寧 欣 中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所

基于四端口矢網(wǎng)AV3672的混頻器測試應(yīng)用

寧 欣 中國電子科技集團(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定了其眾多的測試參數(shù)、復(fù)雜的測試方法和昂貴的測試成本。為解決混頻器的測試問題，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、相位和群時延的測試結(jié)果。

混頻器；矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；相位；群時延

引言

混頻器是雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航、無線通信及電子對抗等領(lǐng)域的關(guān)鍵器件。其特征參數(shù)的優(yōu)劣將對武器或設(shè)備的性能起到?jīng)Q定作用。傳統(tǒng)的混頻器測試采用兩個信號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)量測試，而且沒有完備的校準(zhǔn)過程，難以保證測量準(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 混頻器測試軟件設(shè)置界面

圖3 AV3672混頻器測試結(jié)果

1.AV3672結(jié)構(gòu)原理

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

2.矢量混頻器的測試方法

2.1 混頻器測量的校準(zhǔn)

混頻器的功率校準(zhǔn)方法較簡單，用功率計分別校準(zhǔn)參考接收機(jī)和測量接收機(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，使時延測量結(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 矢量混頻器的測試系統(tǒng)構(gòu)建及軟件設(shè)置

由于矢量混頻器測試中涉及到相位測量，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)化為與測量接收機(jī)B相同的中頻頻率。為了保證測量的準(zhǔn)確性，我們?yōu)閰⒖蓟祛l器和被測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是同一個信號源通過功分器分離兩路完全相同的信號。

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

3.測試結(jié)果與分析

圖3為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試界面，分為三個窗口分別顯示被測混頻器的相位、變頻損耗和群時延測試結(jié)果，本次測試采用下變頻，各端口頻率設(shè)置如圖2，本振功率為13dBm。測試相位稍微有點偏移，變頻損耗為3dB到5dB，整個頻段內(nèi)較為平坦，群延時在200ps左右。三項測量結(jié)果均符合混頻器的指標(biāo)要求，驗證了整個測試系統(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)及測試系統(tǒng)和軟件設(shè)計等方面詳細(xì)描述了矢量混頻器的測試方法。并在最后給出了矢量混頻器的相位、變頻損耗和群時延的測試結(jié)果。驗證了AV3672的矢量混頻器測試功能。

[1]Aglient Technologies,Inc.混頻器測試建議書.2009.12

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