Дипломная работа на тему: Основные методы определения комплексных коэффициентов передачи смесителей

Введение

Когда мы работаем смесителем внутри радиоэлектронного устройства, главными его характеристиками являются комплексный коэффициент передачи (включая модуль и фазу) и его согласованность с остальной схемой. Мы также обращаем внимание на коэффициенты отражения входов и выхода смесителя, а также их изменение в зависимости от частоты – это называется АЧХ и ФЧХ соответственно.

С появлением микрополосковых СВЧ-технологий, концепция смесителя изменилась. Теперь смесителем понимается неотъемлемый элемент СВЧ-устройства, который включает в себя не только сам смеситель, но также и другие компоненты, такие как фильтры, делители сигналов, усилители СВЧ и ПЧ, ферритовые вентили и циркуляторы. Все эти устройства объединяются в одном модуле и выполняют функцию преобразования частоты. При работе над разработкой, производством и выпуском радиоэлектронных устройств с СВЧ-устройством (микроволновое смесительное устройство), необходимо иметь доступ к приборам, которые могут эффективно измерять и контролировать основные электрические параметры таких устройств. К этим параметрам относятся модуль и фаза коэффициентов передачи в рабочем диапазоне частот, то есть их амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ). В этой связи важно отметить, что проведение панорамных испытаний СВЧ-устройств с преобразователем частоты позволяет значительно сократить затраты труда при их разработке, настройке и наладке в сотни раз. В отечественной литературе отсутствуют методы расчета фазовых искажений СВЧ-устройств, которые вносят помехи в форму полезного сигнала. Однако интерес к решению задач фазовой нестабильности повышается. Это объясняется тем, что данная нестабильность вызывает неконтролируемые искажения сигнала, что эквивалентно помехам. Эта проблема особенно актуальна для элементов и узлов электронных систем, входящих в состав СВЧ-устройств с преобразователем частоты. Имеются работы, которые частично затрагивают данную проблему и решают некоторые специфические задачи [1]. Однако их использование ограничено и невозможно применить их для решения широкого спектра инженерных задач. Вместо этого они скорее предлагаются в качестве рекомендаций. В исследовании, представленном в [1], представлены схемы, которые можно использовать для создания измерителей, определяющих зависимость фазового сдвига от амплитуды колебаний. Однако, важно отметить, что эти схемы не являются автоматическими или панорамными приборами. К сожалению, в России отсутствуют специальные устройства для измерения и анализа АЧХ и ФЧХ СВЧ-устройств. Такие приборы позволяют исследовать комплексные коэффициенты передачи при изменении частоты и использовании гетеродинного сигнала. К сожалению, такие приборы не производятся в России, и нет никаких методов для их создания и разработки. Нужны новые разработки и технологии в этой области, чтобы у нас была возможность изучать и анализировать такие свойства СВЧ-устройств. В рабочих условиях исследования характеристик смесителей невозможно использовать существующую группу приборов, таких как Р4, РК4, Ф2, Ф4. Данные приборы ограничены в своих возможностях и могут лишь измерять сдвиг фазы испытуемого СВЧ-устройства относительно эталонного смесителя. Однако точный сдвиг фазы, внесенный эталонным смесителем при гетеродинном преобразовании частоты, неизвестен. Невозможно точно измерить сдвиг фазы, вносимый смесителем в сигнал промежуточной частоты, так как частоты сигналов на его входах и выходе значительно отличаются. Обычные методы сравнения двух сигналов одинаковой частоты в этом случае не применимы. К тому же, нет надежных способов измерить коэффициент передачи смесителей в автоматическом режиме с низкой погрешностью. В настоящее время весьма актуальной проблемой является исследование теоретических путей и способов создания автоматических, панорамных измерительных приборов, специализированных для наблюдения и измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств, которые содержат преобразователь частоты, также известный как смеситель. Значимость таких исследований подчеркивается тем, что фирма Hewlett-Packard, входящая в состав Аэрокосмической Корпорации США, последние годы активно занимается разработкой приборов для измерения истинных значений модуля и фазы коэффициентов передачи смесителей [2], [3], [4]. Основным направлением данного исследования является изучение структурных схем нового типа измерительных СВЧ-приборов, которые основаны на использовании новых способов определения действительных значений модуля и фазы коэффициентов передачи смесителей. Наша цель состоит в изучении методов наблюдения и измерения комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, таких как смесители. Для реализации указанной цели требуется решить несколько задач. Во-первых, необходимо изучить различные методы определения комплексных коэффициентов. Во-вторых, следует подобрать наиболее оптимальную схему для измерения модуля и фазы данных коэффициентов. После этого проведите расчеты необходимых параметров и оцените погрешности при измерении. Важное значение имеет исследование передающих свойств смесителя, а именно комплексного коэффициента передачи.

Оглавление

- Введение

- Основные методы определения комплексных коэффициентов передачи смесителей

- Анализ путей построения измерителей комплексных коэффициентов передачи смесителей

- 1.2 Особенности теоретического анализа смесителей СВЧ

- Анализ схем построения приборов для испытания смесителей

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

- Анализ технических возможностей измерительного фазового моста

- Пути повышения точности устройств для определения комплексных коэффициентов передачи смесителей

- Расчет погрешностей, возникающих при измерениях комплексных коэффициентов передачи смесителе Заключение

- Список использованных источников

Список литературы

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.

. Clark С J.network Analyzer Measurements оf Frequency-Translating Devices / С J. Clark, А. А. Moulthrop, М. S. Muha // Microwave Journal. November 1996. Р.114-124.

. Clark С J. Transmissiоn Response Measurements оf Frequency-Translating Devices Using а Vector Network Analyzer / С J. Clark, А. А. Moulthrop, М. S. Muhа // IEEE Transactions оn Microwave Theory and Techniques. December 1996. Vol.44, № 012. Р.2724 - 2737.

. Измерение в электронике. Справочник / Под ред.В.А. Кузнецова. М.: Энергоатомиздат, 1987.228 с.

. 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.

. 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.

. Филяков П.Ф. Справочник по высшей математике. Киев: Наука и думка, 1983. С.478-545.

. Робишо А. Направленные графы и их применение к электрическим цепям и машинам / А. Робишо, М. Буавер, Ж. Робер. М.: Энергия, 1964.317 с.

. Остапенко А.Г. Анализ и синтез линейных радиоэлектронных цепей с помощью графов. М.: Радио и связь, 1985.300 с.

. Силаев М.А. Приложение матриц и графов к анализу СВЧ-устройств / М.А. Силаев, СВ. Брянцев. М.: Советское радио, 1970.248 с.

. Абубакиров Б.Л. Измерение параметров радиотехнических цепей / Б.Л. Абубакиров, К.Г. Гудков, Э.В. Нечаев. М.: Радио и связь, 1984. С.112 - 141.

. 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.

. 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.

. Шахгильдян В.В. Фазовая автоподстройка частоты / В.В. Шахгильдян, А.А. Ляховкин. М.: Связь, 1966.336 с.

. 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.

. Механиков А.И. Оценка точности панорамных измерителей на СВЧ /А.И. Механиков // Метрология. 1972. № 3. С.31 - 35.