Cистема для измерения комлексных коэффициентов передачи устройств свч с преобразованием частоты

Cистема для измерения комлексных коэффициентов передачи устройств свч с преобразованием частоты

Отрасли, категории, применение: ВЧ и телекоммуникации

Краткое описание:

Работа посвящена разработке и созданию действующего макета прибора, с помощью которого могут быть исследованы измерительные возможности нового перспективного способа определения сдвига фаз, вносимого СВЧ-смесителем при гетеродинном преобразовании входного сигнала в сигнал промежуточной частоты.

Организация

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», г. Краснодар

Описание решения

Постановка задачи

Известно, что наиболее полной характеристикой СВЧ-устройств принято считать их матрицу рассеяния, содержащую полный комплект S-параметров, для измерения которых создан целый класс радиоизмерительных приборов – анализаторов цепей. Однако, в случае прохождения сигнала через СВЧ-смеситель, возникают изменения во времени задержки этого сигнала, благодаря наличию реактивностей в нелинейном элементе смесителя, которые зависят от величины протекающего через нелинейный элемент тока. Эти изменения эквивалентны нелинейному сдвигу фаз, приводящему к существенным искажениям, вносимым СВЧ-смесителем в фазу выходного сигнала промежуточной частоты в процессе гетеродинного преобразования частоты. Нестабильность этого сдвига фаз определяет все погрешности и искажения, возникающие в процессе гетеродинного преобразования частоты. К таким искажениям относятся, например, возникновение сигналов ложных целей, образующиеся при линейно-частотной модуляции внутри радиоимпульса, искажения диаграммы направленности фазированной антенной решетки в процессе качания её луча, амплитудно-фазовые искажения радиосигналов несущих информацию, а также ряд других погрешностей. Именно по этой причине главной проблемой нахождения S-параметров СВЧ-смесителя является задача определения сдвига фаз, вносимого данным СВЧ-смесителем в преобразуемый по частоте входной СВЧ-сигнал. Но такой сдвиг фаз традиционными методами измерить невозможно, т.к. входной СВЧ-сигнал и выходной сигнал промежуточной частоты лежат в разных диапазонах частот.

Работа посвящена разработке и созданию действующего макета прибора, с помощью которого могут быть исследованы измерительные возможности нового перспективного способа определения сдвига фаз, вносимого СВЧ-смесителем при гетеродинном преобразовании входного сигнала в сигнал промежуточной частоты, основанного на измерении суммы и разности сдвигов фаз двух смесителей один из которых испытуемый, а другой вспомогательный, с последующим вычислением на основе полученных результатов истинного сдвига фаз каждого из этих СВЧ-смесителей

Решение

Блок-схема устройства для измерения параметров СВЧ-устройств с преобразованием частоты приведена на рис. 1.

Схема на рис. 1 состоит из векторного анализатора цепей 1 с выходными портами 1 и 2, испытуемого смесителя 2, опорного смесителя 3, СВЧ-генератора 4, первого 5, второго 7 переключателей, усилителя промежуточной частоты 6, смесителя промежуточной частоты 8, АЦП 9, генератора второй промежуточной частоты 10, генератора первой промежуточной частоты 11. Реализация данной схемы на базе платформы NI PXI представлена на рис. 2.

Схемы на рис. 1 и рис. 2 работают следующим образом. Сначала анализатор цепей 1 включают в режим измерения параметра S21. Переключатель 5, переводят в первое положение, переключатель 7 – во второе положение. В этом случает сигнал с выхода испытуемого смесителя 2 через переключатели 5, 7 и усилитель 6 поступает на вход опорного смесителя 3. В испытуемом смесителе 2 происходит преобразование частоты вниз, а в смесителе 3 – преобразование частоты вверх. Рассмотрим процесс измерения действительного сдвига фаз испытуемого смесителя 2. Т. к. смесители питаются от одного и того же гетеродина, который синхронизирован с генератором анализатора цепей, последний измеряет суммарный сдвиг фаз между двумя смесителями в виде ЕФ=Ф2+Ф3+Ф6. Здесь, Ф2 – сдвиг фаз испытуемого смесителя, Ф3 – сдвиг фаз опорного смесителя, Ф6 – сдвиг фаз усилителя. Затем переключатель 7 переводят в первое положение. В этом случае сигнал промежуточной частоты с выхода усилителя 6 поступает на смеситель промежуточной частоты 8, в котором данный сигнал, смешиваясь с сигналом от генератора первой промежуточной частоты 11, преобразуется в сигнал второй промежуточной частоты. С выхода смесителя 8 сигнал второй промежуточной частоты поступает на АЦП 9, где сравнивается по фазе с постоянным образцовым сигналом такой же частоты, поступающим от генератора второй промежуточной частоты 10. Генераторы 10 и 11 синхронизированы. В АЦП регистрируется суммарный сдвиг фаз Ф’=Ф2+Ф6+Ф8-Ф10. Здесь, Ф8 – сдвиг фаз смесителя 8, Ф10 – фаза сигнала от генератора 10. Затем переключатель 5 переводят во второе положение, анализатор цепей 1 переводят в режим измерения параметра S12 и в АЦП регистрируют суммарный сдвиг фаз Ф”=Ф3+Ф6+Ф8-Ф10, аналогично, как это было сделано для смесителя 2. Производя вычитание полученных величин имеем разность: dФ=Ф’-Ф”=Ф2+Ф6+Ф8-Ф10-(Ф3+Ф6+Ф8-Ф10)=Ф2-Ф3. Далее производят решение двух уравнений ЕФ=Ф2+Ф3+Ф6 и dФ=Ф2-Ф3, откуда суммарный действительный сдвиг фаз испытуемого смесителя 2 и усилителя 6 находят в виде: Ф=Ф2+Ф6=(ЕФ+dФ)/2. Аналогичным образом измеряют модуль комплексного коэффициента передачи испытуемого смесителя.

Используемое оборудование и программное обеспечение

Для создания предлагаемого прибора требуется векторный анализатор цепей, СВЧ-гетеродин, генератор промежуточных частот. Эти приборы должны быть связаны системой фазовой автоподстройки частоты. Для реализации данного проекта могут быть использованы готовые решения от National Instruments – 2 генератора сигналов PXI-5404, усилитель PXI-5690, блок переключателей PXIe-2790, анализатор цепей PXIe-5632, СВЧ-генератор PXIe-5673 (512 MB), АЦП PXI-5124 (512 MB).

Внедрение и его перспективы

Предлагаемая система отличается высокой точностью измерения сдвига фаз, т.к. в процессе измерений исключаются переключения и переподсоединений в СВЧ-трактах. Все переключатели работают на промежуточной, относительно низкой частоте, поэтому данное решение может составить конкуренцию известным системам для измерения параметров смесителей [2, 3.]

Список литературы

1.   The Method for accurate measurements of absolute phase and group delay of frequency converters. Korotkov K.S., Frolov D.R., Levchenko A.S. // Microwave and Telecommunication Technology (CriMiCo), 23nd International Crimean Conference, Sevastopol, 2013 IEEE catalog number: CFP13788. – pp.938-939
2.   J. P. Dunsmore et al., “Method for characterizing frequency translation devices,” U.S. Patent 6 690 722, Feb. 10, 2004.
3.   C. J. Clark et al., “Frequency translating device transmission response method,” U.S. Patent 5 937 006, Aug. 10, 1999.

 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика