Анализ методик определения комплексных коэффициентов передачи смесителей
Методы определения комплексных коэффициентов передачи смесителей, анализ путей их построения. Особенности измерения истинных сдвигов фаз, возникающих в смесителях при преобразовании частоты. Расчет погрешностей при измерениях комплексных коэффициентов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.07.2012 |
| Размер файла | 6,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
. (16)
При измерении суммы сдвигов фаз индикатор отношений зафиксирует величину:
. (17)
После этого, вычислив разность
, (18)
можно найти, что , откуда
. (19)
Из полученных выражений видно, что при вычислении разности (А - В) фазовые сдвиги последовательно соединенных полосового фильтра, аттенюатора и усилителя взаимно компенсируются. Однако это возможно только в случае, если сами фазовые сдвиги вышеупомянутых узлов не меняются в процессе реализации схем для измерения суммы и разности сдвигов фаз.
На рисунке 10 показано включение усилителя, аттенюатора и полосового фильтра в опорный канал ИФМ. При таком включении измерение суммы и разности сдвигов фаз производится с помощью переключателей П1 и П2. Как видно из этого рисунка, при переходе от измерения разности к измерению суммы сдвигов фаз вход сигнала СВЧ опорного смесителя начинает играть роль источника преобразованного сигнала для испытуемого смесителя. Следовательно, направление сигнала меняется на обратное. В этом случае вход и выход компенсирующего усилителя СВЧ надо поменять местами. Это приводит к необходимости дополнительного введения в схему ИФМ еще двух переключателей СВЧ, это усложняет схему и вносит дополнительную погрешность рассогласования.
Вышеприведенный анализ позволяет разработать полную структурную схему построения ИФМ. Схема построения ИФМ с переключателями СВЧ, обеспечивающими выполнение режимов измерения суммы и разности сдвигов фаз смесителей, приведена на рисунке 11. В этой схеме полосовой фильтр, аттенюатор и усилитель постоянно включены в измерительный тракт испытуемого смесителя. Однако применение усилителя ограничивает измерительные возможности ИФМ и всего прибора в целом. Это связано с эффектом насыщения усилителя и, таким образом, ограничением динамического диапазона усиливаемых амплитуд. Кроме того, усилитель может служить источником дополнительных комбинационных помех и паразитных частот.
Возможности ИФМ в полной мере используются только при измерении фазовых сдвигов и наблюдения ФЧХ устройств, содержащих преобразователь частоты. Измерение же коэффициента передачи устройств, содержащих смеситель, может выполняться одним из известных методов [14]. Однако в случае применения ИФМ наиболее целесообразным, не требующим дополнительных затрат, является способ, основанный на измерении суммы и разности коэффициентов передачи испытуемого и опорного смесителей, который получается как следствие при измерении действительного сдвига фаз смесителей.
2.2 Пути повышения точности устройств для определения комплексных коэффициентов передачи смесителей
Ранее было показано, что присутствие в составе ИФМ усилителя сужает динамический диапазон измеряемых амплитуд, а при неблагоприятных условиях измерений вносит и существенную погрешность в измерение сдвигов фаз. Наличие большого количества узлов СВЧ в составе ИФМ с собственными KcmU является главным источником погрешности измерений при испытаниях смесителей. С целью снижения погрешности измерений применяется структурная схема, содержащая два опорных смесителя в дополнение к испытуемому смесителю [16]. Структурная схема устройства для определения комплексных коэффициентов передачи смесителей с использованием двух опорных смесителей приведена на рисунке 12.
Устройство содержит: генератор качающейся частоты 1 (ГКЧ-1) и 2 (ГКЧ-2), блок их управления 3 (БУ); первый делитель сигнала 4 (Д1); второй делитель сигнала 5 (Д2); аттенюатор 6 (Ат); переключатель 7 (П1); смеситель ФАПЧ-1, 8 (СМ ФАПЧ-1); переключатели 9 (П1) и 10 (П2); усилитель 11 (УС); смеситель ФАПЧ-2, 12 (СМ ФАПЧ-2); первый фазовый детектор 13 (ФД-1); дополнительный смеситель 14 (ДСм); делитель 15; опорный смеситель 16 (СмО); переключатель 17 (П4); второй фазовый детектор 18 (ФД-2); перестраиваемый генератор опорных промежуточных частот 19 (ПГПЧ); испытуемый смеситель 20 (СмХ); переключатель 21 (П5); делитель 22 (ДЗ); переключатель 23 (П6); смеситель ПЧ измерительного канала 24 (СмПЧик); делитель 25 (Д4); смеситель ПЧ опорного канала 26 (СмПЧок); индикатор 27 (И); направленные ответвители НО-1, НО-2 и НО-3. Устройство работает следующим образом. Работа ГКЧ-1 и ГКЧ-2 с блоком управления 3 аналогична работе в схеме на рисунке 12, т.е. они могут работать в режиме постоянной ПЧ (режим а на рисунке 2) и режиме переменной ПЧ (режим б на рисунке 2). Эти режимы обеспечиваются двумя системами ФАПЧ - ФАПЧ-1 и ФАПЧ-2, приведенных на рисунке 12.
Источником опорных и вспомогательных частот на рисунке 12, как и на рисунке 12, служит перестраиваемый генератор опорных промежуточных частот 19. Вся система с ГКЧ-1 и ГКЧ-2, блоком их управления и двумя системами ФАПЧ вместе с перестраиваемым генератором опорных промежуточных частот образуют источник зондирующих сигналов для испытуемых смесителей.
При каждом новом включении устройства в самом начале производится его калибровка, цель которой состоит в определении действительной АЧХ и ФЧХ дополнительного смесителя 14 (ДСМ). После этого они заносятся в память индикатора и по мере необходимости воспроизводятся на экране его электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Если электрический режим работы и температурный режим дополнительного смесителя не меняется, то режим калибровки может быть исключен.
Устройство, приведенное на рисунке 12, имеет три режима работы. Каждый из этих режимов отличатся структурными схемами, коммутируемыми переключателями П1, П2, ПЗ, П4, П5, П6 и используемыми узлами общей схемы на рисунке 18. Поэтому каждый из этих трех режимов целесообразно представить в виде отдельных структурных схем, приведенных на рисунках 13,14 и 15, на которых работающие в данном режиме узлы заштрихованы. Устройство, приведенное на этих рисунках, имеет следующие режимы работы.
1 Режим для измерения разности сдвигов фаз опорного 16 и дополнительного 14 смесителей (рисунок 13).
2 Режим для измерения суммы сдвигов фаз опорного 16 и дополнительного 14 смесителей (рисунок 14).
3 Режим для измерения комплексных коэффициентов передачи испытуемого смесителя 20 (рисунок 15).
Первый режим для измерения разности сдвигов фаз смесителей, приведенный на рисунке 13, реализуется в положении 1 переключателей 7, 9, 10, 17, 21, 23 в схеме на рисунке 12. В этом режиме делитель 23 и испытуемый смеситель 20 не используются, и определяется разность фаз между дополнительным 14 и опорным 16 смесителями как и в случае, рассмотренном ранее при описании рисунка 12.
В положении 2 переключателей 7, 9, 10, 17, 21, 23 на рисунке 12 реализуется схема для измерения суммы сдвигов фаз опорного 16 и дополнительного 14 смесителей. Эта структурная схема приведена на рисунке 14. На входе дополнительного смесителя имеет место сигнал, описываемый следующим выражением:
, (20)
который после преобразования попадает в индикатор отношений и аналогично уже описанному дает результат в виде:
. (21)
Действительный сдвиг фаз , измеренный в диапазоне частот, образует фазочастотную характеристику дополнительного смесителя, которая может
быть зафиксирована в памяти прибора либо документально любым другим способом.
После проведения режима калибровки включается режим измерения, приведенный на рисунке 15, и производится измерение испытуемого смесителя 20.
Для этого все переключатели, кроме переключателя 23, устанавливаются в положение 1, т.е. реализуется схема измерения разности сдвигов фаз устройством, а шестой переключатель 22 устанавливается в положение 3.
В этом случае сигнал разделенный третьим делителем сигналов 4, подается на сигнальный (первый) вход испытуемого смесителя 20 и первый вход дополнительного смесителя 14, на вторые входы (гетеродинные) которых поступают сигналы со второго ГКЧ-2.
Образовавшиеся сигналы первой промежуточной частоты подаются с выхода испытуемого смесителя на первый вход смесителя промежуточной частоты 26 опорного канала, а с выхода дополнительного смесителя 14 - на первый вход смесителя промежуточной частоты измерительного канала 24. В смесителях промежуточной частоты измерительного 24 и опорного 26 каналов сигналы первой промежуточной частоты со3 преобразуются в сигналы постоянной промежуточной частоты , которые поступают с третьего выхода смесителя 26 на вход измерительного канала, а с третьего выхода смесителя 24 на вход опорного канала индикатора 27. В индикаторе 27 происходит сравнение фазочастотных и амплитудно-частотных характеристик испытуемого смесителя 20 с аналогичными характеристиками дополнительного смесителя 14. В этом режиме измерительный фазовый мост не содержит ни усилителя 11, ни аттенюатора 6, т.е. отсутствуют источники больших погрешностей АЧХ и ФЧХ, в дополнение к этому за счет отсутствия усилителя СВЧ 11 значительно расширяется динамический диапазон измеряемых амплитуд. Из анализа структурных схем на рисунках 18, 19,20 и 21 видно, что ГКЧ-1 и ГКЧ-2 связаны друг с другом через направленные ответвители НО-1, НО-2 и смеситель 8 системы ФАПЧ-1. За счет этой связи возможен проход сигналов первой (переменной) промежуточной частоты ю3 из одного канала ИФМ в другой, где он будет являться прямой помехой. Его амплитуда в равной степени на входе испытуемого СмХ, 20, опорного СмО, 16 и дополнительного ДСм, 14 смесителей определяет минимальный полезный уровень сигнала, который еще может регистрировать измеритель отношений прибора, и, таким образом, устанавливает динамический диапазон всего измерительного прибора.
Анализ этих связей может быть выполнен с помощью направленного графа, приведенного на рисунке 16. При построении графа НО-1 и НО-2 представлены в виде симметричных обратимых восьмиполюсников [11].
Любой смеситель, в том числе и системы ФАПЧ-1, может быть представлен в виде линейного гибридного соединения, к которому присоединены смесительные диоды с фильтром ПЧ.
Рисунок 16 - Граф связей ГКЧ-1 и ГКЧ-2 между собой
Поэтому смеситель 8 системы ФАПЧ-1 и дополнительный смеситель прибора 14 на графе рисунка 16 представлены в виде линейных обратимых восьмиполюсников, к противоположным плечам которых присоединены смесительные диоды (балансный вариант смесителя).
Смеситель ФАПЧ-1 - это генератор сигналов ПЧ с частотой 3, амплитуда которых с достаточной для данного случая точностью определяется как результат перемножения амплитуд сигналов от ГКЧ-1 и от ГКЧ-2 на его входах. ГКЧ-2 играет роль гетеродина и поэтому уровень сигнала первой ПЧ определяется в основном мощностью меньшего сигнала, т.е. от ГКЧ-1.
Отношение амплитуды сигнала с частотой , полученного в результате преобразования входного сигнала от ГКЧ-1 на нагрузке дополнительного смесителя 14, к амплитуде сигнала, пришедшего на эту же нагрузку от эквивалентного генератора очевидно и определяет разрешающую способность прибора к уровням сигнала и в итоге динамический диапазон измеряемых амплитуд.
При проведении измерений сигнала первой ПЧ с выхода дополнительного смесителя, играющего роль образцового, сравнивается с амплитудой и фазой сигнала с выхода испытуемого смесителя. В связи с этим, для измерений необходимо применять дополнительный смеситель, имеющий равномерную АЧХ и линейную ФЧХ. Предполагается, что именно такие характеристики имеет смеситель 14 в графе на рисунке 16.
Из приведенного графа видно, что единственным серьезным препятствием для прохождения сигнала первой ПЧ на входы дополнительного и испытуемого смесителей при коаксиальном варианте электрического тракта является только величина развязки между входами сигнала и гетеродина самого смесителя 8 для сигналов с частотой и переходное ослабление НО-1 . Как было показано выше, отношение амплитуд сигналов и на нагрузке дополнительного смесителя ограничивает динамический диапазон всего прибора.
По сравнению с путем прохождения сигнала здесь добавился новый путь , это переходное ослабление делителя сигнала гетеродина 15, которое, как уже было показано ранее, может существенно различаться для частот и . Как и для сигнального тракта, в гетеродинном тракте основным препятствием для сигналов первой ПЧ является переходное ослабление НО-2.
Из анализа схем на рисунках 12-15 и графа на рисунке 16 можно увидеть, что система, состоящая из НО-1 и НО-2 совместно со смесителем 8 ФАПЧ-1 образуют часть измерительного фазового моста. К плечам его делителей 2 и 15 вместо и может быть присоединен испытуемый смеситель. При этом часть сигнала первой ПЧ от смесителя 8 должна быть использована в качестве опорного для двухканального супергетеродинного приемника измерительного прибора.
В заключение необходимо отметить, что все рассмотренные схемы построения приборов для определения действительных значений модуля и фазы коэффициентов передачи смесителей могут работать в автоматическом режиме качания частоты. Эти структурные схемы, в сочетании со схемами построения двухчастотных источников зондирующих сигналов позволяют наблюдать действительные АЧХ и ФЧХ испытуемых смесителей в панораме, при автоматическом качании частоты сигнала и гетеродина.
3. Расчет погрешностей, возникающих при измерениях комплексных коэффициентов передачи смесителе
Методы расчета погрешностей для измерительных приборов достаточно полно и подробно изложены в ГОСТ 8.508-84 "Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГСП" и в ГОСТ 8.401-80 "Классы точности средств измерений".
Набольшее распространение для оценки точности радиоизмерительных приборов СВЧ получил метод, изложенный в [17], при котором точность измеряемого параметра характеризуется пределом допустимой относительной основной погрешности измерений:
, (22)
где систематическая погрешность измерения;
среднеквадратичная случайная погрешность , отдельных элементов электрической схемы, участвующих в измерительном процессе.
Суммарная погрешность измерения модуля и фазы комплексных коэффициентов передачи устройств с преобразованием (и без преобразования) частоты (смесителей) складывается из следующих основных частей:
1) погрешности измерения фазового моста СВЧ;
2) погрешности тракта ПЧ прибора;
3) погрешности индикаторного блока;
4) неравномерности АЧХ и нелинейности ФЧХ всего измерительного прибора, которые для большинства приборов составляют ± 0,5 дБ и + 4° соответственно.
Структурная схема ИФМ, подлежащая анализу погрешностей, показана на рисунке 17. В процессе измерений исследуемый объект включается в измерительный канал моста.
Как показано в работе [17], доминирующая погрешность измерения параметров СВЧ-многополюсников обусловлена переотражениями между плечами исследуемого объекта и СВЧ-входами измерительного фазового моста (). Ввиду отсутствия корреляции между этими составляющими они должны суммироваться геометрически:
. (23)
Погрешность измерения модуля коэффициента передачи вычисляется по формуле:
, (24)
а погрешность измерения фазы коэффициента передачи - по формуле:
. (25)
Погрешности измерения модуля и фазы коэффициента передачи для ряда значений приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Погрешности измерения модуля и фазы коэффициента передачи
|
, дБ |
, град |
||||
|
1,1 |
0,05 |
0,007 |
0,06 |
0,4 |
|
|
1,22 |
0,1 |
0,014 |
0,12 |
0,8 |
|
|
1,5 |
0,2 |
0,028 |
0,24 |
1,6 |
|
|
2,0 |
0,33 |
0,046 |
0,39 |
2,66 |
При измерении неидентичности параметров смесителей сравниваемые объекты включаются в измерительный и опорный каналы ИФМ. В этом случае возникают переотражения между объектами и мостом как в измерительном, так и в опорном каналах. При этом погрешность за счет рассогласования может быть вычислена по формуле:
. (26)
Вычислим погрешности измерения неидентичности модуля и фазы коэффициента передачи по формулам (24) и (25). Значения погрешности измерения неидентичности параметров СВЧ-четырехполюсников для ряда значений приведены в таблице 2.
При наличии корреляции между фазами S-параметров исследуемых объектов, которая может иметь место ввиду идентичности конструкции объектов, погрешность за счет ИФМ будет снижаться, т.к. фазовые погрешности измерительного и опорного каналов в этом случае вычитаются.
Таблица 2 - Погрешности измерения неидентичности параметров
|
, дБ |
, град |
||||
|
1,1 |
0,05 |
0,0098 |
0,08 |
0,56 |
|
|
1,22 |
0,1 |
0,0196 |
0,17 |
1,13 |
|
|
1,5 |
0,2 |
0,0392 |
0,33 |
2,25 |
|
|
2,0 |
0,33 |
0,0658 |
0,55 |
3,75 |
При измерениях модуля потерь преобразования погрешность возникает за счет:
1) неточности выравнивания уровней СВЧ на входе испытуемого смесителя и ПЧ на входе смесителя опорного канала блока преобразовательного за счет погрешности самого измерителя мощности - ИМ;
2) переотражений в тракте СВЧ и ПЧ;
3) прохождения паразитных сигналов из опорного в измерительный канал в блоке преобразовательном;
4) неидентичности потерь преобразования смесителей опорного и измерительного каналов блока преобразовательного;
5) погрешности индикаторного блока.
Рассмотрим эти составляющие.
Погрешности измерения мощности прибором МЗ-51 в его рабочем диапазоне частот 0,02 - 17,85 ГГц определяются формулой:
, (27)
где Pk = 800 мкВт, Рх - уровень измеряемой мощности.
При Рх = 100 мкВт = ± 4,7 % или = 0,2 дБ.
Погрешность за счет переотражений в соединительных трактах возникает за счет неидеального согласования выходов источников сигналов, входов смесителей и самих соединительных трактов.
Учитывая, что Гг есть случайные величины с неизвестными законами распределения, в работе [17] предложены формулы для вычисления результирующей погрешности за счет рассогласования в виде:
, (28)
при доверительной вероятности 0,997, где k - число слагаемых погрешностей рассогласования.
При Гно = 0,13; Гбоч = 0,1; Гвыхсм = Гсмпч = 0,1; ГК = 0,1; Гк2 = Гк3 = 0,05 погрешность рассогласования для ряда значений KcmU испытуемого смесителя приведена в таблице 3.
Таблица 3 - Погрешности за счет рассогласования испытуемого смесителя
|
, дБ |
|||
|
1,22 |
0,1 |
0,38 |
|
|
1,5 |
0,2 |
0,11 |
|
|
2,0 |
0,33 |
0,16 |
Погрешность за счет прохождения сигнала ПЧ из опорного в измерительный канал в блоке преобразовательном может быть определена из рассмотрения графа связи между сигнальным входом смесителя ПЧ опорного канала и гетеродинным входом смесителя ПЧ измерительного канала. Эта развязка больше или равна минус 65 дБ, т.е. = 0,000562.
Погрешность за счет прохождения сигнала ПЧ для ряда значений приведена в таблице 4.
Таблица 4 - Погрешность измерения за счет прохождения паразитного сигнала
|
N |
||||
|
дБ |
раз |
раз |
дБ |
|
|
0 |
1 |
0,005 |
||
|
10 |
0,316 |
0,017 |
||
|
20 |
0,1 |
0,055 |
||
|
30 |
0,0316 |
0,155 |
||
|
40 |
0,01 |
0,47 |
Неидентичность коэффициентов преобразования смесителей первой промежуточной частоты блока преобразовательного - СМПЧИК и СМПЧОК составляет дБ.
Погрешности измерения модулей коэффициентов передачи - А индикатором отношений типа Я2Р-70 для ряда значений ослаблений приведена в таблице 5.
Таблица 5 - Погрешность измерения модуля Я2Р-70
|
А, дБ |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
|
|
, дБ |
0,12 |
0,27 |
0,42 |
0,57 |
0,62 |
Суммарная погрешность измерения модуля коэффициента передачи одиночного устройства с преобразованием частоты для ряда значений KcmU и модуля коэффициента передачи приведена в таблице 6.
Таблица 6 - Погрешности измерения модуля смесителя
|
, дБ |
||||||
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
||
|
1,22 |
0,334 |
0,43 |
0,65 |
0,71 |
0,88 |
|
|
1,5 |
0,364 |
0,46 |
0,58 |
0,74 |
0,91 |
|
|
2,0 |
0,414 |
0,51 |
0,63 |
0,79 |
0,96 |
При измерении фазы коэффициента передачи смесителя погрешность возникает за счет:
1) переотражений в тракте СВЧ и ПЧ;
2) прохождения паразитных сигналов из опорного в измерительный канал в блоке преобразовательном;
3) неидентичности ФЧХ смесителей опорного и измерительного каналов блока преобразовательного;
4) погрешности индикаторного блока.
Рассмотрим эти составляющие. Погрешность за счет рассогласования вычисляется по формуле для ряда значений KcmU и приведена в таблице 7.
Таблица 7 - Погрешности за счет рассогласования испытуемого смесителя
|
, град |
|||
|
1,22 |
0,1 |
0,5 |
|
|
1,5 |
0,2 |
0,75 |
|
|
2,0 |
0,33 |
1,1 |
Погрешность за счет прохождения паразитного сигнала ПЧ из опорного в измерительный канал в блоке преобразовательном вычисляется по формуле:
, (29)
и для ряда значений измеряемого коэффициента передачи приведена в таблице 8.
Таблица 8 - Погрешность измерения за счет прохождения паразитного сигнала
|
N, дБ |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
|
|
, град |
0,03 |
0,1 |
0,3 |
1,0 |
3,3 |
Неидентичность фазовых сдвигов характеристик смесителей ПЧ блока преобразовательного была определена экспериментально на приборе РКР4-001 и не превышала 0,7°, т.е. = 0,7°.
Погрешность измерения фазы индикаторным блоком для углов 10, 100 и 190° приведена в таблице 9.
Суммарная погрешность измерения фазы коэффициента передачи одиночного устройства с преобразованием частоты для ряда значений KcmU и модуля коэффициента передачи приведена в таблице 10.
Таблица 9 - Погрешность измерения фазы
|
A, дБ |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
|
|
0,2 |
0,6 |
1,1 |
1,6 |
2,7 |
||
|
1,02 |
1,14 |
1,43 |
1,9 |
2,88 |
||
|
2,02 |
1,68 |
1,76 |
2,2 |
3,36 |
Таблица 10 - Суммарная погрешность измерения фазы одиночного смесителя
|
, град |
||||||
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
||
|
1,22 |
1,4 |
1,9 |
2,6 |
3,8 |
7,2 |
|
|
1,5 |
1,65 |
2,15 |
2,85 |
4,04 |
7,45 |
|
|
2,0 |
2,0 |
2,5 |
3,2 |
4,4 |
7,8 |
При измерениях неидентичности параметров испытуемых смесителей наиболее неблагоприятным их соединение с ИФМ будет в случае, если мост волноводный, а смеситель коаксиальный, т.к. в этом случае необходимо вводить коаксиально-волноводный переход - КВП, являющийся источником дополнительной погрешности. Поэтому положим, что испытуемые смесители присоединяются сигнальными входами к волноводным выходам измерительного и опорного каналов ИФМ. Гетеродинные входы смесителей присоединяются к коаксиальным выходам измерительного и опорного каналов делителя мощности гетеродина СВЧ. В этом случае возникают переотражения между смесителями и мостом как в измерительном, так и в опорном каналах. Можно записать, что погрешность за счет рассогласования вычисляется по формуле:
(30)
Полагая , а вычислим погрешность измерения неидентичности параметров смесителей, а данные сведем в таблицу 11.
Таблица 11 - Погрешность измерения неидентичности параметров
|
KcmU |
, дБ |
, град |
|||
|
1,1 |
0,05 |
0,0115 |
0,1 |
0,66 |
|
|
1,22 |
0,1 |
0,0231 |
0,2 |
1,31 |
|
|
1,5 |
0,2 |
0,0465 |
0,39 |
2,68 |
|
|
2,0 |
0,33 |
0,075 |
0,63 |
4,2 |
Проведенный анализ позволяет вывести формулы для расчета погрешностей при измерениях устройств СВЧ с помощью рассмотренных выше структурных схем построения приборов. В предположении, что неравномерность АЧХ измерительного тракта составляет + 4 дБ, а нелинейность его ФЧХ ± 4°, формулы для расчета погрешностей имеют следующий вид.
1 Для четырехполюсников СВЧ погрешность измерения модуля коэффициента передачи , дБ. Погрешность измерения фазы коэффициента передачи , град.
2 Для устройств с преобразованием частоты - смесителей, погрешность измерения модуля коэффициента передачи , дБ. Погрешность измерения фазы коэффициента передачи , град.
Заключение
1. В результате проведенного анализа установлено, что для испытания смесителей СВЧ оптимальной является схема измерительного прибора, состоящего из двухчастотного когерентного источника зондирующих сигналов, измерительного фазового моста СВЧ, двухканального источника зондирующих сигналов и двухканального супергетеродинного приемника, содержащего в своем составе фазочувствительный индикатор отношений двух сигналов.
2. Проведенный анализ паразитных каналов измерения, возникающих в измерительном фазовом мосте СВЧ на промежуточной частоте испытуемого смесителя, показывает, что наличие этих каналов без принятия специальных мер защиты, ограничивает динамический диапазон измеряемых им коэффициентов передачи величиной в 41,5 дБ.
3. Существующие методы измерения сдвигов фаз, возникающих в смесителе при гетеродинном преобразовании частоты входного сигнала, позволяют измерять только их относительную величину, действительная величина вносимого фазового сдвига остается неизвестной.
4. Проведено теоретическое обоснование неизменности фазового сдвига, возникающего в смесителе при гетеродинном преобразовании частоты для случая прямого и обратного преобразования входного сигнала в сигнал промежуточной частоты и сигнала промежуточной частоты во входной сигнал. На этом основании предложен новый способ, впервые позволяющий определять действительный сдвиг фаз, возникающий в смесителе и вносимый им в сигнал промежуточной частоты в процессе гетеродинного преобразования входного сигнала. Способ основан на совокупном поочередном измерении суммы фазовых сдвигов двух смесителей, соединенных последовательно, один из которых испытуемый, и разности сдвигов фаз этих смесителей, включенных параллельно, с последующим вычислением из полученных результатов действительного сдвига фаз испытуемого смесителя. Присоединение гетеродина к обоим смесителям при измерении суммы и разности сдвигов фаз остается неизменным.
5. Теоретически обоснован новый способ измерения величины коэффициента передачи смесителя, аналогичный нахождению действительного сдвига фаз смесителя. Общность совокупных измерительных процессов двух новых способов позволяет за один цикл измерений определить их модуль и фазу.
6. Показано, что в коммутируемый измерительный фазовый мост СВЧ, применяемый в новых структурных схемах приборов для испытания смесителей, построенных на основе нового способа определения действительной величины их сдвига фаз с целью стабилизации уровня сигнала на входе испытуемого смесителя, необходимо вводить последовательно включенные аттенюатор и усилитель СВЧ. Коэффициент усиления усилителя должен быть не меньше 20 дБ, регулируемый коэффициент ослабления аттенюатора должен достигать минус 20 дБ. При этом доказано, что фазовые сдвиги последовательно включенных усилителя и аттенюатора СВЧ на результаты измерений не влияют.
7. С целью повышения точности измерений за счет исключения систематической погрешности, вносимой эталонным смесителем при измерении модуля и фазы коэффициента передачи испытуемого смесителя, предложена новая функциональная схема построения измерительного прибора с применением второго дополнительного смесителя.
8. Получены выражения, позволяющие рассчитывать величину погрешностей измерения модуля и фазы коэффициента передачи испытуемого смесителя в зависимости от величины KcmU его входа и узлов, составляющих измерительных фазовый мост.
Список использованных источников
1. Амплитудно-фазовая конверсия / Г.М. Крылов, В.З. Пруслин, Е.А. Богатырев и др. Под ред.Г.М. Крылова. М.: Радио и связь, 1976.С. 205 - 213.
2. U. S. Pat No 5,937,006 Frequency Translating Device Transmission Response Method. August 10, 1999, App. № 865276, Filed May 28, 1997.
3. Clark С J.network Analyzer Measurements of Frequency-Translating Devices / С J. Clark, A. A. Moulthrop, M. S. Muha // Microwave Journal. November 1996. P.114-124.
4. Clark С J. Transmission Response Measurements of Frequency-Translating Devices Using a Vector Network Analyzer / С J. Clark, A. A. Moulthrop, M. S. Muha // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. December 1996. Vol.44, № 012. P.2724 - 2737.
5. Измерение в электронике. Справочник / Под ред.В.А. Кузнецова. М.: Энергоатомиздат, 1987.228 с.
6. А. с. СССР, G01R 27/28. Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников / К.С. Коротков, Г.М. Кулиш (СССР). № 918890 с приоритетом от 24.09.80; Зарегистр.7.12.81; Опубл.7.04.82. Бюл. № 13.
7. А. с. СССР, G01R 27/28. Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников / К.С. Коротков, Г.М. Кулиш (СССР). № 1075195 с приоритетом от 16.11.82; Зарегистр.23.11.82; Опубл.23.02.84. Бюл. № 7.
8. Филяков П.Ф. Справочник по высшей математике. Киев: Наука и думка, 1983. С.478-545.
9. Робишо А. Направленные графы и их применение к электрическим цепям и машинам / А. Робишо, М. Буавер, Ж. Робер. М.: Энергия, 1964.317 с.
10. Остапенко А.Г. Анализ и синтез линейных радиоэлектронных цепей с помощью графов. М.: Радио и связь, 1985.300 с.
11. Силаев М.А. Приложение матриц и графов к анализу СВЧ-устройств / М.А. Силаев, СВ. Брянцев. М.: Советское радио, 1970.248 с.
12. Абубакиров Б.Л. Измерение параметров радиотехнических цепей / Б.Л. Абубакиров, К.Г. Гудков, Э.В. Нечаев. М.: Радио и связь, 1984. С.112 - 141.
13. А. с. СССР, G01R 27/28. Способ определения сдвига фаз четырехполюсников с преобразователем частоты / К.С. Коротков, В.Е. Малышков, В.Г. Суровенный (СССР). № 1475347 с приоритетом от 13.12.86; Зарегистр.22.12.86; Опубл. 19.04.88. Бюл. № 14.
14. А. с. СССР, G01R 27/28. Способ определения коэффициентов передачи четырехполюсников с преобразованием частоты / К.С. Коротков (СССР). № 1596278 с приоритетом от 20.07.88; Зарегистр.1.06.90; Опубл.30.09.90. Бюл. № 36.
15. Шахгильдян В.В. Фазовая автоподстройка частоты / В.В. Шахгильдян, А.А. Ляховкин. М.: Связь, 1966.336 с.
16. А. с. СССР, G01R 27/28. Устройство для измерения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик четырехполюсников с преобразованием частоты / К.С. Коротков, В.В. Зарубин, В.П. Яцевич (СССР). № 1661682 с приоритетом от 7.08.89; Зарегистр.8.03.91; Опубл.07.07.91. Бюл. № 25.
17. Механиков А.И. Оценка точности панорамных измерителей на СВЧ /А.И. Механиков // Метрология. 1972. № 3. С.31 - 35.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Исследование и анализ существующих методов измерения комплексных характеристик четырехполюсников сверхвысокой частоты. Общая характеристика и особенности использования приборов, использующихся для измерения комплексных характеристик данных приборов.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 30.06.2014Измерение S–параметров с помощью рефлектометров. Анализаторы цепей СВЧ. Принцип работы импульсного рефлектометра. Измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения. Особенности применения рефлектометров. Методы калибровки измерителя S–параметров.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 21.09.2012Устройство для измерения абсолютных комплексных коэффициентов передачи и отражения СВЧ-устройств с преобразованием. Структурная схема блока опорных частот. Смеситель сигналов 140 МГц. Фильтр нижних частот для сигнала. Система фазовой автоподстройки.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 20.12.2013Предварительный усилитель промежуточной частоты, расчет его коэффициентов. Измерение зависимости коэффициента усиления ПУПЧ от включения генератора сигнала во входной контур. Графики зависимостей нормированных показателей передачи входного устройства.
лабораторная работа [744,7 K], добавлен 05.05.2015Подбор и обоснование телекоммуникационной технологии, в рамках которой будет работать магистральная система передачи. Выбор оборудования для среды передачи. Определение уровней оптических каналов, а также расчет коэффициентов усиления систем передачи.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 05.07.2017Определение коэффициентов передачи узлов измерительного преобразователя. Коррекция погрешности усилителя переменного тока. Расчет RC-параметров схемы электрической принципиальной. Выбор стабилизатора напряжения. Определение общего коэффициента передачи.
курсовая работа [810,6 K], добавлен 21.02.2013Составление функциональной и структурной схемы системы дистанционной следящей системы передачи угла поворота. Определение коэффициентов передачи отдельных звеньев. Синтез корректирующего устройства. Переходные характеристики скорректированной системы.
контрольная работа [442,6 K], добавлен 08.02.2013Функциональная активность белков, их зависимость от структурного состояния макромолекул; характер воздействия воды на структуру белков. Расчет коэффициентов деполяризации модельных геометрических объектов на примере сывороточного альбумина и фибриногена.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 14.09.2014Анализ системы передачи непрерывных сообщений цифровыми методами. Методы расчёта характеристик помехоустойчивости и других показателей качества передачи информации по каналам связи с помехами. Расчёт частоты дискретизации и числа разрядов двоичного кода.
курсовая работа [873,2 K], добавлен 04.06.2010Расчет параметров цифровой системы передачи, спектра АИМ-сигнала. Квантование отсчетов по уровню и их кодирование. Расчет погрешностей квантования. Формирование линейного сигнала. Разработка структурной схемы многоканальной системы передачи с ИКМ.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 08.10.2012
