3.2.3. Описание объектов исследований и измерительной установки

В качестве объектов исследований используются два балансных смесителя – в волноводном и в микрополосковом исполнении. Волноводный смеситель реализован на основе двойного тройника, причем мощность гетеродина подается на его Е-плечо, а входная мощность – на Н-плечо. Как известно, в два оставшихся плеча, к которым подсоединены смесительные секции, содержащие диоды, электромагнитные волны, порождаемые источником сигнала и гетеродином, придут в различных фазовых соотношениях. Так, фазы сигнала на обоих смесительных диодах будут одинаковы, а волны, создаваемые гетеродином, придут к диодам в противофазе. Данные фазовые соотношения соответствуют аналогичным соотношениям в смесителе, схема и принцип действия которого были рассмотрены в 3.2.2.

Токи смесительных диодов суммируются с помощью коаксиального тройника, подключенного к выходным разъемам смесительных секций коаксиальными кабелями. Для правильной работы смесителя кабели должны обладать одинаковой электрической длиной, для выравнивания которой в один и з них включен коаксиальный фазовращатель.

Схема установки приведена на рис. 3.9. Здесь изображены гетеродин 1 и источник сигнала 2, подключенные к соответствующим плечам двойного тройника 3 (Е и Н соответственно). Выходные плечи (смесительные секции)

подключены с помощью кабеля к сумматору 5 – тройнику. В один из кабелей включен фазовращатель 4. К выходу тройника – выходу смесителя – подключается анализатор спектра 6, позволяющий измерять частоты и относительные амплитуды спектральных составляющих на выходе смесителя.

Данный макет позволяет сравнивать работу балансных и однотактных смесителей. Для преобразования смесителя в однотактный от детекторных секций отключаются тройник 5 и фазовращатель 4, одна из секций нагружается согласованной коаксиальной нагрузкой, а к другой – подключается анализатор спектра 6.

Микрополосковый смеситель выполнен на двухшлейфном направленном ответвителе. Отличие его от волноводного заключается в том, что токи смесительных диодов суммируются непосредственно на микрополосковой плате и смеситель имеет один выход, к которому непосредственно подключается анализатор спектра (без тройника и фазовращателя). Данный объект исследования нельзя использовать в режиме однотактного смесителя.

Следует отметить, что описанная установка предназначена для приближенных измерений параметров смесителей. Это связано с тем, что, во-первых, анализатор спектра позволяет измерить лишь относительные амплитуды составляющих спектра, во-вторых, измерение амплитуд составляющих весьма приблизительно из-за неравномерности амплитудно-частотной характеристики анализатора. Более точные измерения можно произвести при наличии прецизионных широкополосных измерителей мощностей и фильтров для выделения требуемых составляющих спектра.

3.2.4 Задания по лабораторной работе

Предварительное задание

Получить у преподавателя значения частот гетеродина и сигнала . Определить комбинационные частоты, лежащие в полосе до 2 ГГц (значение может быть изменено преподавателем).

Ознакомиться с макетом. Пользуясь имеющейся на стенде инструкцией, определить положение основных органов управления анализатора спектра и порядок его включения. Включив анализатор на прогрев, изучить методику частотных и амплитудных измерений. Подключая анализатор спектра поочередно к генератору сигнала и гетеродину, проанализировать соответствие их частот заданным.

Основное задание

1. Определить потери преобразования балансных волноводного и микрополоскового смесителей, а также волноводного однотактного смесителя. В качестве промежуточной частоты использовать первую разностную частоту . Фазовращатель отрегулировать по максимуму сигнала промежуточной частоты. Измерив относительные амплитуды входного сигнала с частотой и сигнала промежуточной частоты с частотой , определить потери преобразования смесителей. Измерить относительные амплитуды всех комбинационных частот в полосе 2 ГГц.

2. Определить изоляцию смесителя для тех же частот и всех вариантов смесителя. Для этого необходимо измерить относительные амплитуды частотных составляющих сигнала на частоте во входном тракте и в тракте промежуточной частоты, а также аналогичным способом – амплитуды сигнала гетеродина.

3. Определить компрессию смесителей, для чего снять амплитудные характеристики. Линейной аппроксимацией начального участка характеристики построить идеальную амплитудную характеристику смесителя. Измерение провести для двух значений мощности гетеродина – номинальной и меньшей на 10 дБ. Уменьшение мощности достигается включением аттенюатора в тракт гетеродина.

_{Дополнительное задание}

Определить относительные уровни шумов гетеродина в выходном сигнале смесителя. Для этого уменьшить выходную мощность генератора сигнала до минимально возможного значения. Выходной сигнал смесителя подать на усилитель, имеющийся на стенде. Выход усилителя подключить к анализатору спектра. Настроить анализатор на промежуточную частоту и измерить относительную амплитуду шумов гетеродина и сигнала. Если отметка сигнала промежуточной частоты не видна на экране, то увеличивать мощность входного сигнала до тех пор, пока она не станет превышать уровень шумов гетеродина примерно на 10 дБ. При переходе к другим конструкциям смесителей уровень входного сигнала не изменять. Измерение начинать с балансного волноводного смесителя в однотактном включении.