Использование внешнего смесителя с анализатором сигналов

Бен Зарлинго (Ben Zarlingo)

Где должен стоять первый смеситель при выполнении высокочастотных измерений?

Когда я работал с более низкими частотами, я знал о возможности использования внешнего смесителя, но всегда считал это несколько экзотичным и неоправданно сложным методом. На самом же деле это простой подход, дающий существенные преимущества, и современное оборудование улучшило и упростило его применение.

Также я понял, что уже давно использую внешний смеситель, но дома – в приёмной головке моей спутниковой тарелки. Спутниковые приёмники используют внешние смесители по тем же причинам, что и инженеры в лаборатории.

Для спутниковых приёмников и анализаторов сигнала очень важно, где расположен первый смеситель. При анализе сигналов СВЧ и КВЧ диапазона первым обрабатывающим сигнал элементом (кроме предусилителя или аттенюатора) обычно является смеситель, который понижает частоту сигнала до значительно меньшего значения.

Никаких особых требований к тому, чтобы смеситель располагался внутри самого анализатора, не существует. В некоторых случаях вынесение смесителя за пределы анализатора и расположение его в непосредственной близости от точки снятия исследуемого сигнала (как показано на приведённом ниже рисунке) даёт определённые преимущества.

Схема подключения внешнего смесителя к анализатору сигналов серии PXA.

На внешний смеситель подаётся сигнал гетеродина от анализатора, и гармоники этого сигнала используются смесителем для понижения частоты, поступающей на его входной волновод. Результирующий сигнал передаётся в анализатор, как сигнал промежуточной частоты, который обрабатывается обычным ПЧ каскадом анализатора.

Внешний смеситель обладает целым рядом преимуществ:

• Гибкая и с малыми потерями подача сигнала от источника на анализатор. Основной преобразующий частоту элемент можно расположить в непосредственной близости от источника сигнала, имеющего, как правило, волноводный разъём. Анализатор можно установить в любом удобном месте, не беспокоясь о потерях сигнала, возникающих при передаче высоких частот на большие расстояния.
• Частотный диапазон. Внешние смесители пассивного и активного типа выпускаются для частот от 10 ГГц до терагерцового диапазона.
• Цена. Анализ сигнала может выполняться лишь в ограниченной области СВЧ или КВЧ диапазона, и диапазонные внешние смесители могут расширить диапазон анализатора ВЧ сигналов на эти частоты.
• Характеристики. Повышение чувствительности измерения и снижение фазового шума за счёт меньших потерь на соединение и за счёт применения высокочастотных и высокостабильных выходов гетеродина анализатора сигналов.

Некоторые недавние усовершенствования упростили работу с внешними смесителями и улучшили их характеристики. В таких интеллектуальных смесителях имеется интерфейс USB для соединения с анализатором сигналов, что обеспечивает автоматическую настройку и калибровку мощности. Кроме USB нужно подключить только комбинированный разъём выхода гетеродина/входа ПЧ, как показано ниже.

Схема подключения внешнего интеллектуального смесителя.

Волноводные гармонические смесители Keysight M1970 имеют функции автоматической настройки и калибровки, а для их подключения к анализаторам сигналов Keysight Technologies используются только разъёмы USB и SMA.

Новые смесители просты в обращении и поддерживают автоматическую загрузку коэффициентов потерь преобразования для коррекции амплитуды. Тем не менее они уступают по удобству и частотному диапазону одноприборным решениям со встроенным смесителем, непосредственно охватывающим СВЧ и КВЧ диапазоны. И поскольку внешние смесители не имеют фильтра предварительной селекции, приходится использовать различные функции идентификации сигнала для выделения и подавления сигналов, генерируемых модой (гармоникой гетеродина или модой смесителя), отличной от той, на которую откалиброван дисплей (подробней я расскажу об этом в следующей статье).
В настоящее время опция внешнего смесителя поддерживается в анализаторах сигналов Keysight UXA, PXA, MXA и EXA.