RU2687850C1 - Measuring device and method of determining complex transfer coefficients of microwave-mixers - Google Patents
Measuring device and method of determining complex transfer coefficients of microwave-mixers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687850C1 RU2687850C1 RU2018109878A RU2018109878A RU2687850C1 RU 2687850 C1 RU2687850 C1 RU 2687850C1 RU 2018109878 A RU2018109878 A RU 2018109878A RU 2018109878 A RU2018109878 A RU 2018109878A RU 2687850 C1 RU2687850 C1 RU 2687850C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- port
- mixers
- mixer
- intermediate frequency
- Prior art date
Links
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 3
- 241000764773 Inna Species 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 25
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 4
- KJQOYUHYAZGPIZ-PIJHVLQJSA-N conotoxin vc1.1 Chemical compound C([C@H]1C(=O)N2CCC[C@H]2C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@H](C(N[C@@H](CSSC[C@@H]2NC(=O)[C@@H](NC(=O)CN)CSSC[C@H](NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@@H]3CCCN3C(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CO)NC2=O)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N1)C(N)=O)=O)[C@@H](C)CC)C1=CN=CN1 KJQOYUHYAZGPIZ-PIJHVLQJSA-N 0.000 description 4
- 101100330294 Arabidopsis thaliana OASC gene Proteins 0.000 description 2
- 101150113964 MPK5 gene Proteins 0.000 description 2
- IWBBKLMHAILHAR-UHFFFAOYSA-N chembl402341 Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1=CC(=S)SS1 IWBBKLMHAILHAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 208000025247 virus-associated trichodysplasia spinulosa Diseases 0.000 description 2
- 102100023444 Centromere protein K Human genes 0.000 description 1
- 101000907931 Homo sapiens Centromere protein K Proteins 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/28—Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к радиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты.The invention relates to a radio measuring technique and can be used in the measurement of the complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion.
Известны устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения четырехполюсников СВЧ, в зарубежной литературе именуемые векторными анализаторами цепей (ВАЦ). (Хибель М. Основы векторного анализа цепей. М.: Издательский дом МЭИ, 2009 г., с. 26, рис. 2.1.1). В общем случае, ВАЦ, предназначенный для измерения испытуемого устройства с произвольным числом портов, также содержит любое целое число портов или каналов, каждый из которых состоит из СВЧ-генератора испытательных сигналов, когерентного с ним СВЧ-гетеродина, тестового порта, обеспечивающего разделение падающих и отраженных волн, два супергетеродинных приемника для измерительного и опорного каналов с целью понижения частоты, а также компьютер для выполнения математической коррекции систематических ошибок и визуализации измерительных данных. При этом из уровня техники наибольшее распространение получили двух- и четырехпортовые реализации ВАЦ.Known devices for measuring the complex transmission coefficients and reflections of microwave quadrupoles, in the foreign literature referred to as vector network analyzers (VAC). (Hibel M. Fundamentals of vector analysis of chains. M .: Publishing House MEI, 2009, p. 26, Fig. 2.1.1). In general, the VAC, designed to measure a device under test with an arbitrary number of ports, also contains any integer number of ports or channels, each of which consists of a microwave generator of test signals, a coherent microwave oscillator with it, a test port providing separation of incident and reflected waves, two superheterodyne receivers for the measuring and reference channels for the purpose of lowering the frequency, as well as a computer for performing mathematical correction of systematic errors and visualization of measuring data. In this case, in the state of the art, two-and four-port ACC implementations are most common.
Такие приборы позволяют измерять коэффициенты отражения от любого порта испытуемого устройства, а также коэффициенты передачи между любыми двумя портами этого устройства. Однако с их помощью невозможно напрямую измерять комплексные коэффициенты передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, так как измерение угла сдвига фаз, вносимого в сигнал промежуточной частоты, относительно сигнала СВЧ.Such instruments allow measuring the reflection coefficients from any port of the device under test, as well as the transmission coefficients between any two ports of this device. However, with their help it is impossible to directly measure the complex transmission coefficients of microwave devices with frequency conversion, as the measurement of the phase angle introduced into the intermediate frequency signal relative to the microwave signal.
Известны устройства для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников, содержащие два генератора качающейся частоты, блок управления генераторами, исследуемый четырехполюсник с преобразованием частоты, смеситель фазовой автоподстройки частоты, блок фазовой автоподстройки частоты, два смесителя промежуточной частоты измерительного и опорного каналов, генератор промежуточных частот, фазовый детектор, двухканальный амплитудно-фазовый индикатор и вспомогательный смеситель, а также элемент сравнения и управляемый аттенюатор (а.с. №918890 МПК5 G01R 27/28, опубл. 07.04.1982, и а.с. №1075195 МПК5 G01R 27/28, опубл. 23.02.1984). Помимо параметров четырехполюсников без преобразования частоты, с помощью этих устройств возможно измерение параметров четырехполюсников с преобразованием частоты и СВЧ-смесителей.The known device for measuring the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of quadrupoles, containing two oscillator frequency oscillator, generator control unit, researched quadrupole with frequency conversion, phase locked loop mixer, phase locked loop unit, two mixers of intermediate frequency measuring and reference channels, intermediate frequency generator , phase detector, dual-channel amplitude-phase indicator and auxiliary mixer, as well as a comparison element and a controlled attenuator (AS No. 918890 MPK5 G01R 27/28, publ. 04/07/1982, and AS No. 1075195 MPK5 G01R 27/28, publ. 02/23/1984). In addition to the parameters of quadrupoles without frequency conversion, using these devices it is possible to measure the parameters of quadrupoles with frequency conversion and microwave mixers.
Однако с помощью указанных устройств возможно измерять комплексный коэффициент передачи испытуемого СВЧ-смесителя лишь относительно опорного сигнала или опорного СВЧ-смесителя, что уменьшает точность измерений.However, using these devices it is possible to measure the complex transfer coefficient of the tested microwave mixer only relative to the reference signal or the reference microwave mixer, which reduces the measurement accuracy.
Известны устройства для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразованием частоты, состоящие из измерительного фазового моста на основе испытуемого и опорного четырехполюсников с преобразованием частоты, генератора испытательных сигналов, векторного вольтметра и переключателей (а.с. №1538149 МПК5 G01R 27/28, опубл. 23.01.1990, и а.с. №1599811 МПК5 G01R 27/28, опубл. 15.10.1990).Known devices for measuring the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of quadrupoles with frequency conversion, consisting of a measuring phase bridge based on the test and reference quadrupoles with frequency conversion, test signal generator, vector voltmeter and switches (as. No. 1538149 IPC 5 G01R 27 / 28, published on 01/23/1990, and by AS No. 1599811 IPC 5 G01R 27/28, published on 10.15.1990).
С помощью таких устройств возможно определение истинного значения сдвига фаз испытуемого СВЧ-смесителя, не зависящего от опорного сигнала. Однако работа с данными устройствами предполагает проведение измерений, содержащих как минимум шесть соединений и разъединений трактов СВЧ, что вносит дополнительную случайную погрешность измерений, связанную с неидентичностью механических соединений этих трактов. Наибольшее влияние эта неидентичность оказывает именно на фазовые измерения.Using such devices, it is possible to determine the true value of the phase shift of the tested microwave mixer, which is independent of the reference signal. However, working with these devices involves carrying out measurements containing at least six connections and disconnections of the microwave paths, which introduces additional random measurement error associated with nonidentity of the mechanical connections of these paths. This nonidentity has the greatest influence on phase measurements.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием частоты, содержащее испытуемый СВЧ-четырехполюсник, измеритель параметров четырехполюсников СВЧ, состоящий из генератора испытательных СВЧ-сигналов, первого переключателя и связанной с ним согласованной нагрузки, СВЧ-гетеродина, четырех направленных ответвителей, векторного вольтметра с выходным контактом, первого и второго портов, испытуемого и опорного СВЧ-смесителя и СВЧ-генератора. При этом смеситель фазовой автоподстройки частоты, фазовый детектор, два смесителя промежуточной частоты, второго, третий, четвертый переключатели, генератор опорных частот, компаратор и компьютер образуют вместе с испытуемым СВЧ-смесителем, опорным СВЧ-смесителем и СВЧ-генератором двухканальный супергетеродинный приемник, (пат. РФ №2524049, МПК G01R 27/28 (2006.01), опубл. 27.07.2014). Такое устройство позволяет измерять абсолютные комплексные коэффициенты передачи и отражения испытуемого СВЧ-смесителя без выполнения переключений и переподсоединений в СВЧ-трактах.The closest to the present invention is a device for measuring absolute complex transmittance and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion, containing a test microwave quadrupole, a microwave four-port parameter meter, consisting of a test microwave signal generator, a first switch and the associated matched load, a microwave - heterodyne, four directional couplers, vector voltmeter with output contact, first and second ports, test and reference microwave mixer and microwave g generators of. Phase-locked loop mixer, phase detector, two intermediate frequency mixers, second, third, fourth switches, a reference frequency generator, a comparator and a computer together with the tested microwave mixer, reference microwave mixer and microwave generator, form a two-channel superheterodyne receiver, ( RF Pat. No. 2524049, IPC G01R 27/28 (2006.01), published on July 27, 2014). Such a device makes it possible to measure absolute complex transmission and reflection coefficients of the tested microwave mixer without switching and reconnecting in the microwave paths.
Однако работа данного устройства предполагает измерения как на сверхвысоких, так и на промежуточных частотах. При этом для измерения на промежуточных частотах используют дополнительный измерительный прибор - компаратор, который необходимо дополнительно калибровать вместе с трактами промежуточной частоты двухканального супергетеродинного приемника для устранения систематической погрешности. При этом случайная погрешность измерений с помощью компаратора дополнительно уменьшает точность измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Кроме того, с помощью данного устройства при измерении суммы комплексных коэффициентов передачи испытуемого и опорного СВЧ-смесителей невозможно учесть и устранить амплитудно-фазовую погрешность, связанную с ослаблением испытательного сигнала СВЧ с испытуемом СВЧ-смесителе.However, the operation of this device involves measurements at both ultrahigh and intermediate frequencies. At the same time, for measuring at intermediate frequencies, an additional measuring device is used - the comparator, which must be further calibrated along with the intermediate frequency paths of the two-channel superheterodyne receiver to eliminate systematic error. In this case, the random measurement error using a comparator further reduces the accuracy of measuring the complex transmission coefficients of microwave devices with frequency conversion. In addition, using this device when measuring the sum of the complex transfer coefficients of the test and reference microwave mixers, it is impossible to take into account and eliminate the amplitude-phase error associated with the attenuation of the test microwave signal with the test microwave mixer.
В этом устройстве измеритель параметров четырехполюсников СВЧ будем называть векторным анализатором цепей. При этом будем рассматривать четырехпортовое исполнение данного прибора.In this device, the meter of parameters of microwave quadrupoles will be called the vector network analyzer. In this case we will consider the four-port performance of this device.
Известен способ определения коэффициентов передачи четырехполюсников с преобразованием частоты (а.с. 1596278, МПК G01R 27/28). Этот способ основан на том, что при помощи измерительного фазового моста измеряют в логарифмическом масштабе суммарный коэффициент передачи испытуемого и опорного четырехполюсников с преобразованием частоты соединенных последовательно, а затем, также при помощи измерительного фазового моста, измеряют в логарифмическом масштабе разностный коэффициент передачи испытуемого и опорного четырехполюсников с преобразованием частоты, соединенных параллельно. После этого по формуле определяют коэффициент передачи испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты. При этом необходимо уточнить, что в данном способе под термином «коэффициент передачи» в рамках данного способа подразумевается модуль комплексного коэффициента передачи испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты. Но при этом такой способ позволяет определить и угол сдвига фаз испытуемого четырехполюсника с преобразованием частоты.There is a method of determining the transfer coefficients of quadrupoles with frequency conversion (and.with. 1596278, IPC G01R 27/28). This method is based on the fact that, using a measuring phase bridge, the total transfer ratio of the test and reference quadrupoles with frequency conversion connected in series is measured on a logarithmic scale, and then the transfer differential of the test and reference four-pole networks are also measured using a measuring phase bridge. with frequency conversion, connected in parallel. After that, the formula determines the transfer coefficient of the tested quadrupole with frequency conversion. It is necessary to clarify that in this method, the term "transfer coefficient" in the framework of this method means the module of the complex transfer coefficient of the tested quadrupole with frequency conversion. But at the same time, this method allows to determine the phase angle of the tested quadrupole with frequency conversion.
Однако погрешность измерения комплексного коэффициента передачи четырехполюсника с преобразованием частоты в этом способе увеличивается с ростом частоты входного сигнала испытуемого четырехполюсника за счет нестабильности контактных СВЧ-соединений. Такой способ достаточно сложен в технической реализации и слабо поддается автоматизации, поскольку для этого требуется применение электромеханических СВЧ-переключателей, но при этом нестабильность фазового сдвига их контактов выше, чем у обычного СВЧ-соединения, и за счет этого увеличивается погрешность измерений.However, the measurement error of the complex transfer coefficient of a quadrupole with frequency conversion in this method increases with an increase in the frequency of the input signal of the test quadrupole due to the instability of the contact microwave connections. This method is rather complicated in technical implementation and is not easily automated because it requires the use of electromechanical microwave switches, but the instability of the phase shift of their contacts is higher than that of a conventional microwave connection, and this increases the measurement error.
Известен способ определения характеристик устройств с преобразованием частоты (пат. США 6690722, МПК Н04В 17/00). В этом способе на вход испытуемого устройства с преобразованием частоты подают входной сигнал исходной частоты, который в нем преобразуют в сигнал промежуточной частоты. Затем сигнал промежуточной частоты с выхода испытуемого устройства с преобразованием частоты подают на рассогласованный двухполюсник. Отраженный от рассогласованного двухполюсника сигнал промежуточной частоты подают обратно на испытуемое устройство с преобразованием частоты, в котором он преобразуется обратно в отраженный сигнал исходной частоты. Сравнивая, входной и отраженный сигналы исходной частоты, определяют комплексный коэффициент передачи испытуемого устройства с преобразованием частоты.There is a method of determining the characteristics of devices with frequency conversion (US Pat. No. 6,690,722, IPC H04B 17/00). In this method, an input signal of the original frequency is fed to the input of the frequency conversion device, which in it is converted into an intermediate frequency signal. Then the intermediate frequency signal from the output of the device under test with frequency conversion is fed to the mismatched two-port network. Reflected from the mismatched two-pole signal, the intermediate frequency is fed back to the device under test with frequency conversion, in which it is converted back into the reflected signal of the original frequency. Comparing the input and reflected signals of the original frequency, determine the complex transfer coefficient of the device under test with frequency conversion.
Однако данный способ имеет высокую амплитудно-фазовую погрешность, обусловленную различными уровнями падающего и отраженного сигналов, которая сравнима с погрешностью переключений в способе по а.с. 1596278. Кроме этого, данный способ имеет ограниченные возможности, поскольку в нем изначально предполагается, что испытуемое устройство с преобразованием частоты является взаимным. Поэтому такой способ не позволяет измерять параметры преобразователей частоты, содержащих помимо смесителей дополнительными устройствами, такие как усилители, циркуляторы, являющимися невзаимными.However, this method has a high amplitude-phase error due to different levels of the incident and reflected signals, which is comparable to the switching error in the method according to a.s. 1596278. In addition, this method has limited capabilities, since it initially assumes that the tested device with frequency conversion is reciprocal. Therefore, this method does not allow to measure the parameters of frequency converters containing, in addition to mixers, additional devices, such as amplifiers, circulators, which are non-reciprocal.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициентов передачи преобразователей частоты (пат. 2029966, МПК G01R 27/28), заключающейся в преобразовании выходного сигнала промежуточной частоты исследуемого преобразователя в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного первого опорного преобразователя частоты, и измерении с помощью векторного анализатора СВЧ-цепей модуля и фазы суммарного коэффициента передачи исследуемого и первого опорного преобразователей частоты. Кроме того, измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи исследуемого и второго опорного преобразователя частоты, включаемого вместо первого опорного преобразователя частоты. Затем измеряют модуль и фазу суммарного коэффициента передачи первого опорного преобразователя частоты, включаемого в прямом направлении, и второго опорного преобразователя частоты, включаемого в обратном направлении. После этого вычисляют модуль и фазу коэффициентов передачи исследуемого преобразователя частоты, первого опорного преобразователя и второго опорного преобразователя. При этом в данном способе предполагается использование двухпортового векторного анализатора цепей.The closest to the present invention is a method for determining the transfer coefficients of frequency converters (US Pat. 2029966, IPC G01R 27/28), which consists in converting the output signal of the intermediate frequency of the converter under investigation into a microwave signal whose frequency is equal to the frequency of the signal at its input, using the first reference frequency converter, and measurement using a vector analyzer of the microwave circuits of the module and phase of the total transfer coefficient of the studied and first reference frequency converters. In addition, they measure the module and phase of the total transfer coefficient of the studied and second reference frequency converter, which is included instead of the first reference frequency converter. Then measure the module and phase of the cumulative gain of the first reference frequency converter, included in the forward direction, and the second reference frequency converter, included in the reverse direction. After that, the module and the phase of the transfer coefficients of the frequency converter under investigation, the first reference converter and the second reference converter are calculated. In this case, this method assumes the use of a two-port vector network analyzer.
Однако данный способ имеет большую погрешность измерений за счет нестабильности контактных СВЧ-соединений, поскольку даже если промежуточная частота не лежит в диапазоне СВЧ, такой способ содержит минимум четыре цикла соединения и разъединения на СВЧ. Кроме того, точность измерений с помощью данного устройства уменьшается за счет амплитудно-фазовой погрешности, возникающей в опорных устройствах с преобразованием частоты.However, this method has a large measurement error due to the instability of the contact microwave connections, because even if the intermediate frequency does not lie in the microwave range, this method contains at least four cycles of connection and disconnection on the microwave. In addition, the accuracy of measurements using this device is reduced due to the amplitude-phase error that occurs in the reference devices with frequency conversion.
Техническим результатом является увеличение точности определения искомой величины, а также упрощение процесса измерений.The technical result is to increase the accuracy of determining the desired value, as well as simplifying the measurement process.
Для достижения технического результата предлагается устройство, содержащее в своем составе векторный анализатор цепей (ВАЦ) с первым, вторым, третьим и четвертым портами, а также СВЧ-гетеродин, согласованную нагрузку, испытуемый СВЧ-смеситель, первый и второй опорные СВЧ-смесители, первый, второй и третий переключатели, усилитель промежуточной частоты, фиксированный и перестраиваемый аттенюаторы.To achieve the technical result, a device is proposed that contains a vector network analyzer (VAC) with the first, second, third and fourth ports, as well as the microwave LO, matched load, the tested microwave mixer, the first and second reference microwave mixers, the first , second and third switches, intermediate frequency amplifier, fixed and tunable attenuators.
Первый порт ВАЦ соединен с портом радиочастоты RF (англ. Radio Frequency - радиочастота) испытуемого СВЧ-смесителя, порт гетеродина LO (англ. Local Oscillator - гетеродин) которого связан одновременно с выходом СВЧ-гетеродина и портами гетеродина первого и второго опорных СВЧ-смесителей. Четвертый порт ВАЦ связан с согласованной нагрузкой для изоляции между каналами. Порт промежуточной частоты IF (англ. Intermediate Frequency - промежуточная частота) испытуемого СВЧ-смесителя соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт которого соединен со входом фиксированного аттенюатора, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен со входом перестраиваемого аттенюатора. При этом выход этого аттенюатора соединен с подвижным контактом третьего переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с портом промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя, порт радиочастоты которого соединен с третьим портом ВАЦ. При этом первый неподвижный контакт третьего переключателя соединен со вторым неподвижным контактом второго переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя. Подвижный контакт второго переключателя соединен с портом промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя, порт радиочастоты которого соединен со вторым портом ВАЦ.The first port of the ACV is connected to the RF port of the RF (Radio Frequency) of the microwave mixer being tested, LO port (the Local Oscillator is the local oscillator) which is connected simultaneously with the output of the LO and the LO ports of the first and second reference microwave mixers . The fourth ACV port is associated with a matched load for isolation between the channels. The intermediate frequency IF port (English Intermediate Frequency) of the microwave mixer under test is connected to the first fixed contact of the first switch, the moving contact of which is connected to the input of a fixed attenuator, the output of which is connected to the input of the intermediate frequency amplifier, the output of which is connected to the input of a tunable attenuator . The output of this attenuator is connected to the moving contact of the third switch, the second fixed contact of which is connected to the intermediate frequency port of the second reference microwave mixer, the radio frequency port of which is connected to the third port of the VAC. The first fixed contact of the third switch is connected to the second fixed contact of the second switch, the first fixed contact of which is connected to the second fixed contact of the first switch. The movable contact of the second switch is connected to the intermediate frequency port of the first reference microwave mixer, the radio frequency port of which is connected to the second port of the VAC.
Способ определения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей, включающий преобразование выходного сигнала промежуточной частоты исследуемого СВЧ-смесителя в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного первого опорного СВЧ-смесителя и измерении с помощью четырехпортового ВАЦ суммарного комплексного коэффициента передачи испытуемого и первого опорного СВЧ-смесителей Σ1. Затем с помощью изменения положения переключателей измеряют комплексный коэффициент передачи испытуемого и второго опорного СВЧ-смесителей Σ2. Затем снова с помощью изменения положения переключателей измеряют суммарный комплексный коэффициент передачи первого и второго опорных СВЧ-смесителей Σ3. После этого вычисляют комплексные коэффициенты передачи испытуемого СВЧ-смесителя, которыми без ограничений общности могут быть и первый, и второй опорные СВЧ-смесители. При этом искомый комплексный коэффициент передачи 
Отличительными признаками заявляемого устройства от прототипа являются наличие вновь введенных:Distinctive features of the claimed device from the prototype are the presence of the newly introduced:
- второго опорного СВЧ-смесителя;- the second reference microwave mixer;
- усилителя промежуточной частоты;- intermediate frequency amplifier;
- фиксированного и перестраиваемого аттенюаторов,- fixed and tunable attenuators,
а также связи между вновь введенными и общими с прототипом элементами.as well as the links between the newly introduced and common with the prototype elements.
Отличительным признаком предлагаемого способа является возможность перехода от одного измерения к другому с помощью переключений на промежуточной частоте, используя четырехпортовый векторный анализатор цепей.A distinctive feature of the proposed method is the possibility of transition from one measurement to another using switching at an intermediate frequency using a four-port vector network analyzer.
Наличие этих отличительных существенных признаков устройства и способа обеспечивает уменьшение погрешности измерений, т.к. отсутствует необходимость использования компаратора и появляется возможность перехода от одного измерения к другому только с помощью переключений в трактах промежуточной частоты, что также упрощает процесс определения искомой величины. Кроме того, наличие усилителя промежуточной частоты и двух аттенюаторов позволяет устранить амплитудно-фазовую погрешность, возникающую в опорных СВЧ-смесителях.The presence of these distinctive essential features of the device and method provides a reduction in measurement error, since there is no need to use a comparator and it is possible to switch from one measurement to another only by switching in the intermediate frequency paths, which also simplifies the process of determining the desired value. In addition, the presence of an intermediate frequency amplifier and two attenuators allows you to eliminate the amplitude-phase error that occurs in the reference microwave mixers.
На фигуре представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей.The figure shows the block diagram of the proposed device for measuring the complex transfer coefficients of microwave mixers.
Устройство содержит в своем составе ВАЦ 1 с первым, вторым, третьим и четвертым портами, а также СВЧ-гетеродин 2, согласованную нагрузку 3, испытуемый СВЧ-смеситель 4, первый 5 и второй 6 опорные СВЧ-смесители, первый 7, второй 8 и третий 9 переключатели, фиксированный аттенюатор 10, усилитель промежуточной частоты 11 и перестраиваемый аттенюатор 12.The device contains
Первый порт ВАЦ 1 соединен с портом радиочастоты RF испытуемого СВЧ-смесителя 4, порт гетеродина LO которого связан одновременно с выходом СВЧ-гетеродина 2 и портами гетеродина первого 5 и второго 6 опорных СВЧ-смесителей. Четвертый порт ВАЦ 1 связан с согласованной нагрузкой 3. Порт промежуточной частоты IF испытуемого СВЧ-смесителя 4 соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя 7, подвижный контакт которого соединен со входом фиксированного аттенюатора 10, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты 11, выход которого соединен со входом перестраиваемого аттенюатора 12. При этом выход этого аттенюатора 12 соединен с подвижным контактом третьего переключателя 9, второй неподвижный контакт которого соединен с портом промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя 6, порт радиочастоты которого соединен с третьим портом ВАЦ 1. При этом первый неподвижный контакт третьего переключателя 9 соединен со вторым неподвижным контактом второго переключателя 8, первый неподвижный контакт которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя 7. Подвижный контакт второго переключателя 8 соединен с портом промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя 5, порт радиочастоты которого соединен со вторым портом ВАЦ 1.The first port of the
Для осуществления способа определения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей устройство будем использовать следующим образом.For implementing the method for determining the complex transfer coefficients of microwave mixers, the device will be used as follows.
Перед началом измерений векторный анализатор цепей 1 должен быть откалиброван по одному из известных способов калибровки ВАЦ, например, основанному на использовании четырех эталонных элементов СВЧ-тракта: нагрузок холостого хода, короткого замыкания и согласованной нагрузки, а также перемычки между портами. Этот метод в литературе называется SOLT от первых букв слов: Short - короткозамкнутая нагрузка (КЗ), Open - нагрузка холостого хода (XX), Load - согласованная нагрузка (СН) и Thru - перемычка между портами (см. В.Г. Губа, А.А. Ладур, А.А. Савин Классификация и анализ методов калибровки векторных анализаторов цепей // Доклады ТУСУРа - №2 (24) - ч. 1-2011, С. 149-155).Before starting measurements, the
Затем предварительно определяют коэффициенты передачи трактов промежуточной частоты, а именно:Then pre-determine the transmission coefficients of the intermediate frequency paths, namely:
- тракта от первого неподвижного контакта первого переключателя 7 в первом положении его подвижного контакта до подвижного контакта второго переключателя 8 во втором положении его подвижного контакта и первом положении подвижного контакта третьего переключателя 9;- path from the first fixed contact of the
- тракта от первого неподвижного контакта первого переключателя 7 в первом положении его подвижного контакта до второго неподвижного контакта третьего переключателя 9 во втором положении его подвижного контакта.- path from the first fixed contact of the
- тракта от подвижного контакта второго переключателя 8 в первом положении его подвижного контакта до второго неподвижного контакта третьего переключателя 9 во втором положении его подвижного контакта и втором положении подвижного контакта первого переключателя 7.- path from the movable contact of the second switch 8 in the first position of its movable contact to the second fixed contact of the
Так как данные тракты работают на одной низкой промежуточной частоте, их параметры могут быть измерены стандартными способами (Хибель М. Основы векторного анализа цепей. М.: Издательский дом МЭИ, 2009 г., с. 20-22) и учтены далее при вычислениях.Since these paths operate at the same low intermediate frequency, their parameters can be measured by standard methods (M. Khibel, Fundamentals of Vector Circuit Analysis. Moscow: MEI Publishing House, 2009, p. 20-22) and taken into account further in the calculations.
В первом положении подвижных контактов первого 7 и третьего 9 переключателей, а также во втором положении подвижного контакта второго переключателя 8 реализуют схему измерений суммарного комплексного коэффициента передачи испытуемого 4 и первого опорного 5 СВЧ-смесителей.In the first position of the movable contacts of the first 7 and third 9 switches, as well as in the second position of the movable contact of the second switch 8, the measurement circuit of the total complex transfer coefficient of the subject 4 and the
Комплексные коэффициенты передачи последовательно соединенных элементов устройства здесь и далее перемножают, а параллельно соединенных - делят.The complex transmission coefficients of the serially connected elements of the device are multiplied hereinafter, and parallel connected, they are divided.
На порт радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя 4 от ВАЦ 1 подают испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF. Одновременно на порты гетеродина испытуемого 4 и первого опорного 5 СВЧ-смесителей постоянно поступают когерентные с испытательными сигналы от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO. При этом реализуют как режим измерений с постоянной промежуточной частотой, когда ВАЦ 1 и СВЧ-гетеродин 2 перестраивают синхронно в исследуемой полосе частот, так и режим измерений с переменной промежуточной частотой, когда по частоте перестраивают только ВАЦ 1.The radio frequency port of the tested
Испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF, поступающий на порт радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя 4, преобразуется с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO в сигнал промежуточной частоты ƒIF на порте промежуточной частоты испытуемого СВЧ-смесителя 4. Далее этот сигнал через первый переключатель 7 в первом положении его подвижного контакта поступает на вход фиксированного аттенюатора 10, служащего для уменьшения коэффициента отражения от входа усилителя промежуточной частоты 11, в котором сигнал промежуточной частоты ƒIF усиливают и затем с помощью перестраиваемого аттенюатора 12 регулируют до уровня испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒRF. Это необходимо для того, чтобы входные сигналы различной частоты, поступающие на различные порты опорных СВЧ-смесителей, были одного уровня, что позволяет исключить амплитудно-фазовую погрешность, возникающую в любых нелинейных устройствах. Далее сигнал промежуточной частоты ƒIF через третий переключатель 9 в первом положении его подвижного контакта и второй переключатель 8 во втором положении его подвижного контакта поступает на порт промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя 5, где с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO преобразуется в СВЧ-сигнал ƒRF на порте радиочастоты первого опорного СВЧ-смесителя 5 и поступает на второй порт ВАЦ 1. При этом с помощью ВАЦ 1 измеряют комплексный коэффициент передачи S21 от первого до второго его портов:The test microwave signal with the RF frequency ƒ fed to the radio frequency port of the
Здесь и далее 
Далее в первом положении подвижных контактов первого 7 и второго 8 переключателей, а также во втором положении подвижного контакта третьего переключателя 9 проводят измерение суммарного комплексного коэффициента передачи испытуемого 4 и второго опорного 6 СВЧ-смесителей.Further, in the first position of the movable contacts of the first 7 and second 8 switches, as well as in the second position of the movable contact of the
На порт радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя 4 от ВАЦ 1 подают испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF. Одновременно на порты гетеродина испытуемого 4 и второго опорного 6 СВЧ-смесителей постоянно поступают когерентные с испытательными сигналы от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO.The radio frequency port of the tested
Испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF, поступающий на порт радиочастоты испытуемого СВЧ-смесителя 4, преобразуется с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO в сигнал промежуточной частоты ƒIF на порте промежуточной частоты испытуемого СВЧ-смесителя 4. Далее этот сигнал через первый переключатель 7 в первом положении его подвижного контакта поступает на вход фиксированного аттенюатора 10, служащего для уменьшения коэффициента отражения от входа усилителя промежуточной частоты 11, в котором сигнал промежуточной частоты ƒIF усиливают и затем с помощью перестраиваемого аттенюатора 12 регулируют до уровня испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒRF. Далее сигнал промежуточной частоты ƒIF через третий переключатель 9 во втором положении его подвижного контакта поступает на порт промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя 6, где с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO преобразуется в СВЧ-сигнал ƒRF на порте радиочастоты второго опорного СВЧ-смесителя 6 и поступает на третий порт ВАЦ 1. При этом с помощью ВАЦ 1 измеряют комплексный коэффициент передачи S31 от первого до третьего его портов, описываемый уравнением (3), левая часть которого тождественна по величине Σ2 суммарному комплексному коэффициенту передачи испытуемого 4 и второго опорного 5 СВЧ-смесителей:The test microwave signal with the RF frequency ƒ fed to the radio frequency port of the
Во втором положении подвижных контактов первого 7 и третьего 9 переключателей, а также в первом положении подвижного контакта второго переключателя 8 проводят измерение суммарного комплексного коэффициента передачи первого 5 и второго 6 опорных СВЧ-смесителей.In the second position of the movable contacts of the first 7 and third 9 switches, as well as in the first position of the movable contact of the second switch 8, the total complex transfer coefficient of the first 5 and second 6 reference microwave mixers is measured.
На порт радиочастоты первого опорного СВЧ-смесителя 5 от ВАЦ 1 подают испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF. Одновременно на порты гетеродина первого 5 и второго 6 опорных СВЧ-смесителей постоянно поступают когерентные с испытательными сигналы от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO.The radio frequency port of the first
Испытательный СВЧ-сигнал с частотой ƒRF, поступающий на порт радиочастоты первого опорного СВЧ-смесителя 5, преобразуют с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO в сигнал промежуточной частоты ƒIF на порте промежуточной частоты первого опорного СВЧ-смесителя 5. Далее этот сигнал через второй переключатель 8 в первом положении его подвижного контакта и первый переключатель 7 во втором положении его подвижного контакта поступает на вход фиксированного аттенюатора 10, служащего для уменьшения коэффициента отражения от входа усилителя промежуточной частоты 11, в котором сигнал промежуточной частоты ƒIF усиливают и затем с помощью перестраиваемого аттенюатора 12 регулируют до уровня испытательного СВЧ-сигнала с частотой ƒRF. Далее сигнал промежуточной частоты ƒIF через третий переключатель 9 во втором положении его подвижного контакта поступает на порт промежуточной частоты второго опорного СВЧ-смесителя 6, где с помощью сигнала от СВЧ-гетеродина 2 с частотой ƒLO преобразуется в СВЧ-сигнал ƒRF на порте радиочастоты второго опорного СВЧ-смесителя 6 и поступает на третий порт ВАЦ 1. При этом с помощью ВАЦ 1 измеряют комплексный коэффициент передачи S32 от второго до третьего его портов, описываемый уравнением (4), левая часть которого тождественна по величине ΣЗ суммарному комплексному коэффициенту передачи первого 5 и второго 6 опорных СВЧ-смесителей:A test microwave signal with a frequency of ƒ RF , arriving at the radio frequency port of the first
При этом важно отметить, что в уравнениях (2) и (4) коэффициенты передачи первого опорного СВЧ-смесителя 5 должны быть равны при его работе соответственно в режимах преобразования частот сигналов из промежуточной частоты в СВЧ и обратно, что предъявляет требование взаимности к данному устройству.It is important to note that in equations (2) and (4) the transmission coefficients of the first
После трех измерений суммарных комплексных коэффициентов передачи записывают систему уравнений, состоящую из уравнений (2), (3) и (4) и получают решение для комплексного коэффициента передачи 
При этом на согласованной нагрузке 3 рассеивается мощность паразитных сигналов, поступающих из соседних каналов ВАЦ 1.At the same time, at the matched
За счет использования предлагаемого устройства, устраняется погрешность измерений, вызванная неидентичностью измерительного и опорного каналов двухканального супергетеродинного приемника в измерителе комплексных коэффициентов передачи СВЧ-смесителей и наличием дополнительного измерителя в виде компаратора, а также амплитудно-фазовая погрешность, возникающая в опорном СВЧ-смесителе.Through the use of the proposed device, the measurement error is eliminated, caused by the non-identity of the measuring and reference channels of the dual-channel superheterodyne receiver in the meter of the complex transmission coefficients of the microwave mixer and the presence of an additional meter in the form of a comparator, as well as the amplitude-phase error in the reference microwave mixer.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109878A RU2687850C1 (en) | 2018-03-20 | 2018-03-20 | Measuring device and method of determining complex transfer coefficients of microwave-mixers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109878A RU2687850C1 (en) | 2018-03-20 | 2018-03-20 | Measuring device and method of determining complex transfer coefficients of microwave-mixers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687850C1 true RU2687850C1 (en) | 2019-05-16 |
Family
ID=66578906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018109878A RU2687850C1 (en) | 2018-03-20 | 2018-03-20 | Measuring device and method of determining complex transfer coefficients of microwave-mixers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687850C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110988548A (en) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 航天恒星科技有限公司 | Test method and platform of microwave frequency converter |
| CN112798862A (en) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 清远市天之衡传感科技有限公司 | Network analyzer measuring device and system |
| RU2771481C1 (en) * | 2021-09-01 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Method for vector calibration taking into account the intrinsic noise parameters of the meter |
| CN114785428A (en) * | 2022-03-29 | 2022-07-22 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Microwave frequency conversion assembly testing device and testing method |
| CN115189713A (en) * | 2022-08-19 | 2022-10-14 | 河北新华北集成电路有限公司 | Mixer testing device and method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1659904A1 (en) * | 1989-01-19 | 1991-06-30 | Минский радиотехнический институт | Microwave circuit analyzer |
| RU2029966C1 (en) * | 1991-06-26 | 1995-02-27 | Минский радиотехнический институт | Method for determining frequency changer gain factor |
| US6690722B1 (en) * | 2000-06-09 | 2004-02-10 | Agilent Technologies, Inc. | Method for characterizing frequency translation devices |
| US20050258815A1 (en) * | 2004-05-24 | 2005-11-24 | Shoulders Robert E | Method for measuring a three-port device using a two-port vector network analyzer |
| DE102006035827A1 (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-20 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Frequency conversion circuit e.g. mixer, scattering parameters measuring method, involves phase coherently measuring waves converging and returning at/from gates of frequency conversion circuit even in case of different frequencies |
| RU2524049C1 (en) * | 2013-02-14 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") | Device for measuring absolute complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion |
-
2018
- 2018-03-20 RU RU2018109878A patent/RU2687850C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1659904A1 (en) * | 1989-01-19 | 1991-06-30 | Минский радиотехнический институт | Microwave circuit analyzer |
| RU2029966C1 (en) * | 1991-06-26 | 1995-02-27 | Минский радиотехнический институт | Method for determining frequency changer gain factor |
| US6690722B1 (en) * | 2000-06-09 | 2004-02-10 | Agilent Technologies, Inc. | Method for characterizing frequency translation devices |
| US20050258815A1 (en) * | 2004-05-24 | 2005-11-24 | Shoulders Robert E | Method for measuring a three-port device using a two-port vector network analyzer |
| DE102006035827A1 (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-20 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Frequency conversion circuit e.g. mixer, scattering parameters measuring method, involves phase coherently measuring waves converging and returning at/from gates of frequency conversion circuit even in case of different frequencies |
| RU2524049C1 (en) * | 2013-02-14 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") | Device for measuring absolute complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110988548A (en) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 航天恒星科技有限公司 | Test method and platform of microwave frequency converter |
| CN110988548B (en) * | 2019-12-16 | 2023-06-06 | 航天恒星科技有限公司 | Test method and platform for microwave frequency converter |
| CN112798862A (en) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 清远市天之衡传感科技有限公司 | Network analyzer measuring device and system |
| RU2771481C1 (en) * | 2021-09-01 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Method for vector calibration taking into account the intrinsic noise parameters of the meter |
| CN114785428A (en) * | 2022-03-29 | 2022-07-22 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Microwave frequency conversion assembly testing device and testing method |
| CN115189713A (en) * | 2022-08-19 | 2022-10-14 | 河北新华北集成电路有限公司 | Mixer testing device and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2687850C1 (en) | Measuring device and method of determining complex transfer coefficients of microwave-mixers | |
| RU2524049C1 (en) | Device for measuring absolute complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion | |
| US9176174B1 (en) | Systems and methods for simultaneously measuring forward and reverse scattering parameters | |
| US9720023B2 (en) | Vector network power meter | |
| US7592818B2 (en) | Method and apparatus for measuring scattering coefficient of device under test | |
| US7002335B2 (en) | Method for measuring a three-port device using a two-port vector network analyzer | |
| CN108627696B (en) | Measuring device and measuring method of vector network | |
| US5170126A (en) | Microwave six-port noise parameter analyzer | |
| EP0265073B1 (en) | Test arrangement | |
| RU2482504C2 (en) | Method for calibration of inherent s-parameters of devices for measuring complex coefficients of transmission and reflection of microwave four-terminal devices | |
| RU2621368C1 (en) | Method of determining shift angle of microwave device phase with frequency transformation | |
| RU2687980C1 (en) | Device for measuring complex transfer coefficients and reflection of microwave devices with frequency conversion | |
| RU2753828C1 (en) | Method for calibration and determination of inherent systematic errors of vector network analyser | |
| Brantervik et al. | A new four-port automatic network analyzer: Part I-Description and performance | |
| EP0234111B1 (en) | Six-port reflectometer test arrangement | |
| RU2104561C1 (en) | Method and device for measuring antenna gain | |
| Nikolaenko et al. | Analysis of modern techniques for automatic measurements in microwaves | |
| RU2682079C1 (en) | Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion | |
| RU2648746C1 (en) | Device for measuring absolute integrated coefficients of the transmission of microwaves | |
| RU2805381C1 (en) | Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave quadripoles with frequency conversion | |
| RU2774501C1 (en) | Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave quadrupoles | |
| Fujiwara et al. | Transmission coefficient measurement based on six-port correlator in 28-GHz-band | |
| RU2649861C1 (en) | Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion | |
| RU2646948C1 (en) | Device for measuring complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion up | |
| RU2673781C1 (en) | Method for calibrating two-channel superheterodyne receiver in meter of complex transmission and reflection coefficients of microwave devices with frequency conversion |