Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích cực siêu cao tần sử dụng phần mềm thiết kế mạch siêu cao tần và công nghệ gia công mạch dải quy trình đo đạc hiệu chỉnh, kiểm nghiệm chất lượng các sản phẩm

* Thực hiện phép đo: - Quan sát trên màn hình của máy HP 8720D ở kênh 1: + Đặc tuyến tổn hao phản hồi của bộ khuếch đại tạp thấp theo hàm của tần số trong cả dải quét nếu định dạng của

Bộ KH & CN Bộ quốc phòng

Trung tâm KhKt - CnQs

Viện Rađa

Đề tài độc lập cấp Nhà nước:

Nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch tích hợp thụ động và tích

cực siêu cao tần sử dụng phần mềm thiết kế mạch siêu cao tần

và công nghệ gia công mạch dải

Quy trình đo đạc hiệu chỉnh,

kiểm nghiệm chất lượng Các sản phẩm

M∙ số: ĐTĐL- 2005/28G Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Thị Ngọc Minh

6715-9

11/01/2007

Hà Nội - 2007

Bản quyền 2007 thuộc Viện Rađa

Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trưởng Viện Rađa trừ trường hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu

Mục lục

Trang

I Quy trình đo, hiệu chỉnh bộ khuếch đại tạp thấp 3

II Quy trình đo, hiệu chỉnh bộ hạn chế chuyển mạch điốt pin 9

III Quy trình đo, hiệu chỉnh bộ cộng/chia công suất dải sóng cm 14

IV Quy trình đo, hiệu chỉnh bộ trộn tần cân bằng dải sóng cm 18

V Quy trình đo, hiệu chỉnh bộ dao động siêu cao tần dải sóng cm 27

VII Quy trình đo, hiệu chỉnh khối thu cao tần đài rađa Π -37 35

I quy trình đo, hiệu chỉnh

bộ khuếch đại tạp thấp (Theo tiêu chuẩn 41TQSB 131 : 2006)

1 Tham số kỹ thuật chung cần đo đánh giá bộ khuếch đại tạp thấp:

- Dải tần làm việc, [MHz] hoặc [GHz];

- Hệ số tạp, [dB];

- Hệ số khuếch đại, [dB];

- Độ không đồng đều hệ số khuếch đại trong toàn dải tần, [dB];

- Điểm nén hệ số khuếch đại 1 dB (min), [dBm];

- Điện áp nguồn nuôi, [V];

- Hệ số sóng đứng vào/ra (max);

- Trở kháng vào - ra, Ω

2 Các phương tiện kiểm tra chuyên dùng

Các phương tiện kiểm tra chuyên dùng được qui định trong Bảng 1

Bảng 1: Các phương tiện đo, kiểm tra chuyên dùng

Đặc tính kỹ thuật Tên phương

- Độ chính xác của hệ số

- Dải đo hệ số khuếch đại:

từ âm 20 đến +40 dB

- Có thể lựa chọn 6 giá trị dải thông: 100 KHz, 200 KHz, 400 KHz, 1 MHz, 2 MHz và 4 MHz

Chú thích: Các phương tiện đo kiểm tra trên phải được kiểm định, còn thời hạn sử dụng và có thể

thay thế bằng các phương tiện khác tương đương có cùng cấp chính xác hoặc có cấp chính xác cao hơn

3 Phương pháp kiểm tra

kháng vào – ra) của bộ khuếch đại

Hình 1: Sơ đồ hệ thống kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật của bộ khuếch đại tạp thấp

a Phương tiện kiểm tra: Máy phân tích mạch véctơ HP 8720D và bộ dụng cụ hiệu chuẩn HP 85054B

b Sơ đồ nối thiết bị để kiểm tra bộ khuếch đại: (hình 1)

c Thiết lập và hiệu chuẩn phép đo:

* Thiết lập chế độ làm việc của máy HP 8720D:

- Đặt dải tần làm việc: Từ 1 GHz đến 4 GHz (hoặc từ 160 MHz đến 250 MHz nếu đo cho 55Ж6);

- Thiết lập công suất ra: âm 40 dBm;

- Thiết lập bài đo:

Đưa máy đo về chế độ hiển thị 2 kênh: kênh 1 đo S11 (đo hệ số sóng đứng, tổn hao phản hồi và trở kháng vào của bộ khuếch đại tạp thấp) và kênh 2 đo S21 (đo

Máy phân tích mạch vectơ

HP 8720D Cổng 1 Cổng 2

DUT

tổn hao đi qua trong dải, tổn hao ngoài dải và dải tần làm việc của bộ khuếch đại tạp thấp, hệ số phẩm chất của bộ khuếch đại tạp thấp)

- Đặt số điểm đo, thang đo

* Hiệu chuẩn phép đo:

- Tiến hành hiệu chuẩn phép đo S11 ở kênh 1: hiệu chuẩn với hở mạch, ngắn mạch và tải phối hợp (có trong bộ hiệu chuẩn HP 85054B)

- Nối đầu ra cổng 1 với đầu vào cổng 2 của máy sau đó tiến hành hiệu chuẩn kênh 2: S21 (hiệu chuẩn thông qua);

- Nối bộ khuếch đại tạp thấp cần kiểm tra vào hệ thống đo như hình 1:

+ Nối cổng 1 của máy phân tích mạch HP 8720D với đầu vào bộ khuếch đại tạp thấp

+ Nối đầu ra của bộ khuếch đại tạp thấp với cổng 2 của máy phân tích mạch

HP 8720D

- Bật nguồn phát cho máy phân tích mạch HP 8720D

* Thực hiện phép đo:

- Quan sát trên màn hình của máy HP 8720D ở kênh 1:

+ Đặc tuyến tổn hao phản hồi của bộ khuếch đại tạp thấp theo hàm của tần

số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là log)

+ Đặc tuyến hệ số sóng đứng đầu vào của bộ khuếch đại tạp thấp theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là SWR)

+ Trở kháng vào của bộ khuếch đại tạp thấp theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là đồ thị Smith)

- Quan sát trên màn hình của máy HP 8720D ở kênh 2:

+ Dải tần làm việc của bộ khuếch đại tạp thấp

+ Đặc tuyến hệ số khuếch đại S21 của bộ khuếch đại tạp thấp theo hàm của tần số trong cả dải quét

+ Độ không đồng đều hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại tạp thấp theo hàm của tần số trong cả dải

+ Điểm nén hệ số khuếch đại 1 dB của bộ khuếch đại tạp thấp theo hàm của tần số trong cả dải quét

Nếu các tham số đo được thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật thì đạt, nếu không thì phải hiệu chỉnh để các tham số kỹ thuật thoả mãn yêu cầu đã đề ra

* In kết qủa đo

3.2 Kiểm tra hệ số tạp của bộ khuếch đại

a Phương tiện đo: Máy phân tích hệ số tạp N8975A và nguồn phát tạp 346A

b Sơ đồ đấu nối phương tiện đo với bộ khuếch đại cao tần dải rộng được mô tả ở hình 2

c Thiết lập và hiệu chuẩn phép đo:

Đặt chế độ làm việc của máy phân tích hệ số tạp N8975A:

+ Thiết lập dải tần làm việc cho máy đo: từ 1 đến 4 GHz (hoặc từ 160 MHz

đến 250 MHz nếu đo cho 55Ж6);

+ Thiết lập số điểm đo: 15 điểm;

Hình 2 Sơ đồ đấu nối kiểm tra hệ số tạp

+ Thiết lập dạng hiển thị trên màn hình: Graph (đồ thị);

+ Thiết lập các tham số sau: Averaging: On

Averages: 5 Average Mode: Point Bandwidth: 4 MHz

+ Tiến hành hiệu chuẩn với nguồn phát tạp 346A: Nối cáp cao tần giữa đầu

ra nguồn phát tạp 346A và đầu vào 50 Ω của máy phân tích hệ số tạp N8975A Khi

phép hiệu chuẩn thực hiện xong, trên màn hình máy phân tích hệ số tạp N8975A hiển thị giá trị hệ số tạp và hệ số khuếch đại gần bằng 0 dB

Bộ khuếch đại tạp thấp

Nguồn phát tạp 346A

IN OUT

a Phương tiện đo: Máy phát sóng quét HP 83752B và máy hiện sóng HP 5461B

b Sơ đồ nối thiết bị để kiểm tra độ nhạy: (hình 3)

Hình 3: Sơ đồ hệ thống kiểm tra độ nhạy của bộ khuếch đại tạp thấp

c Thiết lập và hiệu chuẩn phép đo:

* Thiết lập chế độ làm việc của máy HP 83752B:

- Đặt tần số phát: 2,98 GHz (hoặc 200 MHz nếu đo cho 55Ж6);

- Chế độ điều chế trong (Internal);

- Độ rộng xung: 1 às;

- Chu kỳ lặp lại xung: 100 às;

- Công suất xung đầu ra: âm 60 dBm

* Quy trình đo được thực hiện như sau:

- Nối bộ khuếch đại tạp thấp cần kiểm tra vào hệ thống đo như hình 3

- Nối nguồn cho máy phát sóng quét HP 83752B, máy hiện sóng HP 54610B

và tiến hành đo độ nhạy

- Nối cáp cao tần vào đầu ra của máy phát sóng quét HP 83752B (RF OUT),

đầu còn lại của cáp cao tần nối với đầu vào của khuếch đại tạp thấp

- Nối đầu ra khuếch đại tạp thấp với máy hiện sóng HP 54610B

- Quan sát mức tạp trên máy hiện sóng, thiết lập chế độ hiển thị của hiện sóng ở dạng dễ quan sát tạp nhất

- Nối phát cho máy phát sóng quét, quan sát tín hiệu trên máy hiện sóng Nếu tỉ số Tín/Tạp lớn hơn 1, cần nối thêm bộ suy giảm cố định 10 dB ngay tại đầu

ra của máy phát sóng quét Điều chỉnh công suất ra của máy phát sóng quét sao cho tỉ số Tín/Tạp trên hiện sóng bằng 1

Nếu các tham số đo được thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật thì đạt Nếu không phải kiểm tra và hiệu chỉnh lại để các tham số của bộ khuếch đại thoả mãn các yêu cầu đã đề ra

- Độ nhạy của bộ khuếch đại được tính theo công thức sau:

Pđộ nhạy [dBm] = Lsuy giảm cố định + Lcáp + Giá trị hiển thị (trên máy phát)

4 Kết quả đo các tham số kỹ thuật của sản phẩm:

- Điểm nén hệ số khuếch đại 1

dB (min), [dBm]

- Điện áp nguồn nuôi, [V]

- Hệ số sóng đứng vào/ra (max)

- Điểm nén hệ số khuếch đại 1

dB (min), [dBm]

- Điện áp nguồn nuôi, [V]

- Hệ số sóng đứng vào/ra (max)

50

02

II quy trình đo, hiệu chỉnh

bộ hạn chế chuyển mạch điốt pin

(Theo tiêu chuẩn 41 TQSB 132 : 2006)

1 Tham số kỹ thuật chung cần đo đánh giá bộ trộn tần cân bằng:

- Dải tần làm việc, [MHz] hoặc [GHz];

- Tổn hao đi qua, [dB];

- Mức hạn chế, [dB];

- Điện áp nguồn nuôi, [V];

- Trở kháng vào - ra, [Ω]

2 Các phương tiện đo và kiểm tra chuyên dùng

Các phương tiện đo và kiểm tra chuyên dùng được quy định trong Bảng 2

Bảng 2 Các phương tiện đo và kiểm tra chuyên dùng

Đặc tính kỹ thuật Tên phương

tiện đo Giới hạn đo Cấp chính xác hoặc sai số

đổi đầu giắc 50 Ω

loại N(3/7) sang đầu

giắc SMA và các

dây cáp cao tần

Chú thích: Các phương tiện đo kiểm tra trên phải được kiểm định, còn thời hạn sử dụng và có thể

thay thế bằng các phương tiện khác tương đương có cùng cấp chính xác hoặc có cấp chính xác cao hơn

3 Phương pháp kiểm tra

3.1 Kiểm tra dải tần làm việc, mức suy giảm cố định và mức suy giảm tín hiệu khi

có xung điều khiển

a Phương tiện đo: Máy phân tích mạng vectơ HP 8720D

b Sơ đồ đấu nối phương tiện đo với bộ chuyển mạch điốt Pin được mô tả ở hình 4

Hình 4 Sơ đồ đấu nối kiểm tra dải tần làm việc, mức suy giảm đi qua

và mức suy giảm tín hiệu khi có xung điều khiển

Cách đấu nối:

+ Nối cáp cao tần giữa cổng 1 của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D và

đầu vào Ш1 (đầu tín hiệu nhánh chính);

+ Nối cáp cao tần giữa đầu ra Ш3 (đầu ra cao tần) và cổng 2 của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D

5.1.3 Phương pháp đo

a, Đặt chế độ làm việc của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D:

+ Thiết lập máy đo về chế độ đo tham số tán xạ S (đo S21) và hiển thị đo đơn kênh ( kênh 1 đo S21: đo tổn hao đi qua);

+ Thiết lập dải tần làm việc cho máy đo: từ 50 đến 400 MHz;

+ Tiến hành hiệu chuẩn phép đo S21: Nối đầu chuyển đổi cao tần 2 đầu SMA (cái - cái) vào 2 đầu dây cáp cao tần tại cổng 1 và 2 của máy phân tích mạng vectơ

HP 8720D, sau đó tiến hành hiệu chuẩn thông qua

định của bộ chuyển mạch điốt Pin In kết quả đo;

+ Nối đầu tạo xung điều khiển 2 với đầu vào Đk1 của bộ chuyển mạch điốt Pin, đầu tạo xung điều khiển 1 với đầu vào Đk2 của bộ chuyển mạch điốt Pin Lúc này trên màn hình máy phân tích mạng vectơ HP 8720D hiển thị mức suy giảm khi

có xung điều khiển của bộ chuyển mạch điốt Pin In kết quả đo

Đk2

d, Kết quả đo được phải thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật đã đề ra

5.2 Kiểm tra hệ số ghép giữa nhánh tín hiệu tạo giả và nhánh chính

a, Phương tiện đo: Máy phân tích mạng vectơ HP 8720D

b, Sơ đồ đấu nối phương tiện đo với bộ chuyển mạch điốt Pin được mô tả ở hình 5

Hình 5 Sơ đồ đấu nối kiểm tra hệ số ghép giữa nhánh tín hiệu tạo giả

và nhánh chính

Cách đấu nối:

+ Nối cáp cao tần giữa cổng 1 của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D và

đầu vào Ш2 (đầu tín hiệu nhánh tạo giả);

+ Nối cáp cao tần giữa đầu ra Ш3 (đầu ra cao tần) và cổng 2 của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D

c, Phương pháp đo

- Đặt chế độ làm việc của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D:

+ Thiết lập máy đo về chế độ đo tham số tán xạ S (đo S21) và hiển thị đo đơn kênh ( kênh 1 đo S21: đo tổn hao đi qua);

+ Thiết lập dải tần làm việc cho máy đo: từ 50 đến 400 MHz;

+ Tiến hành hiệu chuẩn phép đo S21: Nối đầu chuyển đổi cao tần 2 đầu SMA (cái - cái) vào 2 đầu dây cáp cao tần tại cổng 1 và 2 của máy phân tích mạng vectơ

HP 8720D, sau đó tiến hành hiệu chuẩn thông qua

- Tiến hành đo:

+ Nối các dây cáp cao tần như hình 5;

+ Đặt các điểm dấu về các vị trí: 181; 187; 200; 210; 219 MHz Lúc này trên màn hình máy phân tích mạng vectơ HP 8720D hiển thị hệ số ghép giữa nhánh tín hiệu tạo giả và nhánh chính;

+ In kết quả đo

d, Kết quả đo được phải thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật đã đề ra

3.3 Kiểm tra hệ số sóng đứng và trở kháng vào, ra

a, Phương tiện đo: Máy phân tích mạng vectơ HP 8720D

b, Sơ đồ đấu nối phương tiện đo với bộ chuyển mạch điốt Pin được mô tả ở hình 6

Đk2

Hình 6 Sơ đồ đấu nối kiểm tra trở kháng vào, ra

c, Phương pháp đo

- Đặt chế độ làm việc của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D:

+ Thiết lập máy đo về chế độ đo tham số tán xạ S (đo S11) và hiển thị đo đơn kênh ( kênh 1 đo S11: đo tổn hao phản hồi);

+ Thiết lập dải tần làm việc cho máy đo: từ 50 đến 400 MHz;

+ Tiến hành hiệu chuẩn phép đo S11: Hiệu chuẩn kênh 1 (đầu ra cổng 1) với

đầu ngắn mạch, đầu hở mạch và tải chuẩn (có trong bộ hiệu chuẩn HP 85054B)

- Tiến hành đo:

+ Đặt các điểm dấu về các vị trí: 181; 187; 200; 210; 219 MHz;

+ Định dạng phép đo: SWR (nếu đo hệ số sóng đứng);

SMITH CHARTH (nếu đo trở kháng)

+ Nối cáp cao tần giữa cổng 1 của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D và

đầu vào Ш1 (đầu tín hiệu nhánh chính) Lúc này trên màn hình máy phân tích mạng vectơ HP 8720D hiển thị trở kháng vào của đầu vào Ш1 In kết quả đo;

+ Nối cáp cao tần giữa cổng 1 của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D và

đầu vào Ш2 (đầu tín hiệu nhánh tạo giả) Lúc này trên màn hình máy phân tích mạng vectơ HP 8720D hiển thị trở kháng vào của đầu vào Ш2 In kết quả đo;

+ Nối cáp cao tần giữa cổng 1 của máy phân tích mạng vectơ HP 8720D và

đầu ra Ш3 (đầu ra cao tần) Lúc này trên màn hình máy phân tích mạng vectơ HP 8720D hiển thị trở kháng ra của đầu ra Ш3 In kết quả đo

d, Kết quả đo được phải thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật đã đề ra

Máy phân tích mạng vectơ

HP 8720DCổng 1

Đk2

Cổng 2

4 KÕt qu¶ ®o c¸c tham sè kü thuËt cña s¶n phÈm:

50

2,7- 3,1

< 3

≥ 40 +5, -12

50

160- 250

≤ 3

> 40 +5, +12

50

02

III quy trình đo, hiệu chỉnh bộ cộng/chia

2 Các phương tiện kiểm tra chuyên dùng

Các phương tiện kiểm tra chuyên dùng được qui định trong Bảng 3

Bảng 3: Các phương tiện đo, kiểm tra chuyên dùng

Đặc tính kỹ thuật Tên phương

Chú thích: Các phương tiện đo kiểm tra trên phải được kiểm định, còn thời hạn sử dụng và có thể

thay thế bằng các phương tiện khác tương đương có cùng cấp chính xác hoặc có cấp chính xác cao hơn

3 Phương pháp kiểm tra

Hình 7: Sơ đồ hệ thống kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật của bộ cộng/chia công suất

3.2 Thiết lập và hiệu chuẩn phép đo:

a Thiết lập chế độ làm việc của máy HP 8720D:

+ Đặt số điểm đo, thang đo

b Hiệu chuẩn phép đo:

- Tiến hành hiệu chuẩn phép đo S11 ở kênh 1: hiệu chuẩn với hở mạch, ngắn mạch và tải phối hợp (có trong bộ hiệu chuẩn HP 85054B)

- Nối đầu ra cổng 1 với đầu vào cổng 2 của máy sau đó tiến hành hiệu chuẩn kênh 2: S21 (hiệu chuẩn thông qua);

c Thực hiện phép đo:

- Nối bộ cộng/chia công suất cần kiểm tra vào hệ thống đo nh− hình 7

Trên màn hình của máy đo có thể thấy ở kênh 1:

+ Đặc tuyến hệ số sóng đứng đầu vào S11 của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là SWR)

+ Trở kháng vào-ra của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là đồ thị Smith)

Trên màn hình của máy đo có thể thấy ở kênh 2:

+ Dải tần làm việc của bộ cộng/chia công suất/

2

Máy phân tích mạch vectơ

HP 8720D Cổng 1 Cổng 2

Tải 50Ω 1

3

+ Đặc tuyến tổn hao chèn cực đại S21 so với 3dB của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là log)

- Đổi vị trí của đầu ra 2 và đầu ra 3 để quan sát trên kênh 2 đặc tuyến tổn hao chèn cực đại S31 so với 3dB của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét

- Nối tải với đầu vào 1 của bộ cộng chia công suất, cổng 1 của máy phân tích mạch với đầu ra 2 bộ cộng/chia công suất và cổng 2 của máy phân tích mạch với

đầu ra 3 của bộ cộng/chia công suất

Trên màn hình của máy đo có thể thấy ở kênh 1:

+ Đặc tuyến hệ số sóng đứng đầu ra S22 của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là SWR)

+ Trở kháng vào-ra của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là đồ thị Smith)

Trên màn hình của máy đo có thể thấy ở kênh 2:

+ Độ cách ly cực tiểu S23 của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là log)

- Hoán đổi cổng 2 và cổng 3 của bộ cộng/chia công suất

Trên màn hình của máy đo có thể thấy ở kênh 1:

+ Đặc tuyến hệ số sóng đứng đầu ra S33 của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là SWR)

+ Trở kháng vào-ra của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là đồ thị Smith)

Trên màn hình của máy đo có thể thấy ở kênh 2:

+ Độ cách ly cực tiểu S32 của bộ cộng/chia công suất theo hàm của tần số trong cả dải quét (nếu định dạng của phép đo là log)

Nếu các tham số đo đ−ợc thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật thì đạt Nếu không phải kiểm tra và hiệu chỉnh lại để các tham số của bộ cộng/chia công suất thoả mãn các yêu cầu đã đề ra

d In kết qủa đo

4 KÕt qu¶ ®o c¸c tham sè kü thuËt cña s¶n phÈm:

≤ 1,5

≤ 1,5

50

02

IV quy trình đo, hiệu chỉnh bộ trộn tần

cân bằng dải sóng cm (Theo tiêu chuẩn 41TQSB 134 : 2006)

1 Tham số kỹ thuật chung cần đo đánh giá bộ trộn tần cân bằng:

Các phương tiện đo, kiểm tra chuyên dùng được qui định trong Bảng 4

Bảng 4: Các phương tiện đo, kiểm tra chuyên dùng Đặc tính kỹ thuật

- Dải công suất ra: Từ 0 dBm đến +13

Chú thích: Các phương tiện đo kiểm tra trên phải được kiểm định, còn thời hạn sử dụng và có thể

thay thế bằng các phương tiện khác tương đương có cùng cấp chính xác hoặc có cấp chính xác cao hơn

3 Phương pháp kiểm tra

3.1 Kiểm tra tổn hao trộn tần