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基于IVI技术的混频器自动测试系统设计

摘要:设计了一个基于IVI技术的混频器自动测试系统。该系统

采用两台GPIB接口的信号源作为混频器的本振、射频信号输入,用一

台GPIB接口的频谱仪测量混频器的中频输出功率电平,然后按照混

频器性能指标计算、分析、判定,得到测试结果。按照IVI设计规范,

设计了系统仪器的IVI类驱动和IVI专用驱动,能够在不修改上层应用

程序的情况下实现同类仪器的互换。系统还设计了系统仪器、连接线

损的误差补偿,提高了测试结果的准确度。

关键词:混频器自动测试系统GPIBIVI

在电路中,混频就是变频,即频率的变换[1]。混频器作为一种多频

工作器件,主要用作频率变换,被广泛应用于射频和微波电路系统中。

由于混频器是多端口器件,并且输入和输出处于不同的频率,因此混频

器的测量一直以来都是测量领域中的一个难点[2]。

混频器件是一类三端口器件,按内部结构可分为单端混频器、单

平衡混频器、双平衡混频器、三平衡混频器和镜像抑制混频器等。混

频器在本振功率的驱动下将射频信号变为中频信号(下变频),或者将

中频信号变为射频信号(上变频)。无论那种工作模式,混频器在工作的

时候都需要有两路信号同时输入,在第三个端口输出信号。因此,对混

频器的测试,如果采用传统的方法,在混频器的工作频段内按设置的频

率点依次输入本振、射频信号,并测试输出信号,操作人员至少需要同

时操作两台仪器,工作量大,费时费力,且容易引入认为误差。因此,人们

除了对混频器测试方法进行研究[3～4]之外,还设计了自动测试平台

来实现混频器的自动测试[2～5]。

在已有的这些测试系统中,一般都是采用几台具体型号的程控仪

器,然后根据这些仪器的程控指令,按照混频器的测试流程控制仪器完

成测试[2～5]。如果测试仪器发生了改变,则系统程序也需要修改,不

能实现系统仪器的可互换,给实际应用带来不便。本文采用可互换虚

拟仪器技术(InterchangeableVirtualInstrument,IVI),当测试仪器发生改

变时,只需要更换采用相应仪器的IVI驱动就可以了。

1混频器性能指标

混频器的基本性能指标包括变频损耗、隔离度、交调抑制比等

[1,2,4]。下面是对这几个性能指标和测试方法做简要说明。

1.1变频损耗

变频损耗是将输入射频信号转换成输出中频信号的混频器效率

的量度,定义为:混频器的输入射频功率与混频器的输出中频功率之比,

计为,即:

隔离度是混频器各端口相互影响程度的度量。混频器有三个外接

端口,在一般情况下,各对应端口之间的隔离度是分别进行测量的。但

由于信号电平总是远小于本振电平,所以只需要考虑本振端口与中频

输出端口(LO-IF)及本振端口与信号输入端口(LO-RF)之间的隔离度。

测试的时候,要求在不用的端口接50Ω匹配负载。若测量结果的隔离

度高,即表示混频器各个端口间的“泄露”或者“穿通”量很小。

1.3交调抑制比

微波混频器的交调抑制比是指微波混频二极管的非线性作用,产

生互调干扰,即:

其中m、n为任意整数,代表两个信号的谐波次数,m+n为互调阶

数。当m=1,n=1时为二阶互调干扰;当m=2,n=1或者m=1,n=2时为三

阶互调干扰。在使用中要求对互调干扰信号进行抑制。三阶互调干扰

是互调干扰中幅值最强的[1],所以在混频器交调抑制测试的时候,常

常只测试三阶交调抑制比[4～5]。

1.4测试方法

从以上几个混频器测试指标可以看出,在进行混频器测试的时候,

需要给混频器两个端口输入信号,而在输出端口测试输出信号。混频

器的测试有功率计法、网络分析仪法、和频谱分析仪法等多种方法[2],

考虑到仪器的通用性,本文亦采用频谱分析仪法,其基本测试模型如图

1所示。

测试时使用两台信号源将一定频率的射频信号(RF)和本振信号

(LO)作为混频器的输入,在中频输出端(IF)使用频谱分析仪测量相应

频率的输出信号电平,然后按计算相应的测试指标。

因为混频器的类型和用途不同,有时也会测试一些专用性能指标,

如幅频特性、延迟特性等。有关混频器更多的性能指标和测试方法请

参阅文献[1,3]。

2系统组成

2.1硬件平台

系统采用两