трехканального делителя мощности. Связи вновь введенных элементов между собой и общими с прототипом элементами в совокупности образуют устройство, которое позволяет увеличить динамический диапазон измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения устройств СВЧ с преобразованием частоты.Distinctive features of the proposed device for measuring complex transmittance and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion are the introduction of two microwave attenuators, two microwave amplifiers and a three-channel power divider. The connection of the newly introduced elements between themselves and the common with the prototype elements together form a device that allows you to increase the dynamic range of measurements of the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion.

На фигуре 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты; на фигуре 2 изображен ориентированный граф, описывающий прохождение сигналов по каналам делителя мощности гетеродина.The figure 1 shows the block diagram of the proposed device for measuring the absolute complex coefficients of transmission and reflection of microwave devices with frequency conversion; figure 2 shows a directed graph describing the passage of signals through the channels of the local oscillator power divider.

На блок-схеме предлагаемого устройства, изображенной на фигуре 1, приняты следующие обозначения. Первый порт направленного ответвителя обозначает вход его первичного канала, второй порт - выход первичного канала, третий порт - выход вторичного канала.On the block diagram of the device shown in figure 1, the following notation. The first port of the directional coupler indicates the input of its primary channel, the second port - the output of the primary channel, the third port - the output of the secondary channel.

Устройство для измерения параметров преобразователей частоты состоит из векторного анализатора цепей 1 и двухканального супергетеродинного приемника 2. В состав векторного анализатора цепей входят: генератор испытательных СВЧ-сигналов 3, первый переключатель 4, связанная с ним согласованная нагрузка 5, СВЧ-гетеродин 6, первый направленный ответвитель 7, второй направленный ответвитель 8, векторный вольтметр 9, третий направленный ответвитель 10, четвертый направленный ответвитель 11, выходной контакт 12, первый порт 13, второй порт 14. В состав двухканального супергетеродинного приемника 2 входят: испытуемый СВЧ-смеситель 15, первый СВЧ-усилитель 16, первый СВЧ-аттенюатор 17, трехканальный делитель мощности 18, второй СВЧ-аттенюатор 19, второй СВЧ-усилитель 20, опорный СВЧ-смеситель 21, смеситель фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 22, СВЧ-генератор 23, фазовый детектор 24, первый смеситель промежуточной частоты 25, второй переключатель 26, третий переключатель 27, четвертый переключатель 28, второй смеситель промежуточной частоты 29, блок опорных частот 30, компьютер 31, компаратор 32.A device for measuring the parameters of frequency converters consists of a vector network analyzer 1 and a two-channel superheterodyne receiver 2. The vector network analyzer consists of: a microwave test signal generator 3, a first switch 4, an associated load 5 associated with it, a microwave LO 6, the first directional coupler 7, second directional coupler 8, vector voltmeter 9, third directional coupler 10, fourth directional coupler 11, output contact 12, first port 13, second port 14. Composition microwave channel superheterodyne receiver 2 includes: the tested microwave mixer 15, the first microwave amplifier 16, the first microwave attenuator 17, three-channel power divider 18, the second microwave attenuator 19, the second microwave amplifier 20, the reference microwave mixer 21, a phase self-tuning mixer frequency (PLL) 22, microwave generator 23, phase detector 24, first intermediate frequency mixer 25, second switch 26, third switch 27, fourth switch 28, second intermediate frequency mixer 29, reference frequency unit 30, computer 31, comparator 32.

Выход генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 соединен с подвижным контактом первого переключателя 4, первый неподвижный контакт которого соединен со входом первичного канала первого направленного ответвителя 7, выход первичного канала которого соединен с выходом первичного канала третьего направленного ответвителя 10, вход первичного канала которого через первый входной порт 13 соединен с первым портом испытуемого СВЧ-смесителя 15, второй порт которого соединен с выходом первого СВЧ-усилителя 16, вход которого соединен через первый СВЧ-аттенюатор 17 с первым выходом трехканального делителя мощности 18, второй выход которого соединен через СВЧ-аттенюатор 19 со входом СВЧ-усилителя 20, выход которого соединен со вторым портом опорного СВЧ-смесителя 21, первый порт соединен через второй порт 14 со входом первичного канала четвертого направленного ответвителя 11, выход первичного канала которого соединен с выходом первичного канала второго направленного ответвителя 8, вход первичного канала которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя 4, к подвижным контактам которого попеременно в зависимости от положения его подвижного контакта присоединяется согласованная нагрузка 5. Выходы вторичных каналов первого 7, второго 8, третьего 10 и четвертого 11 направленных ответвителей соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами векторного вольтметра 9 соответственно, к входу 5 которого присоединен СВЧ-гетеродин 6. Выход генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 дополнительно соединен с первым портом смесителя фазовой автоподстройки частоты 22, второй порт которого соединен с третьим выходом трехканального делителя мощности 18, вход которого соединен с выходом СВЧ-генератора 23, вход которого соединен с выходом фазового детектора 24, первый вход которого одновременно соединен с третьим портом смесителя фазовой автоподстройки частоты 22 и первым портом первого смесителя промежуточной частоты 25, второй порт которого одновременно соединен со вторым выходом блока опорных частот 30 и вторым портом второго смесителя промежуточной частоты 29, первый порт которого соединен с подвижным контактом четвертого переключателя 28, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя 26, второй неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом третьего переключателя 27, первый неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом четвертого переключателя 28, подвижные контакты второго 26 и третьего 27 переключателей соединены с третьими портами испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей соответственно. Первый выход блока опорных частот 30 соединен со вторым входом фазового детектора 24, третий порт первого смесителя промежуточной частоты 25 соединен со вторым входом компаратора 32, первый вход которого соединен с третьим портом второго смесителя промежуточной частоты 29, выход компаратора 32 соединен со вторым входом компьютера 31, первый вход которого соединен через контакт 12 с выходом векторного вольтметра 9.The generator output of the test microwave signals 3 is connected to the moving 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 7, the output of the primary channel of which is connected to the output of the primary channel of the third directional coupler 10, the input of the primary channel through which the first input port 13 is connected to the first port of the tested microwave mixer 15, the second port of which is connected to the output of the first microwave amplifier 16, the input of which is connected through the first microwave the tenuator 17 with the first output of a three-channel power divider 18, the second output of which is connected via the microwave attenuator 19 to the input of the microwave amplifier 20, the output of which is connected to the second port of the reference microwave mixer 21, the first port connected to the second port 14 to the input of the fourth channel of the fourth directional coupler 11, the output of the primary channel of which is connected to the output of the primary channel of the second directional coupler 8, the input of the primary channel of which is connected to the second fixed contact of the first switch 4, to movable To the contacts of which alternately, depending on the position of its moving contact, is matched load 5. The outputs of the secondary channels of the first 7, second 8, third 10 and fourth 11 directional couplers are connected to the first, second, third and fourth inputs of the vector voltmeter 9, respectively, to input 5 of which microwave oscillator 6 is connected. The output of the test microwave signal generator 3 is additionally connected to the first port of the phase locked loop mixer 22, the second port of which is connected to the third output The power channel divider 18, the input of which is connected to the output of the microwave generator 23, the input of which is connected to the output of the phase detector 24, the first input of which is simultaneously connected to the third port of the phase locked loop mixer 22 and the first port of the first intermediate frequency mixer 25, the second port of which simultaneously connected to the second output of the reference frequency block 30 and the second port of the second intermediate frequency mixer 29, the first port of which is connected to the moving contact of the fourth switch 28, the first pin The main contact of which is connected to the first fixed contact of the second switch 26, the second fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the third switch 27, the first fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the fourth switch 28, the moving contacts of the second 26 and third switch 27 are connected to the third ports the test 15 and the reference 21 microwave mixers, respectively. The first output of the reference frequency block 30 is connected to the second input of the phase detector 24, the third port of the first intermediate frequency mixer 25 is connected to the second input of the comparator 32, the first input of which is connected to the third port of the second intermediate frequency mixer 29, the output of the comparator 32 is connected to the second input of the computer 31 , the first input of which is connected via pin 12 to the output of a vector voltmeter 9.

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

Перед началом измерений проводят калибровку векторного анализатора цепей 1 по одной из известных методик (например, «Agilent Application Note 1287-3 Applying Error Correction to Network Analyzer Measurements»). После проведения калибровки, используя двухканальный супергетеродинный приемник 2, измеряют произведение коэффициентов передачи и сумму фазовых сдвигов, последовательно включенных испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей следующим образом. Испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒ1 от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 через переключатель 4 в первом положении его подвижного контакта через первичные каналы направленных ответвителей 7 и 10, и первый порт 13 подают на первый порт испытуемого СВЧ-смесителя 15, на второй порт которого через СВЧ-усилитель 16 и СВЧ-аттенюатор 17 с первого выхода трехканального делителя мощности 18 поступает СВЧ-сигнал с частотой ƒ2 от СВЧ-генератора 23, выполняющего функцию гетеродина. Образованный в результате гетеродинного преобразования частоты сигнал разностной первой промежуточной частоты ƒПЧ1=ƒ1-ƒ2 в испытуемом СВЧ-смесителе 15 с его третьего порта через переключатели 26 и 27 во втором положении их подвижных контактов подают на третий порт опорного СВЧ-смесителя 21. В опорном СВЧ-смесителе 21 в результате перемножения сигнала первой промежуточной частоты ƒПЧ1 с сигналом от СВЧ-генератора 23 с частотой ƒ2, поступающим со второго выхода трехканального делителя мощности 18 через СВЧ-аттенюатор 19 и СВЧ-усилитель 20 на второй порт опорного СВЧ-смесителя 21, получают сигнал, равный по частоте испытуемому СВЧ-сигналу ƒ1, где ƒ1=ƒПЧ1+ƒ2=(ƒ1-ƒ2)+ƒ2 на первом порте опорного СВЧ-смесителя 21. Этот сигнал с частотой ƒ1 подают через второй порт 14 в первичные каналы направленных ответвителей 11 и 8 на второй неподвижный контакт переключателя 4, к которому присоединяют согласованную нагрузку 5. На основании того, что испытуемый СВЧ-смеситель 15, имеющий фазовый сдвиг ϕ15 и опорный СВЧ-смеситель 21, имеющий фазовый сдвиг ϕ21, соединены последовательно, их фазовые сдвиги складываются. В результате этого получают общий фазовый сдвиг Σϕ=ϕ15+ϕ21 между первым 13 и вторым 14 портами векторного анализатора цепей 1. Так как испытуемый СВЧ-смеситель 15 имеет коэффициент передачи K15, а опорный СВЧ-смеситель 21 - K21, то при последовательном соединении получают общий коэффициент передачи ΣK=K15K21 (общие потери преобразования). Величину общего сдвига фаз Σϕ и общих потерь преобразования ΣK между первым 13 и вторым 14 портами регистрируют по разности сдвигов фаз и отношению амплитуд сигналов, поступающих с выходов вторичных каналов первого 7 и четвертого 11 направленных ответвителей на первый и четвертый входы векторного вольтметра 9 или с выходов вторичных каналов второго 8 и третьего 10 направленных ответвителей на второй и третий входы векторного вольтметра 9 в случае подачи испытательного СВЧ-сигнала на порт 14. Результат измерений общего коэффициента передачи ΣK и общего сдвига фаз Σϕ с выхода векторного вольтметра 9, на пятый вход которого от СВЧ-гетеродина 6 подается СВЧ-сигнал, через контакт 12 подают на первый вход компьютера 31, где их фиксируют в его памяти. Величину первой промежуточной частоты ƒПЧ1 в процессе измерений поддерживают постоянной с помощью системы фазовой автоподстройки частоты. Величина первой переменной промежуточной частоты ƒПЧ1 задается с помощью блока опорных частот 30 и может выбираться любой в пределах его рабочего диапазона. Блок опорных частот 30 одновременно с сигналом первой переменной промежуточной частоты ƒПЧ1 вырабатывает сигнал второй промежуточной частоты ƒПЧ2, постоянной сдвинутой относительно сигнала первой промежуточной частоты на величину третьей постоянной промежуточной частоты ƒПЧ3, когерентной с сигналами первой и второй промежуточной частоты и равной ƒПЧ3=ƒПЧ1-ƒПЧ2.Before the measurements, calibration of the vector network analyzer 1 is performed using one of the known methods (for example, “Agilent Application Note 1287-3 Applying Error Correction to Network Analyzer Measurements”). After calibration, using a two-channel superheterodyne receiver 2, measure the product of the transfer coefficients and the sum of the phase shifts, the series-connected test subject 15 and the reference 21 microwave mixers as follows. The test microwave signal with a frequency of ƒ 1 from the generator of the test microwave signals 3 through the switch 4 in the first position of its moving contact through the primary channels of the directional couplers 7 and 10, and the first port 13 is fed to the first port of the tested microwave mixer 15, to the second port which through the microwave amplifier 16 and the microwave attenuator 17 from the first output of the three-channel power divider 18 receives a microwave signal with a frequency of ƒ 2 from the microwave generator 23, which performs the function of a local oscillator. The differential first intermediate frequency signal ƒ PC1 = ƒ 1 – в 2 formed in the heterodyne frequency conversion in the tested microwave mixer 15 from its third port is fed through switches 26 and 27 in the second position of their moving contacts to the third port of the reference microwave mixer 21. In the reference microwave mixer 21 as a result of multiplying the signal of the first intermediate frequency ƒ ПЧ1 with the signal from the microwave generator 23 with a frequency of ƒ 2 , coming from the second output of the three-channel power divider 18 through the microwave attenuator 19 and the microwave amplifier 20 at the second The swarm port of the reference microwave mixer 21 receives a signal equal in frequency to the test microwave signal ƒ 1 , where ƒ 1 = ƒ ПЧ1 + 2 = (ƒ 1 -ƒ 2 ) + 2 on the first port of the reference microwave mixer 21. This signal with frequency ƒ 1 is fed through the second port 14 to the primary channels of directional couplers 11 and 8 to the second fixed contact of switch 4, to which a matched load is attached 5. Based on the fact that the microwave mixer 15 under test, having a phase shift ϕ 15 and reference microwave mixer 21, having a phase shift ϕ 21 , connected in series, their phase shifts warehouse are coming. As a result, a total phase shift Σϕ = ϕ 15 + ϕ 21 between the first 13 and second 14 ports of the vector network analyzer 1 is obtained. Since the microwave mixer 15 under test has a transmission coefficient K 15 and the reference microwave mixer 21 has a K 21 , with a serial connection, the total transfer coefficient ΣK = K 15 K 21 (total conversion loss) is obtained. The total phase shift Σϕ and total conversion loss ΣK between the first 13 and second 14 ports are recorded by the phase difference and the ratio of the amplitudes of the signals from the outputs of the secondary channels of the first 7 and fourth 11 directional taps to the first and fourth inputs of the vector voltmeter 9 or from the outputs secondary channels of the second 8 and third 10 directional couplers to the second and third inputs of the vector voltmeter 9 in the case of applying the test microwave signal to the port 14. The measurement result of the overall transmission coefficient ΣK total phase shift Σφ output vector voltmeter 9, in which the fifth input of the microwave oscillator 6 is supplied microwave signal through the contact 12 provided to a first input of a computer 31, where they were fixed in its memory. The value of the first intermediate frequency ƒ PCh1 in the process of measurement is kept constant by means of a phase locked loop. The value of the first variable of the intermediate frequency ƒ PCh1 is set using the block of reference frequencies 30 and any one within its operating range can be selected. The reference frequency block 30 simultaneously with the signal of the first variable intermediate frequency ƒ PCh1 generates a signal of the second intermediate frequency ƒ PCh2 , which is permanently shifted relative to the signal of the first intermediate frequency by the value of the third constant intermediate frequency 3 PCh3 , coherent with the signals of the first and second intermediate frequency and equal to PCh3 = ƒ PCh1 -ƒ PCh2 .

Система фазовой автоподстройки частоты работает следующим образом. На первый порт смесителя фазовой автоподстройки частоты 22 подается часть испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒ1 от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3, а на второй порт смесителя 22 поступает сигнал от СВЧ-генератора 23, снимаемый с третьего выхода трехканального делителя мощности 18. Сигнал с третьего порта смесителя фазовой автоподстройки частоты 22, равный разности частот ƒ1-ƒ2 генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 и СВЧ-генератора 23, подают на первый порт первого смесителя промежуточной частоты 25 и на первый вход фазового детектора 24, на второй вход которого поступает сигнал с первого выхода блока опорных частот 30, сигнал со второго выхода которого поступает на вторые порты первого 25 и второго 29 смесителей промежуточной частоты. Сигнал ошибки с выхода фазового детектора 24 подают на вход СВЧ-генератора 23, в результате чего его частота ƒ2 следит за изменениями частоты ƒ1 испытательного СВЧ-сигнала генератора испытательных СВЧ-сигналов 3 так, что разность между частотами ƒ1 и ƒ2 с точностью до фазы равна выбранной первой промежуточной частоте ƒПЧ1. 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 ƒПЧ1.The system phase-locked loop works as follows. The first port of the phase locked loop mixer 22 is fed a portion of the test microwave signal with a frequency ƒ 1 from the test microwave signal generator 3, and the second port of the mixer 22 receives a signal from the microwave generator 23, which is removed from the third output of the three-channel power divider 18. Signal the third port of the phase locked loop mixer 22 equal to the difference frequency ƒ 1 2 -ƒ test microwave generator 3 and the signals of the microwave generator 23 is fed to the first port of the first intermediate frequency mixer 25 and to a first input of the phase Detect pa 24, the second input of which receives a signal from the first output reference frequency block 30, a signal from the second output of which is fed to the second ports of the first 25 and second 29 intermediate frequency mixers. The error signal from the output of the phase detector 24 is fed to the input of the microwave generator 23, with the result that its frequency ƒ 2 monitors changes in the frequency ƒ 1 of the test microwave signal of the generator of the test microwave signals 3 so that the difference between the frequencies ƒ 1 and ƒ 2 Phase accuracy is equal to the selected first intermediate frequency ƒ PCh1 . Even when oscillating the test microwave signal generator 3 in the frequency range, the difference between its frequency and the frequency of the microwave generator 23 due to the phase locked loop will remain constant and equal to the selected first intermediate frequency ƒ ПЧ1 .

Затем определяют отношение коэффициентов передачи и разность фазовых сдвигов испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей. Для этого измерения производят путем сравнения амплитуды и фазы испытательного сигнала с третьего порта второго смесителя промежуточной частоты 29, образованного в результате двойного преобразования частоты испытательного СВЧ-сигнала сначала от испытуемого 15, а затем опорного 21 СВЧ-смесителей, с опорным сигналом третьей промежуточной частоты ƒПЧ3 в компараторе 32, с последующим вычислением отношения коэффициентов передачи и разности фазовых сдвигов испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей в компьютере 31.Then determine the ratio of the transfer coefficients and the difference in phase shifts of the test 15 and the reference 21 microwave mixers. This measurement is made by comparing the amplitude and phase of the test signal from the third port of the second intermediate frequency mixer 29, formed as a result of double frequency conversion of the test microwave signal, first from the test 15, and then the reference 21 microwave mixers, with the reference third frequency signal ƒ PCh in the comparator 32, with the subsequent calculation of the ratio of the transfer coefficients and the difference of the phase shifts of the test 15 and the reference 21 microwave mixers in the computer 31.

Двойное преобразование частоты применяют для того, чтобы сигнал первой переменной промежуточной частоты ƒПЧ1 преобразовать в сигнал третьей постоянной промежуточной частоты ƒПЧ3 и сравнение сдвигов фаз и разности амплитуд проводить на постоянной, относительно низкой промежуточной частоте, с целью уменьшения погрешности измерений. Опорный сигнал третьей промежуточной частоты ƒПЧ3 получают из испытательного СВЧ-сигнала, с выхода генератора испытательных СВЧ-сигналов 3, путем двойного преобразования его частоты, сначала в первую промежуточную частоту ƒПЧ1 в смесителе фазовой автоподстройки частоты 22, а затем в третью промежуточную частоту ƒПЧ3 в первом смесителе промежуточной частоты 25, сигнал с третьего порта которого подают на второй вход компаратора 32.Double frequency conversion is used to convert the signal of the first variable intermediate frequency ƒ ПЧ1 into a signal of the third constant intermediate frequency ƒ ПЧ3 and to conduct a comparison of phase shifts and amplitude differences at a constant, relatively low intermediate frequency, in order to reduce the measurement error. The reference signal of the third intermediate frequency ƒ PCh3 is obtained from the test microwave signal, from the generator output of the test microwave signals 3, by double converting its frequency, first to the first intermediate frequency ƒ PCh1 in the phase-locked loop mixer 22, and then to the third intermediate frequency ƒ PCh3 in the first intermediate frequency mixer 25, the signal from the third port of which is fed to the second input of the comparator 32.

Испытательный сигнал первой переменной промежуточной частоты ƒПЧ1 подают сначала с третьего порта испытуемого СВЧ-смесителя 15 на первый порт второго смесителя промежуточной частоты 29 в первом положении подвижного контакта третьего переключателя 26 и первом положении подвижного контакта четвертого переключателя 28, при измерении коэффициента передачи и сдвига фаз испытуемого СВЧ-смесителя 15. Затем испытательный сигнал первой переменной промежуточной частоты с третьего порта опорного СВЧ-смесителя 21 на первый порт второго смесителя промежуточной частоты 29, в первом положении подвижного контакта третьего переключателя 27 и втором положении подвижного контакта четвертого переключателя 28, при измерении коэффициента передачи и сдвига фаз опорного СВЧ-смесителя 21. Подвижные контакты второго 26 и третьего 27 переключателей переводят в первое положение. Учитывая, что после калибровки векторного анализатора цепей 1 уровни амплитуд и разности фаз между его портами 13 и 14 равны между собой, приписывают порту 13 амплитуду сигнала U13, а порту 14 амплитуду сигнала U14, и U13=U14. Обозначают модуль коэффициента передачи испытуемого СВЧ-смесителя K15, его сдвиг фаз ϕ15, модуль коэффициента передачи опорного СВЧ-смесителя K21, его сдвиг фаз ϕ21, модуль коэффициента передачи второго смесителя промежуточной частоты K29, а его сдвиг фаз ϕ29. Тогда амплитуда сигнала от порта 13, пришедшая к первому входу компаратора 32 в первом положении подвижного контакта переключателя 28, будет составлять U13(K15K29), а сдвиг фаз ϕ15+ϕ29. Аналогично амплитуда сигнала от порта 14, пришедшая к первому входу компаратора 29 во втором положении подвижного контакта переключателя 28, будет составлять U14(K21K29), а сдвиг фаз ϕ21+ϕ29. В компараторе 32 сравниваются по амплитуде и фазе сигналы, поступающие отдельно от первого порта 13 и отдельно от второго порта 14, на первый вход компаратора 32, преобразованные во втором смесителе промежуточной частоты 29 в третью промежуточную частоту ƒПЧ3 с постоянным по амплитуде и фазе опорным сигналом третьей промежуточной частоты ƒПЧ3, подаваемым с третьего выхода первого смесителя промежуточной частоты 25 на второй вход компаратора 32. В результате в компараторе 32 получают отношение произведения амплитуды сигнала первого порта 13 U13 и коэффициентов передачи испытуемого смесителя 15 K15 и второго смесителя промежуточной частоты 29 к постоянному опорному уровню сигнала UПЧ3 третьей промежуточной частоты ƒПЧ3,

Figure 00000001
отношение произведения амплитуды сигнала второго порта 14 U14 и коэффициентов передачи опорного смесителя 21 K21 и второго смесителя промежуточной частоты 29 K29 к постоянному опорному уровню сигнала UПЧ3 третьей промежуточной частоты ƒПЧ3,
Figure 00000002
Для сдвигов фаз в компараторе 32 получают значения разности между суммой сдвигов фаз испытуемого смесителя 15 ϕ15 и второго смесителя промежуточной частоты ϕ29 и фазой опорного сигнала третьей промежуточной частоты ϕПЧ3, (ϕ15+ϕ29)-ϕПЧ3. Аналогично получают значения разности между суммой сдвигов фаз опорного смесителя 21 ϕ21 и второго смесителя промежуточной частоты ϕ29 и фазой опорного сигнала третьей промежуточной частоты ϕПЧ3, (ϕ21+ϕ29)-ϕПЧ3. Полученные значения
Figure 00000003
Figure 00000004
(ϕ15+ϕ29)-ϕПЧ3, (ϕ21+ϕ29)-ϕПЧ3 с выхода компаратора 32 поступают на второй вход компьютера 31 и фиксируются в его памяти. В компьютере 31 вычисляют отношение коэффициентов передачи испытуемого смесителя 15 и опорного смесителя 21 (учитывая, что U13=U14):The test signal of the first variable intermediate frequency ƒ PCh1 is served first from the third port of the tested microwave mixer 15 to the first port of the second intermediate frequency mixer 29 in the first position of the moving contact of the third switch 26 and the first position of the moving contact of the fourth switch 28, when measuring the transmission coefficient and phase shift the tested microwave mixer 15. Then the test signal of the first variable intermediate frequency from the third port of the reference microwave mixer 21 to the first port of the second mixer pr the intermediate frequency 29, in the first position of the movable contact of the third switch 27 and the second position of the movable contact of the fourth switch 28, when measuring the transmission coefficient and phase shift of the reference microwave mixer 21. The movable contacts of the second 26 and third switch 27 are transferred to the first position. Considering that after calibrating the vector network analyzer 1, the amplitude levels and phase differences between its ports 13 and 14 are equal to each other, the port 13 is assigned to the amplitude of the signal U 13 , and the port 14 to the amplitude of the signal U 14 , and U 13 = U 14 . Designate the transmission coefficient module of the tested microwave mixer K 15 , its phase shift ϕ 15 , the transmission coefficient module of the reference microwave mixer K 21 , its phase shift ϕ 21 , the transmission coefficient module of the second mixer intermediate frequency K 29 , and its phase shift ϕ 29 . Then the amplitude of the signal from port 13, which came to the first input of the comparator 32 in the first position of the movable contact of the switch 28, will be U 13 (K 15 K 29 ), and the phase shift ϕ 15 + ϕ 29 . Similarly, the amplitude of the signal from port 14, coming to the first input of the comparator 29 in the second position of the movable contact of the switch 28, will be U 14 (K 21 K 29 ), and the phase shift ϕ 21 + ϕ 29 . The comparator 32 compares the amplitude and phase signals coming separately from the first port 13 and separately from the second port 14 to the first input of the comparator 32, converted in the second intermediate frequency mixer 29 to the third intermediate frequency ƒ PCh3 with a constant amplitude and phase reference signal the third intermediate frequency ƒ PC3 , supplied from the third output of the first intermediate frequency mixer 25 to the second input of the comparator 32. As a result, the comparator 32 receives the ratio of the amplitude product of the first port 13 U 13 and transfer coefficients of the tested mixer 15 K 15 and the second mixer of intermediate frequency 29 to a constant reference level of the signal U PCh3 of the third intermediate frequency PCh3 ,
Figure 00000001
the ratio of the product of the amplitude of the signal of the second port 14 U 14 and the transfer coefficients of the reference mixer 21 K 21 and the second mixer of the intermediate frequency 29 K 29 to the constant reference level of the signal U ПЧ3 of the third intermediate frequency ƒ ПЧ3 ,
Figure 00000002
For phase shifts in comparator 32, the values of the difference between the sum of the phase shifts of the tested mixer 15 ϕ 15 and the second intermediate frequency mixer ϕ 29 and the phase of the reference signal of the third intermediate frequency ϕ FC3 , (ϕ 15 + ϕ2 9 ) -ϕ FC3 are obtained . Similarly, the values of the difference between the sum of the phase shifts of the reference mixer 21 ϕ 21 and the second intermediate frequency mixer ϕ 29 and the phase of the reference signal of the third intermediate frequency ϕ FC3 , (ϕ 21 + ϕ 29 ) -ϕ FC3 are obtained . Derived values
Figure 00000003
Figure 00000004
(ϕ 15 + ϕ 29 ) -ϕ PCh3 , (ϕ 21 + ϕ 29 ) -ϕ PCh3 from the output of the comparator 32 arrive at the second input of the computer 31 and are recorded in its memory. The computer 31 calculates the ratio of the transfer coefficients of the test mixer 15 and the reference mixer 21 (given that U 13 = U 14 ):

Figure 00000005
Figure 00000005

И разность сдвигов фаз между испытуемым 15 и опорным 16 смесителями:And the difference in phase shifts between the subject 15 and the reference 16 mixers:

((ϕ15+ϕ29)-ϕПЧ3)-((ϕ21+ϕ29)-ϕПЧ3)=ϕ15-ϕ21=Δϕ.((ϕ 15 + ϕ 29 ) -ϕ PCh3 ) - ((ϕ 21 + ϕ 29 ) -ϕ PCh3 ) = ϕ 15 -ϕ 21 = Δϕ.

Значения ΔK и Δϕ фиксируются в памяти компьютера 31.The values of ΔK and Δϕ are recorded in the memory of the computer 31.

После измерения суммы и разности коэффициентов передачи и сдвигов фаз испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей вычисляют коэффициенты передачи и фазовые сдвиги испытуемого СВЧ-смесителя 15. Расчеты производят следующим образом.After measuring the sum and difference of the transfer coefficients and phase shifts of the subject 15 and reference 21 microwave mixers, the transfer coefficients and phase shifts of the test microwave mixer 15 are calculated. Calculations are made as follows.

В памяти компьютера 31 имеется ранее измеренное произведение коэффициентов передачи ΣK=K15K21 в результате последовательного включения испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей, а также отношение коэффициентов передачи

Figure 00000006
полученное в результате параллельных измерений испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей. В компьютере 31 решается система уравнений:In the memory of the computer 31 there is a previously measured product of the transfer coefficients ΣK = K 15 K 21 as a result of the sequential switching on of the test 15 and the reference 21 microwave mixers, as well as the ratio of the transfer coefficients
Figure 00000006
obtained as a result of parallel measurements of the test 15 and reference 21 microwave mixers. In computer 31, a system of equations is solved:

Figure 00000007
Figure 00000007

Находят значения модулей коэффициентов передачи испытуемого и опорного смесителей соответственно:Find the values of the modules of the transfer coefficients of the test and reference mixers, respectively:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

В памяти компьютера 31 имеется полученное в результате последовательного включения испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей значение суммы их сдвигов фаз Σϕ=ϕ15+ϕ21, а также значение разности их сдвигов фаз Δϕ=ϕ15-ϕ21, полученное в результате параллельных измерений испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей. В компьютере 31 решается система уравнений:In the memory of the computer 31 there is the value of the sum of their phase shifts Σϕ = ϕ 15 + ϕ 21 obtained as a result of the sequential switching on of the subject 15 and the reference 21 microwave mixers, as well as the difference of their phase shifts Δϕ = ϕ 15 -ϕ 21 obtained as a result measurement of the test 15 and the reference 21 microwave mixers. In computer 31, a system of equations is solved:

Figure 00000010
Figure 00000010

Находят действительные значения фазового сдвига испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей соответственно:Find the actual values of the phase shift of the test 15 and the reference 21 microwave mixers, respectively:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Для измерения в частотной точке комплексного коэффициента отражения испытуемого СВЧ-смесителя 15 в реальном рабочем режиме его эксплуатации с помощью векторного вольтметра 9 измеряют отношение амплитуд и разность фаз сигналов на его первом и третьем входах, поступающих с выходов вторичных каналов первого 7 и третьего 10 направленных ответвителей соответственно. С целью устранения влияния паразитных сигналов, возникающих в испытуемом СВЧ-смесителе, применяют преобразование частоты сигналов, поступающих на входы векторного вольтметра 9 с помощью СВЧ-гетеродина 6.For measurement at the frequency point of the complex reflection coefficient of the tested microwave mixer 15 in the real operating mode of its operation using a vector voltmeter 9 measure the ratio of the amplitudes and the phase difference of the signals at its first and third inputs from the outputs of the secondary channels of the first 7 and third 10 directional taps respectively. In order to eliminate the influence of spurious signals arising in the tested microwave mixer, frequency conversion of the signals arriving at the inputs of the vector voltmeter 9 using microwave LO 6 is used.

Однако в процессе измерения суммы комплексных коэффициентов передачи испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей возникает погрешность измерений, связанная с дополнительным прохождением испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒ1 из испытуемого СВЧ-смесителя 15 в опорный СВЧ-смеситель 22 вследствие недостаточной величины изоляции друг относительно друга выходов трехканального делителя мощности.However, in the process of measuring the sum of the complex transfer coefficients of the test 15 and reference 21 microwave mixers, measurement error occurs due to the additional passage of the test microwave signal with a frequency of из 1 from the test microwave mixer 15 to the reference microwave mixer 22 due to insufficient insulation between each other other outputs of the three-channel power divider.

Это положение может быть обосновано с помощью ориентированного графа, приведенного на фигуре 2, нумерация элементов которого соответствуют структурной схеме на фигуре 1. Граф описывает путь прохождения сигнала с частотой ƒ2 от СВЧ-генератора 23, выполняющего функцию гетеродина, через трехканальный делитель мощности 18, подающий этот сигнал с первого и второго выходов этого делителя на вторые порты испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей соответственно. Граф выполнен в системе S-параметров матрицы рассеяния по методике, описанной в работе М.А. Силаев, С.Ф. Брянцев «Приложение матриц и графов к анализу СВЧ-устройств» М.: Советское радио, 1970. Из приведенного на фигуре 2 ориентированного графа видно, что даже в случае подачи испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒ1 только на первый порт испытуемого СВЧ-смесителя 15 и отсутствии его на первом порте опорного СВЧ-смесителя 15, он по пути

Figure 00000013
попадает на первый порт_опорного СВЧ-смесителя 21, где смешивается по частоте с сигналом от СВЧ-генератора 23 с частотой ƒ2, постоянно подаваемом на второй порт опорного СВЧ-смесителя 21 через путь
Figure 00000014
В опорном СВЧ-смесителе 21 происходит смешение сигналов с частотами ƒ1 и ƒ2 и преобразование испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒ1 в сигнал первой промежуточной частоты ƒПЧ1 по формуле ƒПЧ1=ƒ1-ƒ2, который будет постоянно присутствовать на третьем порте опорного СВЧ-смесителя 21 даже при отсутствии испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒ1 на первом порте этого смесителя.This situation can be justified using the oriented graph shown in figure 2, the numbering of which elements correspond to the block diagram in figure 1. The graph describes the signal path with frequency ƒ 2 from the microwave generator 23 performing the function of a heterodyne through a three-channel power divider 18, supplying this signal from the first and second outputs of this divider to the second ports of the test 15 and reference 21 microwave mixers, respectively. The graph is made in the system of S-parameters of the scattering matrix by the method described in the work of M.А. Silaev, S.F. Bryantsev "Application of Matrices and Graphs to the Analysis of Microwave Devices" M .: Soviet Radio, 1970. From the oriented graph shown in Figure 2, it can be seen that even if a test microwave signal with a frequency of ƒ 1 is applied only to the first port of the microwave mixer being tested 15 and the absence of it on the first port of the reference microwave mixer 15, it is on the way
Figure 00000013
gets to the first port_ of the supporting microwave mixer 21, where it is mixed in frequency with the signal from the microwave generator 23 with a frequency of ƒ 2 , constantly fed to the second port of the reference microwave mixer 21 through the path
Figure 00000014
The reference microwave mixer 21 mixes the signals with frequencies ƒ 1 and ƒ 2 and converts the test microwave signal with a frequency ƒ 1 into the signal of the first intermediate frequency ƒ PCh1 using the formula Ч PCh1 = ƒ 1 -ƒ 2 , which will be constantly present at the third the port of the reference microwave mixer 21 even in the absence of a test microwave signal with a frequency of 1 on the first port of this mixer.

Это обстоятельство ограничивает динамический диапазон измерений суммы комплексных коэффициентов передачи величиной в 30 дБ и, как показали экспериментальные исследования, вызывает ошибку измерений сдвигов фаз испытуемых устройств с преобразованием частоты, достигающую величин в 30-40 градусов.This circumstance limits the dynamic range of measurements of the sum of complex transfer coefficients of 30 dB and, as shown by experimental studies, causes measurement errors of phase shifts of the tested devices with frequency conversion, reaching values of 30-40 degrees.

Такая ошибка может быть устранена путем введения дополнительной развязки в виде пары последовательно соединенных друг с другом СВЧ-аттенюатора и СВЧ-усилителя, каждая из которых включена в тракты подачи сигнала гетеродина от СВЧ-генератора 23 между первым и вторым выходами трехканального делителя мощности 18 и вторыми портами испытуемого 15 и опорного 21 СВЧ-смесителей.Such an error can be eliminated by introducing an additional decoupling in the form of a pair of microwave attenuator and microwave amplifier serially connected to each other, each of which is included in the paths of the local oscillator signal from the microwave generator 23 between the first and second outputs of the three-channel power divider 18 and the second the ports of the test 15 and the reference 21 microwave mixers.

Принимая во внимание, что типовой транзисторный усилитель при коэффициенте усиления S21 в 25 дБ имеет обратный коэффициент передачи S12 не менее «минус» 50 дБ, такая система из последовательно соединенных СВЧ-аттенюатора с коэффициентом ослабления 10 дБ и СВЧ-усилителя позволяет получить развязку не менее (10+50)=60 дБ, а с учетом развязки между первым и вторым выходами трехканального делителя мощности 18 не менее 20 дБ, общая развязка в каждом из двух трактов сигнала гетеродина составит на менее 80 дБ на частоте ƒ1 испытательного СВЧ-сигнала. Такие системы, как показали экспериментальные исследования, позволяют полностью исключить погрешности измерений суммы комплексных коэффициентов передачи, вызванные дополнительным каналом прохождения испытательного СВЧ-сигнала по цепям СВЧ-генератора 23.Taking into account that a typical transistor amplifier with a S 21 gain of 25 dB has an inverse S 12 gain of at least 50 dB, such a system of series-connected microwave attenuator with a 10 dB attenuation coefficient and a microwave amplifier allows for isolation not less than (10 + 50) = 60 dB, and taking into account the isolation between the first and second outputs of the three-channel power divider 18 not less than 20 dB, the total isolation in each of the two paths of the local oscillator signal will be less than 80 dB at the frequency ƒ 1 of the test microwave frequency signal. Such systems, as shown by experimental studies, make it possible to completely eliminate the measurement errors of the sum of complex transfer coefficients caused by an additional channel for passing the test microwave signal through the circuits of the microwave generator 23.

Claims (1)

Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее векторный анализатор цепей, состоящий из генератора испытательных СВЧ-сигналов, первого переключателя и связанной с ним согласованной нагрузки, СВЧ-гетеродина, векторного вольтметра, выходного контакта, первого и второго портов, первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей, и двухканальный супергетеродинный приемник, состоящий из испытуемого и опорного СВЧ-смесителей, СВЧ-генератора, второго, третьего и четвертого переключателей, первого и второго смесителей промежуточной частоты, блока опорных частот, компаратора, компьютера, смесителя фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), фазового детектора, при этом выход генератора испытательных СВЧ-сигналов соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с входом первичного канала первого направленного ответвителя, выход первичного канала которого соединен с выходом первичного канала третьего направленного ответвителя, вход первичного канала которого соединен с первым портом, который соединен с первым портом испытуемого СВЧ-смесителя, первый порт опорного СВЧ-смесителя соединен со вторым портом, соединенным с входом первичного канала четвертого направленного ответвителя, выход первичного канала которого соединен с выходом первичного канала второго направленного ответвителя, вход первичного канала которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя; в зависимости от положения подвижного контакта первого переключателя к одному из его неподвижных контактов присоединяется согласованная нагрузка, выходы вторичных каналов первого, второго, третьего и четвертого направленных ответвителей соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами векторного вольтметра соответственно, пятый вход которого соединен с СВЧ-гетеродином, а выход векторного вольтметра соединен с выходным контактом, третий порт испытуемого СВЧ-смесителя соединен с подвижным контактом второго переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом четвертого переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом третьего переключателя, подвижный контакт которого соединен с третьим портом опорного СВЧ-смесителя, вторые неподвижные контакты второго и третьего переключателей соединены между собой, выход генератора испытательных СВЧ-сигналов соединен с первым портом смесителя фазовой автоподстройки частоты, третий порт которого соединен с первым входом фазового детектора и первым портом первого смесителя промежуточной частоты, третий порт которого соединен со вторым входом компаратора, первый вход которого соединен с третьим портом второго смесителя промежуточной частоты, первый порт которого соединен с подвижным контактом четвертого переключателя, а второй его порт соединен со вторым выходом блока опорных частот и вторым портом первого смесителя промежуточной частоты, первый выход блока опорных частот соединен со вторым входом фазового детектора, выход которого соединен с входом СВЧ-генератора, выход компаратора соединен со вторым входом компьютера, первый вход которого соединен с выходным контактом векторного вольтметра, отличающееся тем, что в него дополнительно введены первый и второй СВЧ-усилители, первый и второй СВЧ-аттенюаторы и трехканальный делитель мощности, при этом второй порт испытуемого СВЧ-смесителя соединен с выходом первого СВЧ-усилителя, вход которого соединен с выходом первого аттенюатора, вход которого соединен с первым выходом трехканального делителя мощности, второй выход которого соединен с входом второго СВЧ-аттенюатора, выход которого соединен с входом второго СВЧ-усилителя, выход которого соединен со вторым портом опорного СВЧ-смесителя, выход СВЧ-генератора соединен с входом трехканального делителя мощности, третий выход которого соединен со вторым портом смесителя фазовой автоподстройки частоты.A device for measuring complex transmittance and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion, containing a vector network analyzer, consisting of a generator of test microwave signals, a first switch and associated matched load, a microwave oscillator, a vector voltmeter, an output contact, first and second ports, first, second, third, and fourth directional couplers, and a two-channel superheterodyne receiver consisting of the test and reference microwave mixers, a microwave generator, o, third and fourth switches, first and second intermediate frequency mixers, reference frequency block, comparator, computer, phase locked loop (PLL) mixer, phase detector, while the output of the test microwave generator is connected to the moving contact of the first switch, the first stationary the contact of which is connected to the input of the primary channel of the first directional coupler, the output of the primary channel of which is connected to the output of the primary channel of the third directional coupler, the input ne The primary channel of which is connected to the first port, which is connected to the first port of the tested microwave mixer, the first port of the reference microwave mixer is connected to the second port connected to the input of the primary channel of the fourth directional coupler, the output of the primary channel of which is connected to the output of the primary channel of the second directional coupler whose input of the primary channel is connected to the second fixed contact of the first switch; depending on the position of the moving contact of the first switch, the matched load is connected to one of 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, the fifth input of which is connected to the microwave -heterodyne, and the output of the vector voltmeter is connected to the output contact, the third port of the microwave mixer being tested is connected to the moving contact of the second switch, the first The fixed contact of which is connected to the first fixed contact of the fourth 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 port of the reference microwave mixer, the second fixed contacts of the second and third switches are interconnected, the test generator output Microwave signals connected to the first port of the phase locked loop mixer, the third port of which is connected to the first input of the phase detector and the first port of the first intermediate frequency mixer, the third port of which is connected to the second input of the comparator, the first input of which is connected to the third port of the second intermediate frequency mixer, the first port of which is connected to the moving contact of the fourth switch, and the second port is connected to the second output of the reference frequency block and the second port of the first intermediate frequency mixer, the first output of the reference frequency block is connected to the second input of the phase detector, the output of which is connected to the input of the microwave generator, The comparator is connected to the second input of the computer, the first input of which is connected to the output contact of a vector voltmeter, characterized in that it additionally introduces the first and second microwave amplifiers, the first and second microwave attenuators and a three-channel power divider, and the second port of the microwave under test mixer is connected to the output of the first microwave amplifier, the input of which is connected to the output of the first attenuator, the input of which is connected to the first output of a three-channel power divider, the second output of which is connected to the input of the second The microwave attenuator, the output of which is connected to the input of the second microwave amplifier, the output of which is connected to the second port of the reference microwave mixer, the output of the microwave generator is connected to the input of a three-channel power divider, the third output of which is connected to the second port of the phase-locked loop mixer.
RU2018123068A 2018-06-25 2018-06-25 Device for measuring complex transfer coefficients and reflection of microwave devices with frequency conversion RU2687980C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123068A RU2687980C1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Device for measuring complex transfer coefficients and reflection of microwave devices with frequency conversion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123068A RU2687980C1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Device for measuring complex transfer coefficients and reflection of microwave devices with frequency conversion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2687980C1 true RU2687980C1 (en) 2019-05-17

Family

ID=66578707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123068A RU2687980C1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Device for measuring complex transfer coefficients and reflection of microwave devices with frequency conversion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2687980C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US159681A (en) * 1875-02-09 Improvement in slate-frames
SU1596278A1 (en) * 1988-07-20 1990-09-30 Предприятие П/Я А-1490 Method of determining gain factors of four-terminal networks with frequency conversion
SU1788479A1 (en) * 1990-10-05 1993-01-15 Krasnod Nii Radioizmeritelnoj Device for measuring amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of two-port networks
RU2022284C1 (en) * 1991-04-26 1994-10-30 Севастопольский Приборостроительный Институт Method of determination of complex parameters of shf devices
US20050159681A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-21 Tanita Corporation Impedance based muscular strength measuring device
JP2006189440A (en) * 2005-01-03 2006-07-20 Agilent Technol Inc Vector network analyzer mixer calibration using unknown thru calibration
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 (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US159681A (en) * 1875-02-09 Improvement in slate-frames
SU1596278A1 (en) * 1988-07-20 1990-09-30 Предприятие П/Я А-1490 Method of determining gain factors of four-terminal networks with frequency conversion
SU1788479A1 (en) * 1990-10-05 1993-01-15 Krasnod Nii Radioizmeritelnoj Device for measuring amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of two-port networks
RU2022284C1 (en) * 1991-04-26 1994-10-30 Севастопольский Приборостроительный Институт Method of determination of complex parameters of shf devices
US20050159681A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-21 Tanita Corporation Impedance based muscular strength measuring device
JP2006189440A (en) * 2005-01-03 2006-07-20 Agilent Technol Inc Vector network analyzer mixer calibration using unknown thru calibration
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Диссертация: "Методы определения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты", 2002. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2524049C1 (en) Device for measuring absolute complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion
RU2687850C1 (en) Measuring device and method of determining complex transfer coefficients of microwave-mixers
US9720023B2 (en) Vector network power meter
US4808912A (en) Six-port reflectometer test arrangement and method including calibration
Bergeault et al. Characterization of diode detectors used in six-port reflectometers
RU2687980C1 (en) Device for measuring complex transfer coefficients and reflection of microwave devices with frequency conversion
US7772827B2 (en) Measuring device, in particular, a vectorial network analyzer with phase regulation
RU2482504C2 (en) Method for calibration of inherent s-parameters of devices for measuring complex coefficients of transmission and reflection of microwave four-terminal devices
CN209046651U (en) A kind of six-port microwave plural number radiometer self-calibrating device
US10379191B2 (en) Apparatus and method for vector s-parameter measurements
EP0234111B1 (en) Six-port reflectometer test arrangement
RU2682079C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion
RU2649861C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion
RU2276377C1 (en) Device for measuring amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of four-poles with frequency transformer
RU2646948C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up
RU2805381C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave quadripoles with frequency conversion
RU2774501C1 (en) Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupoles
Nikolaenko et al. Analysis of modern techniques for automatic measurements in microwaves
RU2648746C1 (en) Device for measuring absolute integrated coefficients of the transmission of microwaves
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. Transmission coefficient measurement based on six-port correlator in 28-GHz-band
RU2753828C1 (en) Method for calibration and determination of inherent systematic errors of vector network analyser
Wagner et al. 15-Term Self-Calibration without an ideal THRU-or LINE-Standard
Korotkov et al. The method for accurate measurements of absolute phase and group delay of frequency converters
Abd El-Aziz et al. Wideband Microwave Phase Shift Measurement Technique