Устройство и способ тестирования двухчастотного нелинейного вектора сетевых параметров Российский патент 2019 года по МПК G01R27/32 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети, в частности, к устройству и методу испытания параметров двухчастотных нелинейных векторных сетей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

По мере непрерывного развития современных микроволновых систем связи миллиметрового диапазона, например, быстрого развития системы мобильной связи, РЛС с активной фазированной решеткой, спутниковой связи и навигации, систем радиоэлектронного подавления и точного наведения и оборудования тенденцией развития стала высокоскоростная технология широкополосной передачи. Для этой новой технологии зачастую требуется система связи с несколькими несущими и широким динамическим диапазоном, поэтому линейность микроволновых устройств требует многих факторов. Таким образом, определение нелинейных характеристик и задача моделирования компонентов микроволновых устройств, таких как широкозонный полупроводник, сверхширокополосный смеситель частот и соединитель высокой мощности с низкой интермодуляцией, привлекла много внимания в информационной отрасли. Общий способ исследования настоящей задачи заключается в испытании их характеристик нелинейного поведения, основанный на принципе «черного ящика».

Существующий подход к испытанию нелинейных характеристик компонентов микроволновых устройств предполагает моделирование характеристик нелинейного поведения посредством рассмотрения компонентов микроволновых устройств в виде испытуемой «сети» с N портов, где концепция сети взята из «модели черного ящика». Известные нелинейные модели представлены моделью Х-параметров и кардиффской моделью. Модель Х-параметров была разработана доктором Дженом, выпускалась главным образом компанией Keysight Technologies (ранее известной как Agilent Technologies Inc.) и смоделирована и обработана в программном обеспечении AD5. Кардиффская модель была введена Mesuro Limited в Великобритании и в настоящее время главным образом выпускается компанией R&S (Rohde & Schwarz). Однако эти модели основываются на одночастотном возбуждении сигнала, не могут полностью отражать характеристики нелинейного поведения компонентов устройства или параметры поведения компонентов устройства, такие как интермодуляционные искажения пассивных компонентов, усилителя мощности, потери преобразования частоты смесителя частот и потери частотного разделения делителя. Таким образом, в области микроволновой связи существует крайняя необходимость в модели и методе испытания, которые преодолевают ограничение одночастотного возбуждения, прогнозируют нелинейное поведение компонентов микроволновых устройств и могут быть использованы для системного проектирования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Учитывая приведенные выше технические проблемы, существующие на предыдущем уровне техники, в настоящем изобретении предлагается устройство и метод испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети, которая имеет рациональную конструкцию, успешно устраняет недостатки предыдущего уровня техники и решает проблемы определения характеристик двухчастотного нелинейного поведения и испытания компонентов микроволновых устройств.

Чтобы реализовать вышеуказанную цель, в настоящем изобретении применяется следующее техническое решение:

устройство для испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети, включающее модуль опорной частоты, селекторные переключатели, тестовые порты, блоки выбора умножителей, приемники, ответвители, смеситель частот, вычислительный модуль и потребители.

Селекторные переключатели включают в себя первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой селекторные переключатели.

Тестовые порты включают в себя первый, второй и третий тестовые порты.

Блоки выбора умножителя включают в себя первый и второй блоки выбора умножителя для реализации выбора транзитных сигналов, сигналов двойной, тройной и n кратности.

Приемники включают в себя приемник R для обеспечения опорной фазы при нелинейном испытании, приемник R1 для испытания выходного сигнала первого источника сигналов, приемник R2 для испытания выходного сигнала второго источника сигналов, приемник А для испытания сигнала, входящего в первый тестовый порт, приемник В для испытания сигнала, входящего во второй тестовый порт, а также приемник С для испытания сигнала, входящего в третий тестовый порт.

Главным образом, приемник включает модуль смешения частот, модуль формирования промежуточной частоты, модуль аналого-цифрового преобразования и векторный вычислительный модуль ЦОС.

Ответвители включают первый, второй, третий, четвертый и пятый ответвители.

Первый ответвитель отправляет спаренную часть сигнала, подаваемого первым источником сигналов, в приемник R1.

Второй ответвитель отправляет спаренную часть сигнала, подаваемого вторым источником сигналов, в приемник R2.

Третий ответвитель отправляет спаренную часть поступающего сигнала из первого тестового порта в приемник А.

Четвертый ответвитель отправляет спаренную часть поступающего сигнала из второго тестового порта в приемник В.

Пятый ответвитель отправляет спаренную часть поступающего сигнала из третьего тестового порта в приемник С.

Смеситель частот настроен на смешение частот выходных сигналов первого и второго блоков выбора умножителя и на отправку сигнала, подвергающегося смешению частот, в приемник R через пятый селекторный переключатель.

Потребители включают первый и второй потребители.

Модуль опорной частоты генерирует два источника сигналов, то есть первый и второй источники сигналов, и источник сигналов местного гетеродина для отправки сигнала местного гетеродина в приемник. Первый и второй источники сигналов направляют этот сигнал в первый или третий тестовый порт отдельно или совместно, причем второй источник сигналов выводит сигнал на второй тестовый порт отдельно, а источник сигналов местного гетеродина направляет сигнал гетеродина в шесть приемников, а именно: R, R1, R2, А, В и С.

Сигналы из первого и второго источников соответственно разделяются на первый и второй блоки выбора умножителя, а сигнал, который выводится из первого блока выбора умножителя, отправляется в приемник R через шестой и пятый селекторные переключатели; или сигнал, который выводится из второго блока выбора умножителя, отправляется в приемник R через седьмой и пятый селекторные переключатели; или сигналы, которые выводятся из первого и второго блоков выбора умножителей, входят в смеситель частот, где происходит смешение частоты посредством шестого и седьмого селекторных переключателей соответственно, а сигнал, частота которого смешивается смесителем частот, отправляется в приемник R через пятый селекторный переключатель.

Сигнал в приемнике R и сигналы, соответственно поступающие в приемники R1, R2, А, В и С через первый, второй, третий, четвертый и пятый ответвители, смешиваются по частоте с сигналом местного гетеродина, генерируемым источником сигналов местного гетеродина для вывода сигнала промежуточной частоты, который подвергается формированию промежуточной частоты модулем формирования промежуточной частоты, затем поступает в модуль аналого-цифрового преобразования для дискретизации и преобразования, и впоследствии поступает в векторный вычислительный модуль ЦОС, где цифровой сигнал промежуточной частоты подвергается синфазно-квадратурному разложению и фильтрации, полученный сигнал испытывается на предмет амплитуды и фазы, а данные испытания отправляются в вычислительный модуль для нелинейного моделирования; кроме того, вычислительный модуль управляет частотой качания и мощностью первого и второго источников сигналов, а также источника сигналов местного гетеродина.

При этом в настоящем изобретении также предлагается метод испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети, в котором используется устройство для испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети, приведенное выше, и он включает следующие этапы:

Этап 1: в случае с испытанием двухплечей схемы подключите испытуемое устройство (ИУ) к первому и третьему тестовым портам;

Этап 2: для испытания одночастотных отраженного сигнала и передаточной функции отключите второй источник сигналов, дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, третьему селекторному переключателю - первый источник сигналов, а четвертому - первый потребитель; испытательный сигнал, генерируемый первым источником сигналов, посредством первого тестового порта отправляется в испытуемое устройство, а сигнал, переданный на третий тестовый порт, поглощается первым потребителем; после калибровки испытайте S-параметр полной полосы частот двухплечей схемы в прямом направлении, а также одночастотные отраженный сигнал и передаточную функцию с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С;

Этап 3: для испытания одночастотных обратного отраженного сигнала и обратной передаточной функции отключите первый источник сигналов, дайте второму селекторному переключателю отпереть третий тестовый порт, третьему селекторному переключателю - второй потребитель, а четвертому - второй источник сигналов; испытательный сигнал, генерируемый вторым источником сигналов, посредством третьего тестового порта отправляется в испытуемое устройство, а сигнал, переданный на первый тестовый порт, поглощается вторым потребителем; после калибровки испытайте S-параметр полной полосы частот двухплечей схемы в обратном направлении, а также одночастотные обратные отраженный сигнал и передаточную функцию с использованием результатов испытаний приемников R2, А и С;

Этап 4: для испытания прямой гармонической частотной характеристики дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, второму селекторному переключателю - третий тестовый порт, третьему селекторному переключателю - первый источник сигналов, четвертому селекторному переключателю - первый потребитель, шестому селекторному переключателю - приемник R, а пятому - первый источник сигналов; дайте первому блоку выбора умножителя выбрать кратность N, где N -положительное целое число более 2; после калибровки испытайте N-кратную гармоническую частотную характеристику и прямую гармоническую частотную характеристику с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С;

Этап 5: для испытания обратной гармонической частотной характеристики дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, второму селекторному переключателю - третий тестовый порт, третьему селекторному переключателю - первый источник сигналов, четвертому селекторному переключателю - первый потребитель, шестому селекторному переключателю - приемник R, а пятому - первый источник сигналов; дайте второму блоку выбора умножителя выбрать кратность N, где N -положительное целое число более 2; после калибровки испытайте N-кратную гармоническую частотную характеристику и обратную гармоническую частотную характеристику с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С;

Этап 6: повторите двухпозиционное действие из этапов 4 и 5, испытайте воздействие гармонической частоты на основную частоту и испытайте частотную характеристику частотной составляющей 1/N частоты возбуждения;

Этап 7: для испытания влияния перекрестного взаимодействия двухтональных сигналов предположим, что разность частот двух сигналов составляет Δ=ω₂-ω₁, и проведем испытание влияния перекрестного взаимодействия двухтональных сигналов;

Этап 8: для испытания прямой характеристики возбуждения дайте первому и второму селекторным переключателям отпереть первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом, и проведите испытание прямой характеристики возбуждения с использованием данных приемников R1, R2, А, В и С;

Этап 9: для испытания обратной характеристики возбуждения дайте первому и второму селекторным переключателям отпереть третий тестовый порт, второму селекторному переключателю - первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом, и проведите испытание прямой характеристики возбуждения с использованием данных приемников R1, R2, А, В и С;

Этап 10: для испытания прямой и обратной характеристик суммарных частот двухтональных сигналов дайте первому и второму селекторным переключателям отпереть первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; дайте первому и второму блокам выбора умножителя выбрать способ транзита, шестому и седьмому селекторным переключателям - смешение частоты, пятому селекторному переключателю - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет ω₁+ω₂; проведите испытание прямой характеристики суммарной частоты двухтонального сигнала с использованием данных от приемников R, R1, В и С и аналогичным образом - испытание обратной характеристики суммарной частоты двухтонального сигнала, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал;

Этап 11: для испытания прямой и обратной характеристик частот биения двухтональных сигналов дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, второму селекторному переключателю - первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; дайте первому и второму блокам выбора умножителя выбрать способ транзита, шестому и седьмому селекторным переключателям - смешение частоты, пятому селекторному переключателю - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет ω₂-ω₁; проведите испытание прямой характеристики частоты биения двухтонального сигнала с использованием данных от приемников R, R1, В и С и аналогичным образом - испытание обратной характеристики частоты биения двухтонального сигнала, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал;

Этап 12: для испытания прямой и обратной интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов дайте первому и второму селекторным переключателям отпереть первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; дайте первому и второму блокам выбора умножителя выбрать способ транзита, шестому и седьмому селекторным переключателям - смешение частоты, пятому селекторному переключателю - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет 2ω₁+ω₂ или ω₁+2ω₂; проведите испытание прямой интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов с использованием данных от приемников R, R1, В и С и аналогичным образом - испытание обратной интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал;

Этап 13: для испытания прямой и обратной интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтональных сигналов дайте первому и второму селекторным переключателям отпереть первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; дайте первому и второму блокам выбора умножителя выбрать способ транзита, шестому и седьмому селекторным переключателям - смешение частоты, пятому селекторному переключателю - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет 2ω₁-ω₂ или 2ω₂-ω₁; проведите испытание прямой интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтонального сигнала с использованием данных от приемников R, R1, В и С и аналогичным образом - испытание обратной интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтональных сигналов, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал;

Этап 14: выразите результаты с помощью W-матрицы функции двухчастотного нелинейного микроволнового рассеяния где i и j представляют положения W-матрицы, k представляет номер входной а-волны, представляет номер порта выходной b-волны, m и n представляют двухтональные порядки, оба из которых являются целыми числами и не могут быть равны 0 одновременно, представляют частоту а-волны на частоте а представляет собой отклик b-волны на а-волну на частоте

Положительные технические эффекты, обеспечиваемые настоящим изобретением, следующие:

Ввиду проблем определения характеристик модели нелинейного поведения и испытания компонентов микроволнового устройства, а также сложившейся ситуации с испытанием параметров нелинейной векторной сети, в настоящем изобретении предлагаются устройство и метод испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети; пересматриваются показатели параметров нелинейной модели компонентов нелинейного устройства; приводится определение параметра испытания, то есть, определение W-параметра; предоставляется решение проблем определения характеристик модели нелинейного поведения и испытания компонентов микроволнового устройства; упрощается измерение нелинейных характеристик смесителя частот, усилителя и пассивных компонентов устройства, а также оно обладает ценностью в качестве фактора стимулирования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На ФИГ. 1 приведено схематическое изображение аппаратного обеспечения устройства для испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети по настоящему изобретению.

На ФИГ. 2 приведено схематическое изображение модели черного ящика устройства и метода для испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети по настоящему изобретению.

На ФИГ. 3 приведена схема выходной характеристики двухчастотного модуля усилителя возбуждения сигнала по предыдущему уровню техники.

На ФИГ. 4 приведено схематическое изображение метода испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети по настоящему изобретению.

Где: 1 - модуль опорной частоты; 101 - первый источник сигналов; 102 - второй источник сигналов; 103 - источник сигналов местного гетеродина; 2 - вычислительный модуль; 3 - приемник R; 4 - приемник R1; 5 - приемник R2; 6 - приемник А; 7 - приемник В; 8 - приемник С; 9 - пятый селекторный переключатель; 10 - шестой селекторный переключатель; 11 - смеситель частот; 12 - седьмой селекторный переключатель; 13 - первый потребитель; 14 - четвертый селекторный переключатель; 15 - пятый ответвитель; 16 - третий тестовый порт; 17 - второй блок выбора умножителя; 18 - второй ответвитель; 19 - второй селекторный переключатель; 20 - четвертый ответвитель; 21 - второй тестовый порт; 22 - первый блок выбора умножителя; 23 - первый ответвитель; 24 - первый селекторный переключатель; 25 - второй потребитель; 26 - третий селекторный переключатель; 27 - третий ответвитель; 28 - первый тестовый порт.

КОНКРЕТНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение подробно описано далее со ссылкой на чертежи и конкретные варианты осуществления:

Вариант осуществления 1:

Как показано на ФИГ. 1, устройство для испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети, включающее модуль опорной частоты 1, селекторные переключатели, тестовые порты, блоки выбора умножителя, приемники, ответвители, смеситель частот 11, вычислительный модуль 2 и потребители.

Селекторные переключатели включают первый 24, второй 19, третий 26, четвертый 14, пятый 9, шестой 10 и седьмой 12 селекторные переключатели.

Блоки выбора умножителя включают первый 22 и второй 17 блоки выбора умножителя для реализации выбора транзитных сигналов, сигналов двойной, тройной и n кратности.

Приемники включают приемник R 3 для обеспечения опорной фазы для нелинейного испытания, приемник R1 4 для испытания выходного сигнала первого источника сигналов 101, приемник R2 5 для испытания выходного сигнала второго источника сигналов 101, приемник А 6 для испытания сигнала, поступающего на первый тестовый порт 28, приемник В 7 для испытания сигнала, поступающего на второй тестовый порт 21, и приемник С 8 для испытания сигнала, поступающего на третий тестовый порт 16.

Главным образом приемник включает модуль смешения частот, модуль формирования промежуточной частоты, модуль аналого-цифрового преобразования и векторный вычислительный модуль ЦОС.

Ответвители включают первый 23, второй 18, третий 27, четвертый 20 и пятый 15 ответвители.

Первый ответвитель 23 отправляет спаренную часть сигнала, подаваемого первым источником сигналов 101, в приемник R1 4.

Второй ответвитель 18 отправляет спаренную часть сигнала, подаваемого вторым источником сигналов 102, в приемник R2 5.

Третий ответвитель 27 отправляет спаренную часть поступающего сигнала из первого тестового порта 28 в приемник А 6.

Четвертый ответвитель 20 отправляет спаренную часть поступающего сигнала из второго тестового порта 21 в приемник В 7.

Пятый ответвитель 15 отправляет спаренную часть поступающего сигнала из третьего тестового порта 16 в приемник С 8.

Смеситель частот 11 настроен на смешение частот выходного сигнала первого блока выбора умножителя 22 и выходного сигнала второго блока выбора умножителя 17, а также вывод сигнала, подвергшегося смешению частот, в приемник R 3 посредством пятого селекторного переключателя 9.

Потребители включают первый 13 и второй 25 потребители.

Модуль опорной частоты 1 генерирует два источника сигналов, то есть, первый 101 и второй 102 источники сигналов, и источник сигналов 103 местного гетеродина для отправки сигнала местного гетеродина в приемник; первый 101 и второй 102 источники сигналов направляют этот сигнал в первый 28 или третий 16 тестовый порт отдельно или совместно, причем второй источник сигналов 102 выводит сигнал на второй тестовый порт 21 отдельно, а источник сигналов 103 местного гетеродина направляет сигнал гетеродина в шесть приемников, а именно: R 3, R1 4, R2 5, А 6, В 7 и С 8.

Сигналы от первого 101 и второго 102 источников сигналов соответственно разделены на первый 22 и второй 17 блоки выбора умножителя. Сигнал, выводимый первым блоком выбора умножителя 22, отправляется в приемник R 3 посредством шестого селекторного переключателя 10 и пятого селекторного переключателя 9; либо сигнал, выводимый вторым блоком выбора умножителя 17, отправляется в приемник R 3 посредством седьмого селекторного переключателя 12 и пятого селекторного переключателя 9; либо сигнал, выводимый первым блоком выбора умножителя 22, и сигнал, выводимый вторым блоком выбора умножителя 17, поступают в смеситель частот 11, где смешение частот выполняется посредством шестого селекторного переключателя 10 и седьмого селекторного переключателя 12 соответственно, а сигнал, смешанный по частоте смесителем 11, отправляется в приемник R 3 посредством пятого селекторного переключателя 9.

Первый ответвитель 23 отправляет спаренную часть сигнала, подаваемого первым тестовым портом 28, в приемник R1 4; второй ответвитель 18 отправляет спаренную часть сигнала, подаваемого вторым тестовым портом 21, в приемник сигналов R2 5; третий ответвитель 27 отправляет спаренную часть поступающего сигнала от первого тестового порта 28 в приемник А 6; четвертый ответвитель 20 отправляет спаренную часть поступающего сигнала от второго тестового порта 21 в приемник В 7; пятый ответвитель 15 отправляет спаренную часть поступающего сигнала от третьего тестового порта 16 в приемник С 8.

Сигнал, поступающий в приемник R 3, и сигналы, поступающие в приемники R1 4, R2 5, А 6, В 7 и С 8, соответственно смешиваются по частоте с сигналом местного гетеродина, генерируемым источником сигналов 103 местного гетеродина для вывода сигнала промежуточной частоты, который подвергается формированию промежуточной частоты модулем формирования промежуточной частоты, затем поступает в модуль аналого-цифрового преобразования для дискретизации и преобразования, и впоследствии поступает в векторный вычислительный модуль ЦОС, где цифровой сигнал промежуточной частоты подвергается синфазно-квадратурному разложению и фильтрации, полученный сигнал испытывается на предмет амплитуды и фазы, а данные испытания отправляются в вычислительный модуль 2 для нелинейного моделирования; кроме того, вычислительный модуль 2 управляет частотой качания и мощностью первого 101 и второго 102 источников сигналов, а также источника сигналов 103 местного гетеродина.

Вариант осуществления 2:

Исходя из вышеуказанных вариантов осуществления, настоящее изобретение предусматривает метод испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети, который решает проблемы определения характеристик двухчастотного нелинейного поведения и испытания компонентов микроволнового устройства.

(1) Принцип работы заключается в следующем:

Как показано на ФИГ. 2, нелинейная микроволновая система представлена нелинейной двухплечей схемой (т.е. ИУ) по принципу «черного ящика», где a1 - поступающий сигнал порта 1, b1 - отраженный сигнал порта 1, а2 - поступающий сигнал порта 2, b2 - исходящий сигнал порта 2. Когда сигнал возбуждения представлен одночастотным сигналом, они являются одночастотными микроволновыми сигналами, а линейный S-параметр определяется следующим образом:

Когда сигнал возбуждения представлен двухтональным сигналом, нелинейный сетевой выходной сигнал будет генерировать ряд комбинированных частотных составляющих, которые являются интермодуляционными помехами, не считая основной составляющей, составляющей гармонического анализа и постоянной составляющей. Типовой выходной спектр модуля усилителя возбуждения для набора двухчастотных сигналов представлен на ФИГ. 3. Следует отметить, что интермодуляционные помехи, близкие к основной составляющей, не фильтруются с помощью фильтра в системе связи.

Предположим, что испытуемая сеть является постоянной сетью без учета эффекта памяти усилителя. Допустим, что нелинейный сетевой вход a(t), показанный на ФИГ. 1, является двухчастотным сигналом, a(t)=A1(t)+A2(t), тогда выходная волна b(t) будет иметь составляющую рассеяния и комбинационную составляющую, а выход можно выразить как b=f(a). f является нелинейной и сложной функцией. Она получена из теории комплексной функции, согласно которой:

Предположим:

Затем воспользуйтесь сложным алгоритмом равенства и запишите матричную форму, получив в результате следующее:

В действующих нелинейных цепях, если источник возбуждения - одночастотное возбуждение, частотная характеристика состоит из ряда гармонических составляющих частоты возбуждения, то есть, частотная характеристика может быть выражена как массив, где верхний индекс, m, представляет собой гармоническое число. Допустим, что функция возбуждения обеспечивается рядом гармонических частот в частоте возбуждения, можно также выразить как массив, тогда матричная форма, представленная выше, может быть записана в виде блочной матрицы:

Комплексная форма может быть записана прямо, и по причине ее сходства с концепцией S-параметра можно определить S-матрицу функции нелинейного рассеяния.

Это нелинейное выражение сильного сигнала, которое подобно выражению S-параметра слабого сигнала и может преобразовываться в S-параметр слабого сигнала.

При двухчастотном возбуждении сигнал является сложным по своей структуре и включает комбинационную составляющую, не считая основной и гармонической составляющих. Комбинационные частоты всех сумм и разностей, полученных благодаря двум частотам, определены как где m и n - положительные целые числа, а m+n - порядок.

В данном случае дополнительно объединяются комбинационная частота, основная составляющая и гармоническая составляющая; допустим, что m и n - целые числа, и оба одновременно не могут быть равны 0, а также что тогда основная составляющая, гармоническая составляющая и комбинационная частота присутствуют.

Предположим, что двухчастотные сигналы возбуждения представлены тогда вход двухплечей нелинейной схемы, как показано на ФИГ. 1, является следующим:

Допустим, что исходящий сигнал является следующим:

Заменяя переходную матрицу S на букву W, которая представляет интермодуляцию, W-матрица двухчастотного нелинейного микроволнового рассеяния определяется следующим образом:

(2) Рабочий процесс заключается в следующем:

Допустим, что система анализирует интермодуляцию третьего порядка второй гармоники, тогда:

Следовательно, это матрица, в которой W-параметр равен 20*20. В матрице W-параметра двухчастотного нелинейного рассеяния каждый коэффициент W-параметра имеет свое собственный физический смысл. Положения W-матрицы могут быть определены как i и j, номер порта сетевой выходной b-волны - , номер порта входной а-волны - k, двухтональные порядки - m и n, оба из которых являются целыми числами и не могут быть равны 0 одновременно, представляет частоту а-волны на частоте представляет собой отклик b-волны на а-волну на частоте Таким образом, W-матрица может быть выражена как

(3) Испытания включают следующие этапы (как показано на ФИГ. 4):

Этап 1: в случае с испытанием двухплечей схемы подключите испытуемое устройство (ИУ) к первому и третьему тестовым портам;

Этап 2: для испытания одночастотных отраженного сигнала и передаточной функции отключите второй источник сигналов, дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, третьему селекторному переключателю - первый источник сигналов, а четвертому - первый потребитель; испытательный сигнал, генерируемый первым источником сигналов, посредством первого тестового порта отправляется в испытуемое устройство, а сигнал, переданный на третий тестовый порт, поглощается первым потребителем; после калибровки испытайте S-параметр полной полосы частот двухплечей схемы в прямом направлении, а также одночастотные отраженный сигнал и передаточную функцию с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С, включив которые соответствуют (одночастотный отраженный сигнал) и (одночастотная передаточная функция) в зависимости от частот; всего насчитывается 20 элементов массива, таких как

Этап 3: для испытания одночастотных обратного отраженного сигнала и обратной передаточной функции отключите первый источник сигналов, дайте второму селекторному переключателю отпереть третий тестовый порт, третьему селекторному переключателю - второй потребитель, а четвертому - второй источник сигналов; испытательный сигнал, генерируемый вторым источником сигналов, посредством третьего тестового порта отправляется в испытуемое устройство, а сигнал, переданный на первый тестовый порт, поглощается вторым потребителем; после калибровки испытайте S-параметр полной полосы частот двухплечей схемы в обратном направлении, а также одночастотные обратный отраженный сигнал и передаточную функцию с использованием результатов испытаний приемников R2, А и С, включив которые соответствуют (одночастотный отраженный сигнал) и (одночастотная передаточная функция) в зависимости от частот; всего насчитывается 20 элементов массива;

Этап 4: для испытания прямой гармонической частотной характеристики дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, второму селекторному переключателю - третий тестовый порт, третьему селекторному переключателю - первый источник сигналов, четвертому селекторному переключателю - первый потребитель, шестому селекторному переключателю - приемник R, а пятому - первый источник сигналов; дайте первому блоку выбора умножителя выбрать кратность N, где N - положительное целое число более 2; после калибровки испытайте N-кратную гармоническую частотную характеристику и прямую гармоническую частотную характеристику с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С, включив всего насчитывается 4 элемента массива, таких как

Этап 5: для испытания обратной гармонической частотной характеристики дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, второму селекторному переключателю - третий тестовый порт, третьему селекторному переключателю - первый источник сигналов, четвертому селекторному переключателю - первый потребитель, шестому селекторному переключателю - приемник R, а пятому - первый источник сигналов; дайте второму блоку выбора умножителя выбрать кратность N, где N -положительное целое число более 2; после калибровки испытайте N-кратную гармоническую частотную характеристику и обратную гармоническую частотную характеристику с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С, включив всего насчитывается 4 элемента массива;

Этап 6: повторите двухпозиционные действия из этапов 4 и 5, испытайте воздействие гармонической частоты на основную частоту и испытайте частотную характеристику частотной составляющей 1/N частоты возбуждения, где N=2, получив 4 прямых и 4 обратных характеристики, таких как

Этап 7: для испытания влияния перекрестного взаимодействия двухтональных сигналов предположим, что разность частот двух сигналов составляет Δω₂-ω₁, проведите испытание влияния перекрестного взаимодействия двухтональных сигналов, определив, что 120 элементов, таких как равны 0;

Этап 8: для испытания прямой характеристики возбуждения дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, второму селекторному переключателю -первый тестовый порт, первому тестовому порту - двухтональный сигнал, и проведите испытание прямой характеристики возбуждения с использованием данных приемников R1, R2, А, В и С;

Этап 9: для испытания обратной характеристики возбуждения дайте первому селекторному переключателю отпереть третий тестовый порт, второму селекторному переключателю - третий тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом, и проведите испытание обратной характеристики возбуждения с использованием данных приемников R1, R2, А, В и С, определив 4 элемента, таких как

Этап 10: для испытания прямой и обратной характеристик суммарных частот двухтональных сигналов дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, второму селекторному переключателю - первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; дайте первому и второму блокам выбора умножителя выбрать способ транзита, шестому и седьмому селекторным переключателям - смешение частоты, пятому селекторному переключателю - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет ω₁+ω₂; проведите испытание прямой характеристики суммарной частоты двухтональных сигналов с использованием данных от приемников R, R1, В и С, определив 4 параметра, таких как и аналогичным образом - испытание обратной характеристики суммарной частоты двухтональных сигналов, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал, определив 4 параметра, таких как

Этап 11: для испытания прямой и обратной характеристик частоты биения двухтональных сигналов дайте первому селекторному переключателю отпереть первый тестовый порт, второму селекторному переключателю - первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; дайте первому и второму блокам выбора умножителя выбрать способ транзита, шестому и седьмому селекторным переключателям - смешение частоты, пятому селекторному переключателю - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет ω₂-ω₁; проведите испытание прямой характеристики частоты биения двухтональных сигналов с использованием данных от приемников R, R1, В и С, определив 4 параметра, таких как и аналогичным образом - испытание обратной характеристики частоты биения двухтональных сигналов, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал, определив 4 параметра, таких как

Этап 12: для испытания прямой и обратной интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов дайте первому и второму селекторным переключателям отпереть первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; дайте первому и второму блокам выбора умножителя выбрать способ транзита, шестому и седьмому селекторным переключателям - смешение частоты, пятому селекторному переключателю - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет 2ω₁+ω₂ или ω₁+2ω₂; проведите испытание прямой интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов с использованием данных от приемников R, R1, В и С, определив 8 параметров, таких как и аналогичным образом - испытание обратной интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал, определив 8 параметров, таких как

Этап 13: для испытания прямой и обратной интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтональных сигналов дайте первому и второму селекторным переключателям отпереть первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; дайте первому и второму блокам выбора умножителя выбрать способ транзита, шестому и седьмому селекторным переключателям - смешение частоты, пятому селекторному переключателю - выход смешанной частоты, и пусть частота приема приемника R составляет 2ω₁-ω₂ или 2ω₂-ω₁; проведите испытание прямой интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтональных сигналов с использованием данных от приемников R, R1, В и С, определив 8 параметров, таких как и аналогичным образом - испытание обратной интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтональных сигналов, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал, определив 8 параметров, таких как

Этап 14: В соответствии с принципом основного сигнала, пусть другие элементы будут равны 0. Всего насчитывается 168 элементов массива. Выразите результаты с помощью W-матрицы функции двухчастотного нелинейного микроволнового рассеяния где i и j представляют положения W-матрицы, k представляет номер порта входной а-волны, представляет номер порта выходной b-волны, m и n представляют двухтональные порядки, оба из которых являются целыми числами и не могут быть равны 0 одновременно, представляет частоту а-волны на частоте представляет собой отклик b-волны на а-волну на частоте

Ввиду проблем определения характеристик модели нелинейного поведения и испытания компонентов микроволнового устройства, а также сложившейся ситуации с испытанием параметров нелинейной векторной сети, в настоящем изобретении предлагаются устройство и метод испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети; пересматриваются показатели параметров нелинейной модели компонентов нелинейного устройства; приводится определение параметра испытания, то есть, определение W-параметра; предоставляется решение проблем определения характеристик модели нелинейного поведения и испытания компонентов микроволнового устройства; упрощается измерение нелинейных характеристик смесителя частот, усилителя и пассивных компонентов устройства, а также оно обладает ценностью в качестве фактора стимулирования.

Разумеется, вышеприведенное описание не ограничивает настоящее изобретение, и последнее не ограничено вышеуказанными примерами, а любые вариации, изменения, добавления или замены, выполненные специалистами в данной области согласно сущности настоящего изобретения, относятся к объему правовой охраны изобретения.

Изобретение относится к области испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети. Устройство включает модуль опорной частоты, селекторные переключатели, тестовые порты, блоки выбора умножителей, приемники, ответвители, смеситель частот, вычислительный модуль и потребители. Причем селекторные переключатели включают в себя первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой селекторные переключатели; тестовые порты включают в себя первый, второй и третий тестовые порты; блоки выбора умножителя включают в себя первый и второй блоки выбора умножителя для реализации выбора транзитных сигналов, сигналов двойной, тройной и n кратности; приемники включают в себя приемник R для обеспечения опорной фазы при нелинейном испытании, приемник R1 для испытания выходного сигнала первого источника сигналов, приемник R2 для испытания выходного сигнала второго источника сигналов, приемник А для испытания сигнала, входящего в первый тестовый порт, приемник В для испытания сигнала, входящего во второй тестовый порт, а также приемник С для испытания сигнала, входящего в третий тестовый порт. Технический результат заключается в возможности прогнозирования нелинейного поведения компонентов микроволновых устройств. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для испытания параметров двухчастотной нелинейной векторной сети, отличающееся тем, что оно включает модуль опорной частоты, селекторные переключатели, тестовые порты, блоки выбора умножителей, приемники, ответвители, смеситель частот, вычислительный модуль и потребители, где

селекторные переключатели включают в себя первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой селекторные переключатели;

тестовые порты включают в себя первый, второй и третий тестовые порты;

блоки выбора умножителя включают в себя первый и второй блоки выбора умножителя для реализации выбора транзитных сигналов, сигналов двойной, тройной и n кратности;

приемники включают в себя приемник R для обеспечения опорной фазы при нелинейном испытании, приемник R1 для испытания выходного сигнала первого источника сигналов, приемник R2 для испытания выходного сигнала второго источника сигналов, приемник А для испытания сигнала, входящего в первый тестовый порт, приемник В для испытания сигнала, входящего во второй тестовый порт, а также приемник С для испытания сигнала, входящего в третий тестовый порт;

главным образом, приемник включает модуль смешения частот, модуль формирования промежуточной частоты, модуль аналого-цифрового преобразования и векторный вычислительный модуль цифровой обработки сигналов (ЦОС);

ответвители включают первый, второй, третий, четвертый и пятый ответвители;

первый ответвитель отправляет спаренную часть сигнала, подаваемого первым источником сигналов, в приемник R1;

второй ответвитель отправляет спаренную часть сигнала, подаваемого вторым источником сигналов, в приемник R2;

третий ответвитель отправляет спаренную часть поступающего сигнала из первого тестового порта в приемник А;

четвертый ответвитель отправляет спаренную часть поступающего сигнала из второго тестового порта в приемник В;

пятый ответвитель отправляет спаренную часть поступающего сигнала из третьего тестового порта в приемник С;

смеситель частот настроен на смешение частот выходных сигналов первого и второго блоков выбора умножителя и на отправку сигнала, подвергающегося смешению частот, в приемник R через пятый селекторный переключатель;

потребители включают первый и второй потребители;

модуль опорной частоты генерирует два источника сигналов, то есть первый и второй источники сигналов, и источник сигналов местного гетеродина для отправки сигнала местного гетеродина в приемник, при этом первый и второй источники сигналов направляют этот сигнал в первый или третий тестовый порт отдельно или совместно, причем второй источник сигналов выводит сигнал на второй тестовый порт отдельно, а источник сигналов местного гетеродина направляет сигнал гетеродина в шесть приемников, а именно: R, R1, R2, А, В и С;

сигналы из первого и второго источников соответственно разделяются на первый и второй блоки выбора умножителя, а сигнал, который выводится из первого блока выбора умножителя, отправляется в приемник R через шестой и пятый селекторные переключатели; или сигнал, который выводится из второго блока выбора умножителя, отправляется в приемник R через седьмой и пятый селекторные переключатели; или сигналы, которые выводятся из первого и второго блоков выбора умножителей, входят в смеситель частот, где происходит смешение частоты посредством шестого и седьмого селекторных переключателей соответственно, а сигнал, частота которого смешивается смесителем частот, отправляется в приемник R через пятый селекторный переключатель; сигнал в приемнике R и сигналы, соответственно поступающие в приемники R1, R2, А, В и С через первый, второй, третий, четвертый и пятый ответвители, смешиваются по частоте с сигналом местного гетеродина, генерируемым источником сигналов местного гетеродина для вывода сигнала промежуточной частоты, который подвергается формированию промежуточной частоты модулем формирования промежуточной частоты, затем поступает в модуль аналого-цифрового преобразования для дискретизации и преобразования, и впоследствии поступает в векторный вычислительный модуль ЦОС, где цифровой сигнал промежуточной частоты подвергается синфазно-квадратурному разложению и фильтрации, полученный сигнал испытывается на предмет амплитуды и фазы, а данные испытания отправляются в вычислительный модуль для нелинейного моделирования; кроме того, вычислительный модуль управляет частотой качания и мощностью первого и второго источников сигналов, а также источника сигналов местного гетеродина.

2. Способ по п. 1, включает следующие этапы:

этап 1: в случае с испытанием двухплечей схемы испытуемое устройство (ИУ) подключают к первому и третьему тестовым портам;

этап 2: для испытания одночастотных отраженного сигнала и передаточной функции второй источник сигналов отключается, первый селекторный переключатель отпирает первый тестовый порт, третий селекторный переключатель включает первый источник сигналов, а четвертый - первый потребитель; испытательный сигнал, генерируемый первым источником сигналов, посредством первого тестового порта отправляется в испытуемое устройство, а сигнал, переданный на третий тестовый порт, поглощается первым потребителем; после калибровки испытывается S-параметр полной полосы частот двухплечей схемы в прямом направлении, а также одночастотные отраженный сигнал и передаточная функция с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С;

этап 3: для испытания одночастотных обратного отраженного сигнала и обратной передаточной функции отключается первый источник сигналов, второй селекторный переключатель отпирает третий тестовый порт, третий селекторный переключатель включает второй потребитель, а четвертый - второй источник сигналов; испытательный сигнал, генерируемый вторым источником сигналов, посредством третьего тестового порта отправляется в испытуемое устройство, а сигнал, переданный на первый тестовый порт, поглощается вторым потребителем; после калибровки испытывается S-параметр полной полосы частот двухплечей схемы в обратном направлении, а также одночастотные обратные отраженный сигнал и передаточная функция с использованием результатов испытаний приемников R2, А и С;

этап 4: для испытания прямой гармонической частотной характеристики первый селекторный переключатель отпирает первый тестовый порт, второй селекторный переключатель включает третий тестовый порт, третий селекторный переключатель - первый источник сигналов, четвертый селекторный переключатель - первый потребитель, шестой селекторный переключатель - приемник R, а пятый - первый источник сигналов; первый блок выбора умножителя выбирает кратность N, где N - положительное целое число более 2; после калибровки испытывается N-кратная гармоническая частотная характеристика и прямая гармоническая частотная характеристика с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С;

этап 5: для испытания обратной гармонической частотной характеристики первый селекторный переключатель отпирает первый тестовый порт, второй селекторный переключатель отпирает третий тестовый порт, третий селекторный переключатель - первый источник сигналов, четвертый селекторный переключатель - первый потребитель, шестой селекторный переключатель - приемник R, а пятый - первый источник сигналов; второй блок выбора умножителя выбирает кратность N, где N - положительное целое число более 2; после калибровки испытывается N-кратная гармоническая частотная характеристика и обратная гармоническая частотная характеристика с использованием результатов испытаний приемников R1, А и С;

этап 6: повторяется двухпозиционное действие из этапов 4 и 5, испытывается воздействие гармонической частоты на основную частоту и испытывается частотная характеристика частотной составляющей 1/N частоты возбуждения;

этап 7: для испытания влияния перекрестного взаимодействия двухтональных сигналов предполагается, что разность частот двух сигналов составляет Δ=ω₂-ω₁, и проводится испытание влияния перекрестного взаимодействия двухтональных сигналов;

этап 8: для испытания прямой характеристики возбуждения первый и второй селекторные переключатели отпирают первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом, и проводится испытание прямой характеристики возбуждения с использованием данных приемников R1, R2, А, В и С;

этап 9: для испытания обратной характеристики возбуждения первый и второй селекторный переключатели отпирают третий тестовый порт, второй селекторный переключатель - первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом, и проводится испытание прямой характеристики возбуждения с использованием данных приемников R1, R2, А, В и С;

этап 10: для испытания прямой и обратной характеристик суммарных частот двухтональных сигналов первый и второй селекторные переключатели отпирают первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; первый и второй блоки выбора умножителя выбирают способ транзита, шестой и седьмой селекторные переключатели - смешение частоты, пятый селекторный переключатель - выход смешанной частоты; при этом частота приема приемника R составляет ω₁+ω₂; проводится испытание прямой характеристики суммарной частоты двухтонального сигнала с использованием данных от приемников R, R1, В и С и аналогичным образом - испытание обратной характеристики суммарной частоты двухтонального сигнала, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал;

этап 11: для испытания прямой и обратной характеристик частот биения двухтональных сигналов первый селекторный переключатель отпирает первый тестовый порт, второй селекторный переключатель - первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; первый и второй блоки выбора умножителя выбирают способ транзита, шестой и седьмой селекторные переключатели - смешение частоты, пятый селекторный переключатель - выход смешанной частоты; при этом частота приема приемника R составляет ω₂-ω₁; проводится испытание прямой характеристики частоты биения двухтонального сигнала с использованием данных от приемников R, R1, В и С и аналогичным образом - испытание обратной характеристики частоты биения двухтонального сигнала, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал;

этап 12: для испытания прямой и обратной интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов первый и второй селекторный переключатель отпирает первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; первый и второй блоки выбора умножителя выбирают способ транзита, шестой и седьмой селекторные переключатели - смешение частоты, пятый селекторный переключатель - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет 2ω₁+ω₂ или ω₁+2ω₂; проводится испытание прямой интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов с использованием данных от приемников R, R1, В и С и аналогичным образом - испытание обратной интермодуляции третьего порядка суммарной частоты двухтональных сигналов, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал;

этап 13: для испытания прямой и обратной интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтональных сигналов первый и второй селекторные переключатели отпирают первый тестовый порт, выходной сигнал которого представлен двухтональным сигналом; первый и второй блоки выбора умножителя выбирают способ транзита, шестой и седьмой селекторные переключатели - смешение частоты, пятый селекторный переключатель - выход смешанной частоты; пусть частота приема приемника R составляет 2ω₁-ω₂ или 2ω₂-ω₁; проводится испытание прямой интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтонального сигнала с использованием данных от приемников R, R1, В и С и аналогичным образом - испытание обратной интермодуляции третьего порядка частоты биения двухтональных сигналов, когда третий тестовый порт отправит двухтональный сигнал;

этап 14: результаты выражаются с помощью W-матрицы функции двухчастотного нелинейного микроволнового рассеяния где i и j представляют положения W-матрицы, k представляет номер входной а-волны, l представляет номер порта выходной b-волны, m и n представляют двухтональные порядки, оба из которых являются целыми числами и не могут быть равны 0 одновременно, (m_a, n_a) представляют частоту а-волны на частоте m_aω₁+n_aω₂, а (m_b, n_b)-(m_a, n_a) представляет собой отклик b-волны на а-волну на частоте m_bω₁+n_bω₂.