УДК 621. 317
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КВЧ МОДУЛЕЙ
Муравьев О.А., Ревин В.Т.
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники,
г. Минск, Республика Беларусь
Активное
развитие
планарной
технологии создало предпосылки для
последующего увеличения количества
серийно выпускаемых гибридных и
монолитных
интегральных
схем
сверхвысоких и крайне высоких частот на
базе данной технологии. Круг задач,
решаемых при помощи данных схем,
расширяется ежегодно, совершенствуются
их характеристики.
Все это приводит к необходимости
создания
средств
контроля
и
метрологического
обеспечения
производства данных устройств. Особенно
актуальной становится задача измерения
параметров ИС СВЧ, представляющих
собой
в
простейшем
случае
четырехполюсные, а в более общем –
многополюсные структуры.
Обобщенная
структурная
схема
измерительного стенда приведена на
рисунке 1.
Измерительная часть стенда состоит
из генератора сигналов качающейся
частоты, измерительного СВЧ тракта,
условно разбитого на два функциональных
элемента, устройств позиционирования и
контактирования,
устройства
преобразования частоты, состоящего из
трех
субгармонических
смесителей,
синтезатора
частоты,
являющегося
источником гетеродинного сигнала, и
двухканального
преобразователя
амплитуды и фазового сдвига. Сигналы
измерительной информации о параметрах
объекта измерения, преобразованные в
постоянные
напряжения,
пропорциональные амплитуде и фазовому
сдвигу, с помощью преобразователя,
выполненного на двух логарифмических
усилителях,
подвергаются
последовательному преобразованию в
цифровой код с помощью мультиплексора
и аналого-цифрового преобразователя.
Ввод цифровой информации в ЭВМ
осуществляется с помощью интерфейса.
Основой измерительного стенда,
определяющей его принцип действия и
функциональные возможности, является
СВЧ измерительный тракт, структурная
схема которого приведена на рисунке 2.
СВЧ
измерительный
тракт
измерительного стенда включает в себя
направленные ответвители падающей,
прошедшей и отраженной волн с
подключенными к их вторичным каналам
гармоническими смесителями, источник
гетеродинного сигнала, подключенный к
гетеродинным входам гармонических
смесителей, и преобразователь амплитуды
и фазы, выполненный на основе
микросхемы AD8302 [1, 2].
Генератор
сигналов
Измерительный
тракт СВЧ
Uпад
Uотр
Преобразователь
частоты
Устройство
позиционирования
Устройство
зондирования
Гетеордин
Измерительный
тракт СВЧ
Uпрош
Преобразователь частоты
Преобразователь
амплитуды и фазы
К гетеродину
Мультиплексор
АЦП
ЭВМ
Интерфейс
Рисунок 1 – Обобщенная структурная
схема измерительного стенда
Устройство
контактирования
от
генератора
НО
Зондовая
головка
СН
Зондовая
головка
Объект
измерения
Делитель
мощности
Смеситель
Шина ЭВМ
НО
СН
СН
Смеситель
Синтезатор
частоты
Преобразователь
амплитуды и фазы
к АЦП
Мультиплексор
Рисунок 2 – Обобщенная структурная
схема СВЧ измерительного тракта
Каналы преобразования частоты СВЧ
измерительного сигнала представляют
собой источник гетеродинного сигнала,
представляющего собой синтезатор частот
сантиметрового диапазона длин волн,
резистивный делитель мощности и отрезки
коаксиальных линий передачи для подачи
гетеродинного сигнала на гармонические
смесители.
Основой
канала
преобразования
частоты
являются
гармонические
смесители,
которые
работают на 3-ей гармонике частоты
гетеродина.
Работа
измерительного
стенда
осуществляется
следующим
образом.
Выходной сигнал генератора сигналов
качающейся частоты последовательно
подается на входы первого, второго и
третьего направленных ответвителей и
полностью поглощается согласованной
нагрузкой. При этом между выходом
второго направленного ответвителя и
входом третьего включаются волноводные
зондовые головки волноводного или
коаксиального типов.
Извлечение сигналов СВЧ, несущих
информацию об измеряемых амплитудных
и фазовых параметрах, осуществляется с
помощью
второго
и
третьего
направленных ответвителей. В первом и
втором
гармонических
смесителях
осуществляется
интерференция
гетеродинного
сигнала
с
немодулированными
сигналами
измерительного тракта. В результате на
выходе первого гармонического смесителя
выделяются
сигналы
промежуточной
частоты U11c или U22c, а на выходе
второго – U12c или U21c несущие
информацию о реальной и мнимой
составляющих
соответствующего
Sпараметра. При этом выходные сигналы
после
преобразования
частоты
усиливаются усилителями промежуточной
частоты, конструктивно встроенными в
корпус смесителей.
Усиленные
выходные
сигналы
смесителей поступают для дальнейшей
обработки на два входа преобразователя
амплитуды и фазы на основе серийно
выпускаемой микросхемы AD8302.
Выходные
напряжения,
пропорциональные фазовому сдвигу и
коэффициенту усиления, одновременно
снимаются с заземленной нагрузки,
подсоединенной
к
соответствующим
выводам, и имеют диапазон от 0 В до
1,8 В.
Эти
сигналы
обрабатываются,
преобразуются в цифровую форму и
запоминаются в памяти ЭВМ.
Неидентичность и неравномерность
амплитудно-частотных и фазочастотных
характеристик параметров измерительных
и опорных каналов измерительного тракта
определяется
при
калибровке
измерительного
стенда,
а
затем
учитывается при обработке результатов
измерений.
Совокупность перечисленных выше
аппаратных средств позволила создать
высокоточную систему для контроля
параметров КВЧ модулей.
Список литературы
1. Сапельников
В.М.,
Кравченко С.А., Чмых М.К. Проблемы
воспроизведения смещаемых во времени
электрических
сигналов
и
их
метрологическое обеспечение. Уфа, 1999.
– 200 с.
2. Кехтарнаваз Н., Ким Н. Цифровая
обработка сигналов на системном уровне с
использованием LabVIEW. - М.: 2007.304 с.