Анализ методик определения комплексных коэффициентов передачи смесителей - Дипломная работа

С развитием микрополосковых СВЧ-технологий под смесителем стали понимать СВЧ - устройство, выполненное в виде единого неразъемного модуля СВЧ-устройства с преобразованием частоты, состоящего из собственно смесителя с присоединенными к нему узлами типа фильтров, делителей сигналов, усилителей СВЧ и ПЧ, ферритовых вентилей и циркуляторов. Поэтому при разработке, создании и промышленном выпуске радиоэлектронных средств (РЭС), содержащих СВЧ-устройство с преобразованием частоты (смеситель), необходимо иметь приборы, позволяющие эффективно измерять и контролировать их основные электрические параметры такие, как модуль, и особенно фазу коэффициентов передачи в диапазоне рабочих частот, т.е. их АЧХ и ФЧХ. В этой связи необходимо отметить, что панорамные испытания СВЧ-устройств, содержащих преобразователь частоты, позволяют снизить трудозатраты при их разработке, регулировке и настройке в сотни раз. В то же время, методы расчета фазовых искажений, вносимых СВЧ-устройствами, содержащими в своем составе преобразователь частоты, в отечественной литературе отсутствуют. Существующая группа приборов Р4, РК4, Ф2, Ф4 не предназначена для исследования характеристик смесителей в реальных рабочих условиях их эксплуатации и позволяет, в лучшем случае, измерять лишь сдвиг фаз испытуемого СВЧ - устройства, содержащего преобразователь частоты, относительно другого смесителя, принятого за эталонный.Для фазочастотных измерений проходных характеристик смесителей генератор и гетеродин источника зондирующих сигналов должны иметь систему фазовой стабилизации суммы или разности своих частот. Следовательно, частоты двух генераторов источника зондирующих сигналов для испытания смесителей должны быть связаны одна относительно другой системой фазовой автоподстройки частоты (системой ФАПЧ) [15]. В соответствии с этим, наиболее перспективным для измерения характеристик смесителей в автоматическом режиме является метод, основанный на применении двухчастотного генератора качающейся частоты в качестве источника зондирующих сигналов, охваченных системой ФАПЧ с регулируемым уровнем мощности, и двухканального супергетеродинного приемника с двойным или тройным преобразованием частоты, к выходу которого присоединен фазочувствительный индикатор отношений двух сигналов. Для наблюдения и измерения фазовых характеристик коэффициентов передачи смесителей необходим двухчастотный источник зондирующих сигналов, частоты которого связаны системой фазовой стабилизации. Структурная схема прибора [6] состоит из СВЧ генератора качающейся частоты ГКЧ-1 и аналогичного гетеродина СВЧ ГКЧ-2, образующих двухчастотный генератор качающейся частоты; блока их управления БУ; первой системы фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ-1, включающей первый смеситель СМ-1 ФАПЧ, фазовый детектор ФД-1 и два направленных ответвителя НО-1 и НО-2; второй системы фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ-2, включающей дополнительный смеситель СМ-2 ФАПЧ и фазовый детектор ФД-2; испытуемый смеситель СМХ; блок опорных частот БОЧ; измеритель мощности ИМ; смесители первой переменной промежуточной частоты СМПЧ-1 и СМПЧ-2 измерительного и опорного каналов соответственно; делитель мощности Д и фазочувствительный индикатор отношений И.В схеме, приведенной на рисунке 2, наблюдение АЧХ и измерение модуля одиночного смесителя происходит относительно постоянного по амплитуде сигнала первой ПЧ1 от блока опорных частот, подаваемого на вход СМПЧОК и играющего роль эталонного. Наблюдение ФЧХ и измерение фазы коэффициента передачи испытуемого смесителя в такой схеме производится относительно фазочастотной характеристики СВЧ-тракта, входящего в систему ФАПЧ-1. Часть сигнала опорной частоты ФД-1 используется и в качестве опорного в схеме, поэтому при линейной ФЧХ прибора и равных фазах сигналов входных промежуточных частот на входах смесителей ПЧ1 измерительного и опорного каналов необходимо выполнение тождества: , (2) где - сдвиг фаз в испытуемом смесителе. Кроме того, из этого же анализа следует, что наблюдение и измерение ФЧХ испытуемого смесителя СМХ в любом случае требует применения измерительного фазового моста. Преобразователь частоты - это шестиполюсник, который приведен на рисунке 5, где Uc - напряжение сигнала, определяемое формулой ; Uг - напряжение гетеродина, определяемое формулой и являющееся функцией мощности гетеродина Ргет; - напряжение сигнала ПЧ; - сдвиг фаз, вносимый во входной сигнал в процессе его гетеродинного преобразования в сигнал .Основная особенность состоит в наличии паразитных связей на промежуточной частоте испытуемого смесителя, возникающих между ним и опорным смесителем, изза прохождения сигналов по цепям, связывающим; сигнальные и гетеродинные входы этих смесителей, и как следствие, значительное их влияние на результаты измерений, тем более в широком диапазоне ПЧ. Для испытуемого смесителя СМХ идеальный путь передачи сигналов выражается произведением: , (4) где - передача пути от точки - входа НО-1 от ГКЧ-1 сигналов с частотой к точке - входа сигнала испытуемого смесителя СМХ; Кроме

Содержание

Введение

1. Основные методы определения комплексных коэффициентов передачи смесителей

1.1 Анализ путей построения измерителей комплексных коэффициентов передачи смесителей

1.2 Особенности теоретического анализа смесителей СВЧ

1.3 Анализ схем построения приборов для испытания смесителей

2. Особенности измерения истинных сдвигов фаз, возникающих в смесителях при преобразовании частоты

2.1 Анализ технических возможностей измерительного фазового моста

2.2 Пути повышения точности устройств для определения комплексных коэффициентов передачи смесителей

3. Расчет погрешностей, возникающих при измерениях комплексных коэффициентов передачи смесителе

Заключение

Список использованных источников

При работе смесителя в составе радиоэлектронного устройства его главными характеристиками являются комплексный коэффициент передачи (модуль и фаза) и степень согласования с остальной схемой или коэффициенты отражения входов и выхода и их изменение в диапазоне частот, то есть АЧХ и ФЧХ этого смесителя.

С развитием микрополосковых СВЧ-технологий под смесителем стали понимать СВЧ - устройство, выполненное в виде единого неразъемного модуля СВЧ-устройства с преобразованием частоты, состоящего из собственно смесителя с присоединенными к нему узлами типа фильтров, делителей сигналов, усилителей СВЧ и ПЧ, ферритовых вентилей и циркуляторов.

Поэтому при разработке, создании и промышленном выпуске радиоэлектронных средств (РЭС), содержащих СВЧ-устройство с преобразованием частоты (смеситель), необходимо иметь приборы, позволяющие эффективно измерять и контролировать их основные электрические параметры такие, как модуль, и особенно фазу коэффициентов передачи в диапазоне рабочих частот, т.е. их АЧХ и ФЧХ. В этой связи необходимо отметить, что панорамные испытания СВЧ-устройств, содержащих преобразователь частоты, позволяют снизить трудозатраты при их разработке, регулировке и настройке в сотни раз.

Повышенный интерес к решению задач фазовой нестабильности объясняется тем, что эта нестабильность применительно к элементам и узлам, входящим в состав электронных систем, приводит к появлению неконтролируемых искажений формы полезного сигнала, что эквивалентно помехе. В то же время, методы расчета фазовых искажений, вносимых СВЧ-устройствами, содержащими в своем составе преобразователь частоты, в отечественной литературе отсутствуют. Имеются отдельные работы, частично посвященные этому вопросу и решающие частные, весьма специфические задачи [1]. По этой причине они не могут быть применены для решения широкого круга инженерных задач и носят скорее рекомендательный характер. В работе [1] приведены структурные схемы построения измерителей амплитудно-фазовой конверсии (зависимости фазового сдвига от амплитуды колебаний). Однако, это не автоматические и не панорамные приборы.

К сожалению, в России не выпускаются приборы, предназначенные для наблюдения АЧХ и ФЧХ СВЧ-устройств с преобразованием частоты и измерения их комплексных коэффициентов передачи при поданном на них регулируемом сигнале гетеродина. Отсутствуют и методы построения таких приборов.

Существующая группа приборов Р4, РК4, Ф2, Ф4 не предназначена для исследования характеристик смесителей в реальных рабочих условиях их эксплуатации и позволяет, в лучшем случае, измерять лишь сдвиг фаз испытуемого СВЧ - устройства, содержащего преобразователь частоты, относительно другого смесителя, принятого за эталонный. Истинный сдвиг фаз, вносимый эталонным смесителем в процессе гетеродинного преобразования частоты, неизвестен. Это происходит вследствие того, что частоты сигналов на входах и выходе смесителя существенно различны, поэтому величина сдвига фаз вносимого им в сигнал промежуточной частоты не может быть измерена обычными, известными методами сравнения двух сигналов одинаковой частоты. Кроме того, отсутствуют и достаточно эффективные способы измерения модуля коэффициента передачи смесителей в автоматическом режиме, позволяющие проводить такие измерения с достаточно малой величиной погрешности.

Исходя из приведенного краткого анализа, можно сделать вывод, что в настоящее время весьма актуальной является проблема теоретических исследований по поиску путей и способов построения автоматических, панорамных измерительных приборов, специально предназначенных для наблюдения и измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ - устройств, содержащих в своем составе преобразователь частоты (смеситель).

Актуальность таких исследований подтверждается и тем, что Аэрокосмическая Корпорация США в лице фирмы Hewlett - Packard в последние годы ведет весьма интенсивные работы по созданию приборов для измерения истинных значений модуля и фазы коэффициентов передачи смесителей [2], [3], [4].

Данная работа посвящена исследованию структурных схем построения новых типов измерительных СВЧ - приборов, построенных на основе найденных новых способов определения действительных (истинных) значений модуля и фазы коэффициентов передачи смесителей.

Целью работы является изучение методов наблюдения и измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ - устройств с преобразованием частоты (смесителей).

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: изучить разные методы определения комплексных коэффициентов;

подобрать оптимальную схему для измерения модуля и фазы;

произвести необходимые расчеты параметров;

произвести расчеты погрешностей при измерении. смеситель комплексный коэффициент передача