ПАНОРАМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКСНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ И ЗАТУХАНИЯ ДЛЯ КОРОТКОВОЛНОВОЙ ЧАСТИ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

April 26, 2012 by admin Комментировать »

Анбиндерис Т. Т., Горбатенко В. М., Наркунас А. И., Кух С. И., Мартьянова О. И., Иконникова Е. Д., Шаров Г. А., Анбиндерис П. Т. ЗАО ЭЛМИКА Наугардуко, 41, Вильнюс – 03227, Литва Тел.: +370 5 2333426; e-mail: tomas@elmika.com

Аннотация – Рассмотрены особенности построения простого панорамного измерителя комплексных коэффициентов отражения и затухания с улучшенными метрологическими характеристиками.

I.  Введение

Измерители комплексных параметров необходимы для измерения параметров многих СВЧ компонентов, особенно тех, в которых требуется измерение фазы, малых КСВН или больших ослаблений.

II.  Основная часть

Измеритель состоит из генератора качающейся частоты, делителя мощности генератора на два канала, двух электрически управляемых фазовых модуляторов с линейной фазовой модуляцией, волноводного рефлектометра на трех направленных ответвителях с высокой направленностью: опорного канала и каналов отражения и ослабления. Измеритель выполнен по гомодинной схеме с фазовой модуляцией частоты. Сигнал с выхода генератора с помощью двух электрически управляемых фазовых модуляторов с линейной фазовой модуляцией преобразуется в два фазомодулированных сигнала с различными частотами модуляции, отличающихся примерно на несколько килогерц. Один из сигналов используется как измерительный и подается на вход волноводного рефлектометра, другой используется в качестве гетеродина для трех смесителей, на сигнальные входы которых подаются сигналы опорного канала, канала измерения отражения и канала измерения ослабления рефлектометра. Благодаря тому, что разность частот сигнала и гетеродина не зависит от частоты генератора, в измерителе может быть применен генератор без синхронизации частоты.

Сигналы с выходов смесителей усиливаются трехканальным линейным усилителем с динамическим диапазоном более 90 дБ. Большой динамический диапазон усилителя обеспечивается тем, что на выходах каждого каскада усилителя включен АЦП и контроллер измерителя выбирает сигнал на выходе того канала, в котором сигнал оптимален по амплитуде, АЦП делает два отсчета со сдвигом по фазе 90° и тем самым определяет синус и косинус составляющие комплексного сигнала, по которым далее вычисляется модуль сигнала и его фазовый сдвиг. Контроллер и АЦП имеют быстродействие, достаточное для измерения трех комплексных сигналов в 256 частотных точках несколько раз в секунду, то есть решает задачу измерения в реальном масштабе времени. Далее сигнал поступает через канал USB на персональный компьютер, где происходит основная обработка сигнала и вывод результатов на экран монитора, который имитирует лицевую панель измерителя. Результаты измерений выводятся в виде графиков зависимости измеряемых параметров от частоты. В измерителе есть возможность измерения на одной частоте с количеством усреднений больше 1000. В этом режиме экран имитирует самописец. Для расширения динамического диапазона измерений в измерителе проводится калибровка нелинейных участков характеристик всех смесителей.

Примененные технические решения позволили получить высокие технические характеристики.

Приборы работают в волноводных трактах в диапазоне от 37,5 до 178 ГГц. Минимальное время перестройки частоты составляет 0,08 с. Диапазон измерения ослаблений составляет 0-60 дБ. Диапазон измерения КСВН составляет 1,03-5. Погрешность измерения фазы составляет 5-10° в зависимости от диапазона частот.

III.  Заключение

Таким образом, разработаны панорамные измерители комплексных коэффициентов отражения и затухания в волноводах коротковолновой части миллиметрового диапазона.

Выявлена и реализована возможность повышения точности измерения коэффициентов отражения, КСВН и затухания и расширения динамического диапазона измерений путем калибровки нелинейности смесителей при помощи поляризационного аттенюатора.

Приведены полученные электрические характеристики измерителей.

VECTOR NETWORK ANALYZER FOR SHORT-WAVE PART OF MILLIMETER WAVES

Anbinderis Т. Т., Gorbatenko V. М., Narkunas A. J.

Kuh S. I., Martjanova О. I., Ikonnikova E. D.

Sharov G. A., Anbinderis P. T.

Elmika Ltd.

41, Naugarduko St., Vilnius – 03227, Lithuania

Tel.: +370 5 233 34 26, e-mail: tomas@elmika.com

Abstract – Some features of vector network analyzer design with improved metrological parameters are reviewed.

I.  Introduction

Vector Network Analyzers (VNA) are important for parameters’ measurements of many microwave components where it is necessary to examine phase, low VSWR or high attenuation.

II.  Main part

The instrument consists of sweep generator, two channel power divider, two remote controlled phase modulators with linear phase modulation, waveguide reflectometer based on three directional couplers with high directivity: a reference channel, a transmission channel and a reflection channel. The VNA is based on homodyne scheme with phase modulation of frequency. A signal from generator is converted to two phase modulated signals with modulation frequencies different for several kHz. One of the signals is measurement signal and is fed to the waveguide reflectometer; another is a heterodyne signal for three mixers, the signal inputs of which are fed by the reference channel, the reflection measurement channel and the transmission measurement channel of reflectometer. As soon as the difference between the signal and the heterodyne frequencies does not depend on frequency of the generator it is possible to use generator without frequency synchronization.

After mixers the signals are amplified by linear amplifiers with more than 90 dB dynamic range. Wide dynamic range of the amplifier is provided because after each cascade of the amplifier we put ADC, and processor selects the channel where the signal amplitude is optimal. The ADC makes two readouts with 90° phase shift and determines sin and cos components of the complex signal, according to which we calculate the magnitude and phase shift. Processor and ADC have operation speed enough to measure three complex signals in 256 frequency points several times per second, i.e. the measurements are performed in real time scale. Then the signal is collected via

USB by personal computer, where main signal processing and screening take place. The screen of the monitor is a virtual control panel of the instrument. Measurement results are given as diagrams of being measured parameters’ dependence on frequency. The instrument allows making measurements with more than a 1000 averagings on a single frequency. To improve the dynamic range of the measurements all mixers’ non linear areas are calibrated.

The instruments operates in waveguides from 37.5 to 178 GHz. Sweep time is 0.08 sec. Attenuation measurement range is 0-^60 dB. VSWR measurement range is 1.03^5. Phase measurement error is 5-HO0 depending on frequency range.

III.  Conclusion

We have designed a waveguide VNA in the short part of millimeter wave range.

Discovered and realized the possibility to improve measurement accuracy of reflection, VSWR and attenuation, and enlargement of measurements’ dynamic range by calibrating the mixers’ non-linearity by direct reading attenuator are discovered and realized.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты