R&S®ZVA-K9: измерение ГВЗ без доступа к гетеродину

Задача

Смеситель — это один из основных компонентов многих приемников и передатчиков, особенно в микроволновом диапазоне. Любая основанная на смесителе система приема или передачи требует, чтобы смесители обладали хорошо контролируемыми амплитудной и фазовой характеристиками и групповым временем задержки (ГВЗ). В частности, линейные фазовая характеристика и характеристика группового времени задержки очень важны для получения низкого коэффициента битовых ошибок (BER) во время передачи в беспроводных и спутниковых системах связи и для высокой разрешающей способности модулей антенн с фазированной решеткой систем наблюдения.

Очень важно надежно измерять относительное или абсолютное групповое время задержки для преобразователей частоты. Если гетеродин доступен, групповое время задержки и относительную фазу можно измерять с использованием эталонного смесителя. Однако вследствие постоянного повышения уровня интеграции и миниатюризации часто недоступны ни гетеродин (LO), ни общий сигнал опорной частоты.

Контрольно-измерительное решение

Для таких случаев компания Rohde & Schwarz разработала новый метод. С помощью двухтонального сигнала входного воздействия векторный анализатор цепей R&S®ZVAможет измерять разность фаз между двумя сигналами как на входе, так и на выходе испытуемого устройства. По сравнению с классическим методом определения S-параметров групповое время задержки рассчитывается на основании сдвига фаз и смещения частоты. Смещение частоты Δf между двумя сигналами представляет собой апертуру. Для измерения разности фаз между двумя сигналами с различными частотами компания Rohde & Schwarz разработала специальный входной каскад в составе прибора R&S®ZVA.

Сигнал из каждого приемника (ax или bx) поступает в АЦП, далее преобразуется с понижением частоты до 0 Гц в каскаде цифрового смесителя с использованием цифрового гетеродина (NCO 1/2) и пропускается через цифровой фильтр. Для каждого приемника предусмотрены два независимых тракта цифровой обработки с двумя NCO с таким же смещением, как у двух ВЧ-сигналов двухтонального сигнала возбуждения. Во всех входных каскадах приемника можно определить фазовые отношения двух несущих, а затем использовать их для расчета группового времени задержки. Этот метод идеален для ИУ с преобразованием частоты с неизвестными или нестабильными параметрами гетеродинов, поскольку фазовые и частотные отклонения внутреннего гетеродина ИУ нивелируются при вычислении разности фаз несущих.

В дополнение к групповому времени задержки прибор R&S®ZVAтакже выполняет расчет относительной фазы и отклонения от линейной фазы путем интегрирования группового времени задержки и вычисляет производную от группового времени задержки путем его дифференцирования.

Настройка и калибровка

Опцию измерения группового времени задержки R&S®ZVA-K9для смесителей со встроенным гетеродином можно легко настраивать с помощью 4-портового анализатора R&S®ZVA. Внутренний ответвитель порта 3 используется как сумматор, чтобы подавать двухтональный сигнал непосредственно на выход порта 1. Вся измерительная установка удобно калибруется путем подключения известной перемычки между портами 1 и 2 и нормализации кабелей по аналогии со стандартными коэффициентами рассеяния. В результате устраняется потребность в обычных калибровочных смесителях.

Заключение

В ряде случаев проведение измерений группового времени задержки и относительной фазы на устройствах преобразования частоты без доступа к гетеродину было возможным, только если ИУ было оснащено высокостабильным внутренним гетеродином. Фазовые и частотные отклонения, вызванные дрейфом, фазовым шумом или частотной модуляцией, значительно ограничивали точность доступных методов. Метод компании Rohde & Schwarz с использованием двухтональных сигналов позволил преодолеть все эти ограничения. Упрощенная калибровка, требующая только сквозного соединения (перемычки), значительно упрощает установку для данных измерений.