微波混頻器應(yīng)用于雷達(dá)、通信、電子偵察等電子裝備和微波毫米波測(cè)試儀器，實(shí)現(xiàn)頻率變換功能，是微波毫米波系統(tǒng)的重要部件，其特性的好壞直接影響設(shè)備或儀器的性能。在微波混頻器設(shè)計(jì)、制作和批量生產(chǎn)的各個(gè)階段，都需要對(duì)其變頻損耗等性能指標(biāo)做準(zhǔn)確快速測(cè)試。由于混頻器的微波輸入、本振和中頻端口工作在不同的頻率上，無(wú)法像其他微波部件一樣使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量，傳統(tǒng)的測(cè)試方法是利用２個(gè)信號(hào)源和１個(gè)頻譜儀對(duì)混頻器變頻損耗進(jìn)行測(cè)量、測(cè)量速度慢、測(cè)試精度低。

本文介紹的基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀頻偏測(cè)試功能對(duì)混頻器進(jìn)行測(cè)試的方法，不僅能對(duì)混頻器的變頻損耗進(jìn)行測(cè)量，還能對(duì)其相頻特性進(jìn)行表征。

１　測(cè)試原理

由于混頻器的微波輸入、本振和中頻頻率不同，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的激勵(lì)信號(hào)源和接收機(jī)必須能夠工作在不同的頻率，需要矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀帶有頻偏測(cè)試功能，。對(duì)混頻器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀激勵(lì)信號(hào)源Ａ為混頻器提供輸入信號(hào)，接收機(jī)工作在頻偏模式，工作頻率為混頻器輸出中頻頻率，如果矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)置２個(gè)激勵(lì)信號(hào)源，內(nèi)置信號(hào)源Ｂ可以作為本振信號(hào)源，但傳統(tǒng)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀只有１個(gè)內(nèi)置激勵(lì)信號(hào)源，需要利用外置信號(hào)源提供本振信號(hào)。對(duì)于內(nèi)置兩個(gè)激勵(lì)信號(hào)源的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，無(wú)需外配信號(hào)源，也無(wú)需外配主控計(jì)算機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)混頻器的掃頻測(cè)量。

２　測(cè)試方案與系統(tǒng)組成

２．１　混頻器變頻損耗的測(cè)試

變頻損耗是混頻器重要的技術(shù)指標(biāo)，其好壞直接關(guān)系到混頻器性能的優(yōu)良，其對(duì)數(shù)功率公式如下：

一般情況下變頻損耗是相對(duì)中頻（在固定的本振頻率下）或者是射頻頻率（在固定的中頻頻率下）而測(cè)量的。２種測(cè)試方式下所需的配置也不同。

２．１．１　固定本振混頻器測(cè)試

射頻信號(hào)ＲＦ作為混頻器的輸入信號(hào)，可用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的源Ａ發(fā)出，中頻信號(hào)作為混頻器的輸出信號(hào)，可以由Ｂ接收機(jī)接收。由于混頻器的輸入輸出頻率不同，因此要把源Ａ 和Ｂ接收機(jī)協(xié)調(diào)到不同的工作頻率，即射頻和中頻的差值，即為頻偏量為固定的本振ＬＯ頻率的大小。

將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)量設(shè)置為Ｂ接收機(jī)模式測(cè)量就可以看到Ｂ接收機(jī)接收到的中頻信號(hào)功率隨頻率的變化，減去混頻器輸入信號(hào)的功率后取絕對(duì)值即為變頻損耗的大小。若輸入的信號(hào)為０ｄＢｍ，接收機(jī)上接收的曲線即為變頻損耗隨頻率變化的大小。為了提高測(cè)試的精度，可以在測(cè)試前先對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的源和接收機(jī)在各自的工作頻段上做功率計(jì)校準(zhǔn)［１０］。這樣可以使矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的源提供精確的功率電平，接收機(jī)能接收到精確的功率電平。

２．１．２　固定中頻混頻器測(cè)試

所謂固定中頻的測(cè)量，就是混頻器的射頻ＲＦ和本振ＬＯ的頻率同時(shí)掃描，其差值固定為中頻的大小，對(duì)混頻器的變頻損耗進(jìn)行測(cè)量。由于需要外加的本振ＬＯ源隨著射頻ＲＦ同時(shí)步進(jìn)掃描，因此在測(cè)試系統(tǒng)中需要用計(jì)算機(jī)來(lái)控制兩個(gè)源的掃描，使其差值始終固定為中頻頻率。

計(jì)算機(jī)通過(guò)ＧＩＰＢ總線控制提供本振信號(hào)ＬＯ的信號(hào)源和提供射頻信號(hào)ＲＦ的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀源Ａ同時(shí)步進(jìn)掃描，由于本振信號(hào)ＬＯ在變化，因此中頻和射頻的差值也跟著變化，所以計(jì)算機(jī)還要同時(shí)控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率偏移量隨著ＬＯ 同時(shí)改變，大小就為－ＬＯ。

Ｂ接收機(jī)在射頻信號(hào)和本振信號(hào)步進(jìn)的每一個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行中頻信號(hào)的接收，接收到的中頻信號(hào)功率減去射頻信號(hào)的功率的絕對(duì)值即為混頻器的變頻損耗。計(jì)算機(jī)將每一個(gè)點(diǎn)的變頻損耗計(jì)算出來(lái)后記錄下來(lái)，就可以得到變頻損耗隨射頻頻率大小變化的曲線圖。為了提高測(cè)試的精度，同樣可以用功率計(jì)對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀源和接收機(jī)進(jìn)行功率校準(zhǔn)。

２．２　混頻器相頻特性的測(cè)試

一般混頻器相頻特性參數(shù)包括相位和群延遲。相位是一個(gè)相對(duì)測(cè)量值，要進(jìn)行相位測(cè)量，必須有１個(gè)參考相位。由于在進(jìn)行混頻器測(cè)試時(shí)，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀工作在頻偏模式，源和接收機(jī)工作在不同的頻率上，不能形成相位對(duì)比。因此為了形成參考相位，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的Ｒ１參考接收機(jī)的外接跳線上接入１個(gè)參考混頻器，對(duì)參考混頻器施加和被測(cè)混頻器相同的本振，使源Ａ的信號(hào)通過(guò)參考混頻器的變頻，在Ｒ１接收機(jī)上接收到和Ｂ接收機(jī)相同頻率的信號(hào)，然后再將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試設(shè)置為比值測(cè)量（Ｂ／Ｒ１）。

在測(cè)試中，為了消除整個(gè)系統(tǒng)的誤差，也引入了１個(gè)已表征好的標(biāo)準(zhǔn)混頻器。先接入標(biāo)準(zhǔn)混頻器，測(cè)得的相對(duì)相位是標(biāo)準(zhǔn)混頻器相對(duì)于參考混頻器的，接收機(jī)比值為Ｂ１／Ｒ１（假設(shè)這時(shí)Ｂ接收機(jī)接收到的信號(hào)為Ｂ１），歸一化系統(tǒng)（消除了整個(gè)系統(tǒng)誤差），然后移去標(biāo)準(zhǔn)混頻器，接入被測(cè)混頻器，這時(shí)候測(cè)試的接收機(jī)比值為Ｂ２／Ｒ１（假設(shè)這時(shí)Ｂ接收機(jī)接收到得信號(hào)為Ｂ２），由于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)混頻器測(cè)試進(jìn)行了歸一化，因此矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀顯示的結(jié)果是Ｂ２／Ｒ１除以Ｂ１／Ｒ１，即為了Ｂ２／Ｂ１，即被測(cè)混頻器相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)混頻器的相位特性。此時(shí)再將測(cè)試模式改為群延遲便得到了相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)混頻器群延遲算出的群延遲。

３　測(cè)試與試驗(yàn)結(jié)果

３．１　混頻器變頻損耗測(cè)試結(jié)果

針對(duì)上面提出的測(cè)試方案，我們選擇了合適的儀器搭建了測(cè)試系統(tǒng)來(lái)對(duì)混頻器的變頻損耗進(jìn)行了測(cè)試。對(duì)于作為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，選擇了中電４１所的帶有頻率偏移功能的ＡＶ３６５４Ｂ，其工作頻率范圍為０～４０ＧＨｚ。信號(hào)源選擇的是中電４１所的ＡＶ１４８７信號(hào)源，其工作頻率范圍也為０～４０ＧＨｚ。

３．１．１　固定本振頻率的測(cè)試結(jié)果

如圖２所示搭好測(cè)試系統(tǒng)，在本振信號(hào)為１０ＧＨｚ，功率為１５ｄＢｍ，射頻信號(hào)為１０．１～１２ＧＨｚ，中頻信號(hào)為０．１～２ＧＨｚ的掃頻信號(hào)下對(duì)一個(gè)寬帶混頻器進(jìn)行了測(cè)試。為了驗(yàn)證測(cè)試的精確度，在相同的測(cè)試條件下和傳統(tǒng)的利用頻譜儀和功率計(jì)測(cè)量的測(cè)試方法做了對(duì)比。在用功率計(jì)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量時(shí)，需在混頻器的中頻輸出端加入１個(gè)截止頻率為２．５ＧＨｚ的低通濾波器來(lái)濾除泄露信號(hào)和其它雜散信號(hào)，在消除了濾波器的損耗后可得到混頻器的變頻損耗。３種測(cè)試結(jié)果的對(duì)比如圖５所示。

以功率計(jì)的測(cè)量結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，可以很明顯的看出，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試方法精度要大大高于傳統(tǒng)的利用頻譜儀的測(cè)試方法，而且其測(cè)試速度也快于后者。

３．１．２　固定中頻頻率的測(cè)試結(jié)果

如圖３所示，將ＡＶ３６５４Ｂ矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，ＡＶ１４８７信號(hào)源和計(jì)算機(jī)用ＧＰＩＢ電纜兩兩連接起來(lái)，入被測(cè)混頻器。在編寫好的計(jì)算機(jī)控制程序里輸入固定的中頻頻率１ＧＨｚ，本振ＬＯ頻率范圍為３～１５ＧＨｚ，功率為１５ｄＢｍ，射頻信號(hào)功率為－５ｄＢｍ，同樣，在混頻器的中頻輸出端加入１個(gè)截止頻率為１．５ＧＨｚ的低通濾波器用來(lái)濾除雜散信號(hào)，然后計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制整個(gè)系統(tǒng)對(duì)混頻器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)，

３．２　混頻器相對(duì)相位和群延遲測(cè)試結(jié)果

同變頻損耗的測(cè)試一樣，我們選用了ＡＶ３６５４Ｂ矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和ＡＶ１４８７信號(hào)源，選用的參考混頻器和標(biāo)準(zhǔn)混頻器的工作頻率范圍應(yīng)大于被測(cè)混頻器。

如圖４所示連接好系統(tǒng)，接入標(biāo)準(zhǔn)混頻器，將測(cè)量模式設(shè)為相位測(cè)量，選擇Ｂ／Ｒ１比值測(cè)量，歸一化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，再接入被測(cè)混頻器，就能測(cè)得相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)混頻器的相對(duì)相位，測(cè)量完畢后將測(cè)量模式改為群延遲，測(cè)量結(jié)果就為相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)混頻器算出的群延遲，

３．３　減小失配紋波試驗(yàn)研究

混頻測(cè)量的主要難題之一是由于混頻器的非線性特性，在測(cè)試中存在多個(gè)信號(hào)和會(huì)產(chǎn)生很多雜散信號(hào)。無(wú)用的信號(hào)的后果通常是形成測(cè)量紋波，減小這些不希望的信號(hào)是混頻器測(cè)量的關(guān)鍵。衰減器是用來(lái)降低無(wú)用信號(hào)影響的常用元件。

在基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的混頻器測(cè)試中，為了找出失配紋波產(chǎn)生的根源以消除失配紋波，在實(shí)驗(yàn)時(shí)將在射頻輸入端加入１個(gè)１０ｄＢｍ 衰減器、在中頻輸出端接入１個(gè)１０ｄＢｍ的衰減器和不加衰減器的３種情況做了對(duì)比，分析出主要影響測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生失配紋波根源。測(cè)試混頻器的設(shè)置如下：

射頻：１１～１１．５ＧＨｚ

本振：１０ＧＨｚ、１５ｄＢｍ

中頻：１．１～１．５ＧＨｚ

在混頻器的輸入端口接入衰減器后，變頻損耗平坦度增加，失配紋波明顯減小，而在輸出端口接入衰減器不會(huì)有任何影響。這說(shuō)明產(chǎn)生失配

紋波的根源之一在輸入端，因此在測(cè)試中為了降低失配紋波，提高測(cè)量的精確度，建議在混頻器的輸入端接入１個(gè)合適的衰減器。

４　結(jié)　　論

針對(duì)高性能矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有的頻率偏移功能，本文設(shè)計(jì)出了對(duì)混頻器的變頻損耗（固定本振頻率和固定中頻頻率）和相頻特性（相對(duì)相位和群延遲）進(jìn)行快速掃描測(cè)量的方法，并通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性和高精度性，對(duì)測(cè)試中失配紋波的消除提出了具體的解決方法。