寧 欣 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所

基于四端口矢網(wǎng)AV3672的混頻器測(cè)試應(yīng)用

寧 欣 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所

混頻器廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星、通信等射頻微波領(lǐng)域，其特殊的三端口工作模式?jīng)Q定了其眾多的測(cè)試參數(shù)、復(fù)雜的測(cè)試方法和昂貴的測(cè)試成本。為解決混頻器的測(cè)試問題，本文圍繞AV3672四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的混頻器測(cè)試功能以及矢量混頻器校準(zhǔn)技術(shù)。最后，給出了混頻器的變頻損耗、相位和群時(shí)延的測(cè)試結(jié)果。

混頻器；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；相位；群時(shí)延

引言

混頻器是雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航、無線通信及電子對(duì)抗等領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。其特征參數(shù)的優(yōu)劣將對(duì)武器或設(shè)備的性能起到?jīng)Q定作用。傳統(tǒng)的混頻器測(cè)試采用兩個(gè)信號(hào)源與頻譜儀的搭建模式或者兩端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀配信號(hào)源的模式。隨后，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀增加了頻偏模式，可以令源接收機(jī)和測(cè)量接收機(jī)工作于不同的頻率。以上方法僅限于混頻器標(biāo)量測(cè)試，而且沒有完備的校準(zhǔn)過程，難以保證測(cè)量準(zhǔn)確度。因此，本文介紹四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀AV3672系列，并且配置完備的混頻器測(cè)試選件，可進(jìn)行全面的校準(zhǔn)。

圖1 四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)構(gòu)框圖

圖2 混頻器測(cè)試軟件設(shè)置界面

圖3 AV3672混頻器測(cè)試結(jié)果

1.AV3672結(jié)構(gòu)原理

AV3672四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)獨(dú)立雙源和八個(gè)接收機(jī)設(shè)計(jì)方案。每一個(gè)端口都將源、參考接收機(jī)和測(cè)量接收機(jī)的鏈路通過跳線在前面板實(shí)現(xiàn)連接，方便進(jìn)行獨(dú)立的外部配置。在進(jìn)行矢量混頻器測(cè)試的時(shí)候，可通過源和參考接收機(jī)的跳線將參考混頻器接入，實(shí)現(xiàn)參考信號(hào)的變頻。在源和測(cè)量接收機(jī)路徑上分別增加衰減器，實(shí)現(xiàn)源功率和接收機(jī)功率的獨(dú)立控制。不僅增加了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的動(dòng)態(tài)范圍，而且保護(hù)接收機(jī)免于大功率損壞。

2.矢量混頻器的測(cè)試方法

2.1 混頻器測(cè)量的校準(zhǔn)

混頻器的功率校準(zhǔn)方法較簡(jiǎn)單，用功率計(jì)分別校準(zhǔn)參考接收機(jī)和測(cè)量接收機(jī)，然后在射頻和中頻上進(jìn)行全雙端口SOLT校準(zhǔn)[1]。

矢量混頻器的相位校準(zhǔn)，常用的校準(zhǔn)方法有三混頻器法、相位參考法和互易混頻器法。三混頻器法操作步驟繁瑣，并且容易受到高階頻率的影響，使時(shí)延測(cè)量結(jié)果存在誤差。安捷倫公司提出的相位參考法借鑒于非線性網(wǎng)絡(luò)儀的校準(zhǔn)方法，不僅需要相參接收機(jī)系統(tǒng)，而且由脈沖提供基波和所有諧波一個(gè)已知相位。此方法應(yīng)用限制太多，操作復(fù)雜[2]。因此，本文采用在參考混頻器和校準(zhǔn)混頻器的輔助下，方便快捷的“互易-校準(zhǔn)”混頻器法。

2.2 矢量混頻器的測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建及軟件設(shè)置

由于矢量混頻器測(cè)試中涉及到相位測(cè)量，要求在相同的輸入和輸出頻率上進(jìn)行相位比較，所以需要提供參考混頻器將參考接收機(jī)R1的射頻頻率轉(zhuǎn)化為與測(cè)量接收機(jī)B相同的中頻頻率。為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，我們?yōu)閰⒖蓟祛l器和被測(cè)混頻器提供相同的本振，分別將本振端口接入AV3672的端口3和端口4 。由圖1得知，端口3和端口4是同一個(gè)信號(hào)源通過功分器分離兩路完全相同的信號(hào)。

AV3672的軟件運(yùn)行于Windows 7系統(tǒng)上，為滿足混頻器測(cè)試需求，在已有的軟件上開發(fā)了混頻器測(cè)試功能，方便直接、智能地設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，見圖2。另外需要注意本振驅(qū)動(dòng)功率的設(shè)置，若本振功率過低，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失敗。

3.測(cè)試結(jié)果與分析

圖3為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試界面，分為三個(gè)窗口分別顯示被測(cè)混頻器的相位、變頻損耗和群時(shí)延測(cè)試結(jié)果，本次測(cè)試采用下變頻，各端口頻率設(shè)置如圖2，本振功率為13dBm。測(cè)試相位稍微有點(diǎn)偏移，變頻損耗為3dB到5dB，整個(gè)頻段內(nèi)較為平坦，群延時(shí)在200ps左右。三項(xiàng)測(cè)量結(jié)果均符合混頻器的指標(biāo)要求，驗(yàn)證了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

4.總結(jié)

本文從AV3672矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、矢量混頻器校準(zhǔn)技術(shù)及測(cè)試系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)描述了矢量混頻器的測(cè)試方法。并在最后給出了矢量混頻器的相位、變頻損耗和群時(shí)延的測(cè)試結(jié)果。驗(yàn)證了AV3672的矢量混頻器測(cè)試功能。

[1]Aglient Technologies,Inc.混頻器測(cè)試建議書.2009.12

[2]Joel P. Dunsmore. Handbook of Microwave Component Measurements with Advanced VNA Techniques[D].2014.3∶363-37