Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх Российский патент 2018 года по МПК G01R27/28 

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.

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.

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).

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).

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

Устройство для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты вверх работает следующим образом.

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.

Ввиду того, что испытательный СВЧ-сигнал после преобразования его частоты в первую промежуточную частоту 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 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.

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

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.

Испытательный СВЧ-сигнал с частотой 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 от первого гетеродина 18, не обязательно лежащий в диапазоне СВЧ. Образовавшийся в результате гетеродинного преобразования частоты сигнал суммарной первой промежуточной частоты 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 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.

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.

Частота сигнала переменной суммарной первой промежуточной частоты 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 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 от генератора испытательных СВЧ-сигналов 3, на второй вход этого смесителя поступает сигнал с частотой от первого гетеродина 18. Сигнал выхода первого смесителя ФАПЧ 17, равный по частоте 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 перестраивается синхронно с частотой испытательных СВЧ-сигналов, так, что их суммарная частота равна выбранной с помощью первого генератора опорных частот 20 первой промежуточной частоте с точностью до разности фаз.

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

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 Частоту дополнительного сигнала второго гетеродина 24 устанавливают равной сумме частот первого гетеродина 18 и второго опорного сигнала так что Часть сигнала от первого гетеродина 18 с частотой подают на первый вход второго смесителя ФАПЧ 23, на второй вход которого поступает часть сигнала с частотой с выхода второго гетеродина 24. Образовавшийся сигнал, равный разности частот первого гетеродина 18 и 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 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.

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 с выходов испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей, преобразованных во вторую промежуточную частоту с опорным сигналом той же второй промежуточной частоты в компараторе 33. Опорный сигнал второй промежуточной частоты на первый вход компаратора 33 подают из второго опорного генератора 21. Преобразование сигнала первой промежуточной частоты с выходов испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей во вторую промежуточную частоту осуществляют с помощью сигналов третьей промежуточной частоты полученной путем сложения частоты сигнала от второго гетеродина 24 с частотой испытательного СВЧ-сигнала 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 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 Полученный в результате преобразования сигнал разностной частоты , 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 поступающих на первый и второй входы этого компаратора.

Измерение разности сдвигов фаз Δϕ и отношения коэффициентов передачи ΔК испытуемого 15 и опорного 16 смесителей СВЧ проводят следующим образом.

Испытательный сигнал первой переменной промежуточной частоты 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 с выхода первого смесителя промежуточной частоты 25, равный Сигнал разностной частоты с выхода второго смесителя промежуточной частоты 31 подают на второй вход компаратора 33, на первый вход которого поступает опорный сигнал второй промежуточной частоты 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 и отношения коэффициентов передачи между сигналом от испытуемого смесителя СВЧ 15 и опорного сигнала второй промежуточной частоты результаты которых заносят в память компьютера 32, где исключаются коэффициент передачи и фазовый сдвиг последовательно соединенных усилителя 27 и аттенюатора 28, измеренные в процессе исключения амплитудно-фазовой погрешности, вызванной потерями преобразования испытуемого СВЧ-смесителя 15.

Затем испытательный сигнал первой переменной промежуточной частоты 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 проводят измерения разности фаз и отношения коэффициентов передачи между сигналом от опорного смесителя СВЧ 16 и опорного сигнала второй промежуточной частоты В компьютере 32 вычисляют отношение коэффициентов передачи испытуемого смесителя 15 и опорного смесителя 16, учитывая, что U₁₂=U₁₃ и исключенные и в виде:

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

Полученные значения ΔК и Δϕ с выхода компаратора 33 фиксируют в памяти компьютера 32 через его второй вход.

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.

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 полученное в результате параллельных измерений испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей. В компьютере 32 решается система уравнений

В результате чего находят истинные значения модулей комплексных коэффициентов передачи испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей, соответственно в виде:

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:

Находят истинные значения фазовых сдвигов испытуемого 15 и опорного 16 СВЧ-смесителей соответственно в виде:

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 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.

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.

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.

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. Технический результат заключается в повышении точности измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты и расширении функциональных возможностей. 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 и дополнительно введенных в него второго генератора опорных частот, второго фазового детектора, второго смесителя фазовой автоподстройки частоты, второго гетеродина, усилителя и регулируемого аттенюатора. 1 ил.

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.