Анбіндеріс Т. Т., Горбатенко В. М., Наркунас А. І., Кух С. І., Мартьянова О. І., Іконникова Е. Д., Шаров Г. А., Анбіндеріс П. Т. ЗАТ ЕЛМІКА Наугардуко , 41, Вільнюс – 03227, Литва Тел.: +370 5 2333426; e-mail: tomas@elmika.com

Анотація – Розглянуто особливості побудови простого панорамного вимірювача комплексних коефіцієнтів відбиття і загасання з поліпшеними метрологічними характеристиками.

I. Вступ

Вимірники комплексних параметрів необхідні для вимірювання параметрів багатьох СВЧ компонентів, особливо тих, в яких потрібно вимір фази, малих КСХН або великих послаблень.

II. Основна частина

Вимірювач складається з генератора качающейся частоти, дільника потужності генератора на два канали, двох електрично керованих фазових модуляторів з лінійною фазовою модуляцією, волноводного рефлектометра на трьох спрямованих відгалужувачі з високою спрямованістю: опорного каналу і каналів відображення і ослаблення. Вимірювач виконаний по гомодинного схемою з фазовою модуляцією частоти. Сигнал з виходу генератора за допомогою двох електрично керованих фазових модуляторів з лінійною фазовою модуляцією перетворюється в два фазомодулірованних сигналу з різними частотами модуляції, що відрізняються приблизно на кілька кілогерц. Один із сигналів використовується як вимірювальний і подається на вхід волноводного рефлектометра, інший використовується як гетеродина для трьох змішувачів, на сигнальні входи яких подаються сигнали опорного каналу, каналу вимірювання відображення і каналу виміру ослаблення рефлектометра. Завдяки тому, що різниця частот сигналу і гетеродина не залежить від частоти генератора, в вимірнику може бути застосований генератор без синхронізації частоти.

Сигнали з виходів змішувачів посилюються трьохканальним лінійним підсилювачем з динамічним діапазоном більше 90 дБ. Великий динамічний діапазон підсилювача забезпечується тим, що на виходах кожного каскаду підсилювача включений АЦП і контролер вимірювача вибирає сигнал на виході того каналу, в якому сигнал оптимальний по амплітуді, АЦП робить два відліку із зсувом по фазі 90 ° і тим самим визначає синус і косинус складові комплексного сигналу, за якими далі обчислюється модуль сигналу і його фазовий зрушення. Контролер і АЦП мають швидкодію, достатня для вимірювання трьох комплексних сигналів в 256 частотних точках кілька разів на секунду, тобто вирішує задачу вимірювання в реальному масштабі часу. Далі сигнал надходить через канал USB на персональний комп’ютер, де відбувається основна обробка сигналу і виведення результатів на екран монітора, який імітує лицьову панель вимірювача. Результати вимірювань виводяться у вигляді графіків залежності вимірюваних параметрів від частоти. У вимірнику є можливість вимірювання на одній частоті з кількістю усреднений більше 1000. У цьому режимі екран імітує самописець. Для розширення динамічного діапазону вимірювань в вимірнику проводиться калібрування нелінійних ділянок характеристик всіх змішувачів.

Застосовані технічні рішення дозволили отримати високі технічні характеристики.

Прилади працюють в хвилеводних трактах в діапазоні від 37,5 до 178 ГГц. Мінімальний час перебудови частоти складає 0,08 с. Діапазон вимірювання ослаблень становить 0-60 дБ. Діапазон вимірювання КСХН складає 1,03-5. Похибка вимірювання фази становить 5-10 ° в залежності від діапазону частот.

III. Висновок

Таким чином, розроблені панорамні вимірювачі комплексних коефіцієнтів відбиття і загасання в хвилеводах короткохвильової частини міліметрового діапазону.

Виявлено і реалізована можливість підвищення точності вимірювання коефіцієнтів відбиття, КСХН і загасання і розширення динамічного діапазону вимірювань шляхом калібрування нелінійності змішувачів за допомогою поляризаційного аттенюатора.

Наведено отримані електричні характеристики вимірювачів.

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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»