Экспериментальная установка и методика исследования полосы преобразования смесителей на частоте 0,9 ТГц

2.2. Экспериментальная установка и методика исследования полосы преобразования смесителей на частоте 0,9 ТГц

Полоса преобразования смесителей определялась из частотной зависимости эффективности преобразования от промежуточной частоты. На рис. 7 представлена схема экспериментальной установки. Излучение источников - гетеродинного и сигнального (лампы обратной волны ОВ-39) - сводится в единый тракт делителем луча и через входное окно из фторопласта попадает на кремниевую линзу. С обратной стороны линзы закреплен смесительный элемент. В ВЧ-трактах обеих ламп обратной волны (ЛОВ) располагаются собирающие фторопластовые линзы для улучшения согласования смесителя и источников, а также поляризационные аттенюаторы, позволяющие регулировать мощность излучения каждого источника отдельно.

Смеситель устанавливается на линзу оптически плотно, так, чтобы планарная антенна, в которую интегрирован смеситель, находилась в главном фокусе линзы. Линза представляет собой удлиненную кремниевую полусферу с полированной поверхностью, причем толщина вытяжения подобрана так, чтобы с учетом толщины кремниевой подложки (0,35 мм) вытяжение удовлетворяло условию максимальной направленности системы из планарной антенны и линзы. Сигнал на промежуточной частоте поступает на стандартный СВЧ-разъем «Микротракт» через микрополосковую линию и коаксиально-полосковый переход. Далее сигнал усиливается несколькими цепочками усилителей, перекрывающими диапазон 0,1-8 ГГц. Чтобы шумы первого усилителя в цепочке после усиления не превышали динамический диапазон последнего усилителя, в цепочку между вторым и третьим усилителями вставляется перестраиваемый полосно-пропускающий фильтр в диапазоне 0,6-18 ГГц с полосой пропускания 40 МГц.

Схема установки для измерения полосы преобразования на частоте гетеродина 900 ГГц

Рис. 7. Схема установки для измерения полосы преобразования на частоте гетеродина 900 ГГц: 1 - гетеродин, 2 - сигнал, 3 - тефлоновые линзы, 4 -квазиоптические поляризационные аттенюаторы, 5 - делитель луча, 6 - нагрузка, 7 - тефлоновое окно, 8 - вакуумный гелиевый криостат, 9 - ИК-фильтр, 10 - кремниевая линза, 11 - смеситель, 12 - адаптер смещения, 13 - источник тока, 14 - усилительная цепочка ПЧ с перестраиваемым фильтром, 15 - измеритель мощности, 16 - анализатор спектра

Значение промежуточной частоты контролируется при помощи анализатора спектра. Сигнал на промежуточной частоте после усиления цепочкой усилителей комнатной температуры регистрируется измерителем мощности. Смещение смесителя по постоянному току осуществляется через включенный в тракт промежуточной частоты адаптер смещения.

Измерения полосы преобразования смесителей субмикронных размеров производятся в режиме, оптимальном по чувствительности. Такой режим достигается при возможно более низкой физической температуре смесителя, при измерениях в криостате температура на образце находится вблизи 4,5 К. Мощность гетеродина при этом подбирается из учета максимальной эффективности преобразования при напряжении смещения около 1-1,5 мВ, что примерно соответствует оптимальной по чувствительности точке. При этом изменение эффективности преобразования смесителя в случае флуктуации мощности гетеродина минимально. Чтобы сигнальное излучение не изменяло рабочую точку и смеситель не выходил за пределы динамического диапазона, мощность сигнального генератора выбирается минимальной. Перестройка промежуточной частоты осуществляется изменением частоты излучения гетеродина. После каждого изменения частоты мощность гетеродина вновь подстраивается при помощи поляризационного аттенюатора так, чтобы смеситель оставался в выбранной в начале эксперимента рабочей точке. Мощность гетеродинного источника контролируется по току смещения смесителя. Источник смещения позволяет в режиме стабилизации напряжения определять ток смесителя с точностью до десятой доли микроампера и перестраивать напряжение смещения с точностью до десятой доли милливольта.

Амплитудно-частотная характеристика тракта промежуточной частоты измерялась на панорамных измерителях коэффициентов стоячей волны и прохождения Р4-37, Р4-38 и Р4-36 в интересующем частотном диапазоне 0,5-8 ГГц. В целях ускорения эксперимента, что позволяет уменьшить влияние медленных изменений температуры, коэффициента усиления усилителей промежуточной частоты, дрейфа электронного источника смещения, все данные автоматически заносились в компьютер и отображались в удобном для восприятия виде специальной программой, написанной в среде графического программирования на языке G, разработанной National Instruments специально для автоматизированных систем на основе приборов с интерфейсом GPIB. Частота гетеродинного источника определялась по анодному напряжению высоковольтного источника питания ЛОВ с помощью мультиметра НР34401А линейной интерполяцией напряжений, соответствующих минимальной и максимальной промежуточным частотам. Значения анодного напряжения, соответствующие минимальной и максимальной промежуточным частотам, определялись при помощи вольтметра и анализатора спектра.

Значение мощности сигнала на промежуточной частоте определялось при помощи цифрового измерителя мощности М3-22 А с термисторной головкой диапазона 0,1-12,05 ГГц. Поскольку этот прибор не снабжен интерфейсом GP1B, в программу значение мощности на промежуточной частоте вводилось при помощи нановольтметра Keithley 181, присоединенного к выходу на самописец измерителя мощности МЗ-22А. Ввиду значительной мощности шумов усилителей в программе сначала записывалось значение мощности на термисторной головке при включенном сигнальном генераторе, после чего из этого значения вычиталось значение при выключенном сигнальном генераторе. Также программа автоматически учитывала пропускание тракта ПЧ, которое определялось из амплитудно-частотной характеристики, предварительно измеренной на панорамных измерителях КСВН и ослабления Р4-36, Р4-37 и Р4-38 и занесенной в компьютер. Это позволяло сразу видеть зависимость эффективности преобразования смесителя от промежуточной частоты.

По окончании измерений программа позволяла на том же графике строить подгоночные кривые.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >