实验七 混频器参数测量

一、实验目的

(1)了解混频器的微波阻抗测量、静态参数测量方法；
(2)学习混频器的噪声系数测量、中频阻抗测量、变频损耗测量。

二、测量方法

首先涉及的测量是变频损耗。理想的混频器应将输入频率的功率全部变换为所要求的输出功率的功率。但是，实际的混频器输出功率会分配给和频与差频，以及更高阶此的混频产物。变频损耗是将一个频率的能量变换为另一个频率的能量的有效度量。它是混频器的重要指标之一。

它与滤波器的插入损耗相象。变频损耗定义为在给定的本振功率下，输出功率与输入功率之比。它是相对于频率进行测量的。通常，变频器的变频损耗在它预定的工作频带内是非常平坦的，平均损耗将随着本振的电平引起二极管阻抗的变化而变化。

由于输入和输出功率在不同的频率上测量，所以变频损耗和增益的平坦度成为测量系统的特殊问题。包括未了消除系统测量误差而进行的校准方法。这样，我们应该关心的主要误差有测试系统的频响、失配和谐波。当网络分析仪的信号源和接收机工作在不同频率时，传统的传输或二端口校准技术是不能工作的。

若不采用任何校准，测试系统的频响就不能从混频器或变频器的频响中分离出来。消除这种误差的唯一方法是不接被测件，用直通连接实现频响归一化。但是，当测量频率变换器时，被归一化的测试系统的一部分是与实际测量时所用的频率范围不同的。用于归一化的频率范围有两种选择：即DUT的输入(RF信号源)频率范围或DUT的输出(接收机)频率范围。为了消除测试系统的损耗或随频率的下滑，必须进行归一化。为了得到更好的精度，可以对电缆分别进行测量，然后在测量数据中修正此电缆的响应。一般，为了是频响误差最小，应采用高质量、低损耗电缆和连接器。

在测量中，由测试仪器、电缆和DUT之间的失配引起的误差在频响校准中不能被消除。减小失配的最好办法是在尽可能接近DUT的地方使用高质量的衰减器。采用衰减器可减小失配纹波，虽然会牺牲一些测量的动态范围，但对整个精度会有所改善。

谐波和杂波信号也会导致误差，但频响校准不会消除这种误差。当用窄带检测时，这些误差较小，但它们仍然会干扰测量。当测混频器时，对输出信号滤波可以明显减小这些误差。

能用于频率变换器件的另一种校准是功率计校准。通过在所用的频率范围内测量，并控制信号的办法来校准并修正网络分析仪的信号源的平坦度，它也提供了更精确的绝对功率测量。用频率偏置方式进行功率计校准的步骤如下：

    1、用网络分析仪进行线性测量(不连接DUT)，置信号源功率电平为0dBm，并在中频(DUT的输出)频率范围实现功率计校准。这就将功率计的精度传递给了网络分析仪的射频信号源。

    2、用修正后的射频信号源，实现对接收机的频响小准。此校准后的接收机提供了精确的绝对功率测量。现在关闭第一次的功率计校准。

    3、启动频率偏置方式，并接入DUT，在射频(DUT的输入)频率范围内实现第二次功率计校准。这样做之后，就为测量提供了一个随频率变化而精确得到控制的射频功率电平。

变频损耗或增益平坦度最容易的测量方式是扫射频输入而保持本振为固定频率。这称为扫中频测量。采用宽带检测或频率偏置的窄带检测都能进行这种测量。

测量变频损耗或增益平坦度的另一个方法是将中频保持固定，这称为固定中频测量法。按照这种方法，本振必须同射频输入信号一起扫描，保持固定的频率偏移，偏移值等于中频。在许多情况下，这种测量方式更接近于DUT的实际工作方式。

    利用网络分析仪，我们可以测量混频器的输人口反射系数、变频损耗、射频-本振隔离、本振-射频隔离、射频-中频泄漏、本振-中频泄漏。

三、实验原理

混频器是一种非线性器件，因为它的输入和输出频率是不同。当足以引起非线性性能的大基波信号加到放大器的输入端时，在放大器的输出端会产生谐波。产生的谐波是输入频率的整数倍，频率变换器的输出端并不是输入信号的任意整数倍(这是谐波)，而不是产生一个相对于输入信号的任意偏移量。当输出频率低于输入频率时，变频过程称为下变频，相反，输出频率高于输入频率时，称为上变频。一个频率变换器件如果不考虑变换的问题，总是希望它具有线性的性能。象滤波器和放大器一样，它们也具有增益或损耗、特定的频率响应、反射特性以及线性器件所具有的其他性能参数。它们也呈现许多放大器的非线性性能，如增益压缩、交调失真和附加噪声。

混频器应用于各种场合，而各自有不同的要求。最常用的有单端口混频器、单平衡混频器、双平衡混频器三种类型，从简单到复杂，根据不同的应用所要求的指标，来确定采用那种混频器。

四、实验内容

    在本实验中我们将做混频器的变频损耗测试。

    实验所需器件：

¨Mini·Circuits  ZFM-150混频器     1个

¨SMA(m)—SMA(m)电缆                2根

¨N(m)—SMA(f)转接头                4个

 ¨MiniDClrcuits  LP·550滤波器      1个

 ¨HP8647A(信号源)                   1台

操作步骤 :

(1)对于HP871X系列网络分析仪：

l PRESET

   BEGIN  [Mixer]   [Conversion Loss]

   FREQ  [CW]  9  7  4  .  8  5  [MHz]

   CAL  POWER  0  [dBm]

(2)接直通器件

   [Normalize]

   SCALE  [Aotoscale] 

(3)对于HP8647A信号源：

   FREQUENCY  9  4  4  .  9  1 MHz dB(m)

   AMPLITUDE  7  MHz dB(m) 

接好设备

(4)P8647A信号源：

   RF ON/OFF 

(5)对于HP871X系列网络分析仪：

l     SCALE  5  [ENTER]

  这时改变HP871X的输出功率，使之在2至5dB之间变化，即改变RF输入功率。我们可以看到混频器的变频损耗基本不变。

   POWER

旋转转轮