ИЗМЕРИТЕЛЬ ФЛУКТУАЦИЙ В ПРОХОДНЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ Российский патент 2009 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к области техники измерений и предназначено для измерения частотных (фазовых) и амплитудных флуктуаций в проходных высокочастотных (ВЧ) устройствах, включая устройства сверхвысокочастотного (СВЧ) и оптического диапазонов, преобразующих и не преобразующих частоты входных колебаний типа умножителей, делителей и смесителей частот, усилителей и ограничителей мощности, разрядников и других.

Речь идет об измерении шумовых низкочастотных (НЧ) амплитудных и частотных (фазовых) флуктуаций (модуляций), создаваемых в электромагнитных колебаниях проходными ВЧ устройствами (включая устройства СВЧ и оптического диапазонов), предназначенными к работе в современных малощумящих когерентных системах локации и связи. При этом связь между фазовыми флуктуациями φ(t) в рад и эквивалентными им частотными флуктуациями f(t) в Гц дается соотношением

где t - текущее время в сек,

t₁ - переменная интегрирования, размерность которой определяется пределами интегрирования.

Известно, что к уровням амплитудных и частотных (фазовых) флуктуаций таких устройств предъявляются жесткие требования, выполнение которых невозможно без создания достоверных и высокочувствительных измерителей флуктуаций, отделяющих амплитудные и частотные (фазовые) флуктуации, создаваемые проходными ВЧ устройствами, друг от друга, от собственных шумов измерительной аппаратуры и от амплитудных и частотных флуктуаций задающих генераторов. Кроме того, эти измерители должны мерить флуктуации в проходных ВЧ устройствах любого типа, как в преобразующих, так и в не преобразующих частоты входных колебаний (колебаний задающих генераторов).

Известен измеритель флуктуации источников ВЧ колебаний (включая источники СВЧ и оптического диапазонов) [1], содержащий последовательно соединенные источник ВЧ колебаний, калибратор, индикатор и амплитудный приемник.

В этом измерителе применен простейший амплитудный приемник корреляционного типа, состоящий из делителя мощности и двух независимых СВЧ (или ВЧ) детекторов с коррелятором и позволяющий выделять амплитудные флуктуации любых источников СВЧ (или ВЧ) колебаний, в том числе и проходных СВЧ (или ВЧ) устройств, преобразующих и не преобразующих частоты входных колебаний, возбуждаемых задающими генераторами. Причем делитель мощности непосредственно в описании приемника данного измерителя не упоминается, но непременно подразумевается, так как без делителя мощности нельзя подать сигнал источника СВЧ (или ВЧ) колебаний на два независимых СВЧ (или ВЧ) детектора, как это необходимо для нормальной работы измерителя [1].

В известном измерителе амплитудные флуктуации проходного СВЧ (ВЧ) устройства отделяются от собственных шумов измерительной аппаратуры.

Однако в этом измерителе амплитудные флуктуации, создаваемые проходным СВЧ (ВЧ) устройством, не отделяются от амплитудных флуктуаций задающего генератора и от компонента амплитудных флуктуаций на выходе проходного СВЧ (ВЧ) устройства, связанного с интермодуляционным преобразованием внутри проходного СВЧ (ВЧ) устройства частотных флуктуаций задающего генератора в коррелированные с ними амплитудные флуктуации. Кроме того, известный измеритель не может мерить частотные (фазовые) флуктуации проходных СВЧ (ВЧ) устройств.

Поэтому функциональные возможности, достоверность и чувствительность известного измерителя [1] не достаточны, и этот измеритель не пригоден для измерений амплитудных и частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых современными малошумящими проходными ВЧ устройствами (включая устройства СВЧ и оптического диапазонов), преобразующими и не преобразующими частоты входных колебаний.

Известен также измеритель флуктуаций источников ВЧ колебаний (включая источники СВЧ и оптического диапазонов) [2], содержащий последовательно соединенные источник ВЧ колебаний, калибратор, индикатор и амплитудно-частотный приемник.

В этом измерителе применен амплитудно-частотный приемник корреляционного типа с предискажением спектра и с компенсацией несущей, состоящий из делителя мощности (в описании назван «делитель напряжения»), предисказителя спектра, выполненного на резонансном контуре (он же частотный дискриминатор), компенсатора уровня несущей, ВЧ переключателя, ключа и двухканального амплитудного приемника с коррелятором суммарно-разностного типа и с НЧ переключателем (в описании измерителя назван «двухканальный корреляционный приемник»), и позволяющий при настройках, описанных в [2], раздельно выделять амплитудные или частотные флуктуации источников ВЧ колебаний.

Данный измеритель может мерить амплитудные и частотные (фазовые) флуктуации в любых источниках ВЧ колебаний, в том числе в проходных ВЧ устройствах, преобразующих и не преобразующих частоты колебаний задающих генераторов. Причем в этом измерителе амплитудные и частотные (фазовые) флуктуации проходного ВЧ устройства отделены друг от друга и от собственных шумов измерительной аппаратуры, а достоверность и чувствительность данного измерителя по амплитудным флуктуациям (благодаря применению в нем предисказителя спектра и компенсатора уровня несущей) на 5-10 дБ выше, чем у известного измерителя [1].

Однако в известном измерителе [2] так же, как и в измерителе [1], амплитудные флуктуации, создаваемые проходным ВЧ устройством, не отделяются от амплитудных флуктуаций задающего генератора и от компонента амплитудных флуктуаций на выходе проходного ВЧ устройства, связанного с интермодуляционным преобразованием внутри проходного ВЧ устройства частотных флуктуаций задающего генератора в коррелированные с ними амплитудные флуктуации. Кроме того, в этом измерителе и частотные (фазовые) флуктуаций, создаваемые проходным ВЧ устройством, не отделяются от частотных флуктуаций задающего генератора и от компонента частотных (фазовых) флуктуаций на выходе проходного ВЧ устройства, связанного с интермодуляционным преобразованием внутри проходного ВЧ устройства амплитудных флуктуаций задающего генератора в коррелированные с ними частотные (фазовые) флуктуации.

Поэтому достоверности и чувствительности известного измерителя [2] не достаточны, и этот измеритель, как и известный измеритель [1], не пригоден для измерений амплитудных и частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых современными малошумящими проходными ВЧ устройствами (включая устройства СВЧ и оптического диапазонов), преобразующими и не преобразующими частоты входных колебаний.

Наконец, известен измеритель флуктуации в проходных ВЧ устройствах (включая устройства СВЧ и оптического диапазонов) [3], принятый нами за прототип и содержащий проходное ВЧ устройство (в описании измерителя названо "исследуемый прибор"), два частотных приемника (в этом измерителе применены простейшие некорреляционные частотные приемники, каждый из которых состоит из частотного детектора и НЧ усилителя), вычитающий каскад (в описании измерителя назван "вычитающий элемент"), задающий генератор и делитель мощности (последние два элемента в описании измерителя в явном виде не упоминаются, но обязательно подразумеваются, так как для возбуждения проходного ВЧ устройства любого типа необходим задающий генератор, колебание которого в данном измерителе через делитель мощности подается на вход проходного ВЧ устройства и на вход первого частотного приемника). При этом первый выход делителя мощности подключен к входу проходного ВЧ устройства, второй - через частотный приемник соединен с входом вычитающего каскада, выход которого подключен к индикатору.

Известный измеритель [3] позволяет мерить частотные (фазовые) флуктуации в проходных ВЧ устройств любого типа, преобразующих и не преобразующих частоты колебаний задающих генераторов, причем при применении в этом измерителе частотных корреляционных приемников удается частотные (фазовые) флуктуации, вносимые проходным ВЧ устройством, отделить не только от его амплитудных флуктуаций и от собственных шумов измерительной аппаратуры (как это имеет место в известном измерителе [2]), но, сверх того, еще и отделить их от влияния частотных флуктуаций задающего генератора с глубиной эффекта около 10 дБ (чего нет в измерителе [2]).

Поэтому достоверность и чувствительность известного измерителя [3] при применении в нем частотных приемников корреляционного типа по частотным (фазовым) флуктуациям, вносимым проходным ВЧ устройством, примерно на 10 дБ выше, чем у известного измерителя [2].

Однако даже в этом последнем случае, когда частотные приемники являются корреляционными, в измерителе [3] остаются нерешенными следующие проблемы: проблема измерения амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, с отделением их от собственных шумов измерительной аппаратуры и от влияний и амплитудных, и частотных флуктуаций задающего генератора, проблема углубления эффекта отделения частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, от влияния частотных флуктуаций задающего генератора и проблема отделения частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, от компонента интермодуляционного преобразования амплитудных флуктуаций задающего генератора в коррелированные с ними частотные (фазовые) флуктуации на выходе проходного ВЧ устройства.

Поэтому функциональные возможности, достоверность и чувствительность известного измерителя [3] недостаточны, и этот измеритель, как и известные измерители [1, 2], непригоден для измерений амплитудных и частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых современными малошумящими проходными ВЧ устройствами (включая устройства СВЧ и оптического диапазонов), преобразующими и не преобразующими частоты колебаний задающих генераторов.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - устранение отмеченных недостатков прототипа, а именно создание измерителя флуктуаций в проходных ВЧ устройствах (включая устройства СВЧ и оптического диапазонов), преобразующих и не преобразующих частоты колебаний задающих генераторов, с функциональными возможностями, расширенными на измерение амплитудных флуктуаций, и с повышенными достоверностями и чувствительностями измерений частотных (фазовых) и амплитудных флуктуаций в условиях, когда частотные (фазовые) и амплитудные флуктуации, создаваемые проходным ВЧ устройством, отделены друг от друга, от собственных шумов измерительной аппаратуры и от влияний и амплитудных, и частотных флуктуаций задающих генераторов.

Для решения данной технической задачи в известный измеритель флуктуаций в проходных высокочастотных устройствах [3], содержащий задающий генератор, делитель мощности, проходное высокочастотное устройство, частотный приемник, вычитающий каскад и индикатор, где первый выход делителя мощности подключен к входу проходного ВЧ устройства, второй - через частотный приемник соединен с входом вычитающего каскада, выход которого подключен к индикатору, дополнительно введены (в отличие от прототипа) модулятор, калибратор, амплитудный и амплитудно-частотный приемники, при этом задающий генератор через модулятор соединен с входом делителя мощности, третий выход которого через амплитудный приемник подключен ко второму входу вычитающего каскада, а выход проходного высокочастотного устройства через калибратор и амплитудно-частотный приемник соединен с третьим входом вычитающего каскада.

Функциональные возможности у заявляемого измерителя флуктуаций шире, чем у измерителя-прототипа, так как заявляемый измеритель позволяет мерить не только частотные (фазовые) флуктуации, создаваемые проходным ВЧ устройством, преобразующим или не преобразующим частоту колебания задающего генератора (как это имеет место в измерителе-прототипе), но, сверх того, еще позволяет мерить и амплитудные флуктуации, создаваемые проходным ВЧ устройством (чего нет в прототипе).

Действительно, благодаря введению в заявляемый измеритель калибратора и амплитудно-частотного приемника с их связями и общей совокупности заявляемых признаков, появилась возможность поочередно ставить амплитудно-частотный приемник (например, амплитудно-частотный приемник типа [2]) в режимы выделения или частотных, или амплитудных флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства и последовательно отсчитывать по калибратору величину или частотных (фазовых), или амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством и регистрируемых индикатором.

Кроме того, ввиду наличия модулятора, калибратора, амплитудного и амплитудно-частотного приемников с их связями и общей совокупности заявляемых признаков в заявляемом измерителе удается при настройках, описанных ниже, отделить частотные (фазовые) флуктуации, создаваемые проходным ВЧ устройством, и от влияния частотных флуктуаций задающего генератора, углубив этот эффект до величины не менее 20 дБ (в сравнении с 10 дБ в измерителе-прототипе), и от влияния амплитудных флуктуаций задающего генератора с глубиной эффекта не менее 20 дБ (чего нет в измерителе-прототипе), и удается отделить амплитудные флуктуации, создаваемые проходным ВЧ устройством, и от влияния амплитудных, и от влияния частотных флуктуаций задающего генератора с глубинами эффектов, также не менее 20 дБ (чего нет в прототипе и в других известных измерителях).

Настройки на максимальные ослабления влияний и частотных, и амплитудных флуктуаций задающего генератора на результаты измерений частотных (фазовых) и амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, осуществляются в заявляемом измерителе следующим образом.

При измерении частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, первоначально частотный и амплитудный приемники выключают, включают модулятор и амплитудно-частотный приемник (например, типа [2]), настроенный известным способом на выделение частотных (фазовых) флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства, и с помощью модулятора вводят в колебание задающего генератора гармоническую частотную модуляцию, регистрируемую индикатором и на 20-30 дБ превышающую величину частотных флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства.

Затем, не выключая модулятор и амплитудно-частотный приемник, включают частотный приемник, настроенный на выделение частотных флуктуаций задающего генератора и соответственно на выделение гармонической частотной модуляции, присутствующей в колебании задающего генератора при включенном модуляторе, и, регулируя коэффициент передачи сигнала в тракте усиления частотного приемника (такая регулировка всегда имеется в типовом приемнике), добиваются снижения показаний индикатора на величину не менее 20 дБ.

Наконец, гармоническую частотную модуляцию выключают, т.е. выключают модулятор. При этом в заявляемом измерителе гарантировано (с учетом выполненных процедур) ослабление не менее чем на 20 дБ влияния частотных флуктуаций задающего генератора на результат измерения частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством.

На следующем этапе частотный приемник выключают, вновь включают модулятор и с его помощью вводят в колебание задающего генератора гармоническую амплитудную модуляцию такой величины, чтобы уровень когерентной с ней гармонической частотной (фазовой) модуляции в выходном колебании проходного ВЧ устройства, образовавшейся вследствие интермодуляционного преобразования амплитудной модуляции в частотную (фазовую) внутри проходного ВЧ устройства, выделяемой амплитудно-частотным приемником и регистрируемой индикатором, на 20-30 дБ превышал значение частотных (фазовых) флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства.

Затем включают амплитудный приемник, настроенный на выделение амплитудных флуктуаций задающего генератора и соответственно на выделение гармонической амплитудной модуляции, присутствующей в колебании задающего генератора при включенном модуляторе, и, регулируя коэффициент передачи сигнала в тракте усиления амплитудного приемника (такая регулировка всегда имеется в типовом приемнике), добиваются снижения показаний индикатора на величину не менее 20 дБ.

Наконец, гармоническую амплитудную модуляцию выключают, т.е. выключают модулятор, и вновь включают частотный приемник. При этом в заявляемом измерителе гарантировано (с учетом всех выполненных процедур) ослабление не менее чем на 20 дБ (а не на 10 дБ, как это имеет место в измерителе-прототипе, где модулятор отсутствует) влияния частотных флуктуаций задающего генератора на результат измерения частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, и ослабление не менее чем на 20 дБ влияния амплитудных флуктуаций задающего генератора на результат измерения частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, чего нет в прототипе и в других известных измерителях.

При измерении амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, первоначально частотный и амплитудный приемники выключают, включают модулятор и амплитудно-частотный приемник, настроенный на выделение амплитудных флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства, и с помощью модулятора вводят в колебание задающего генератора гармоническую амплитудную модуляцию такой величины, чтобы уровень ее, регистрируемый индикатором, на 20-30 дБ превышал величину амплитудных флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства.

Затем, не выключая модулятор и амплитудно-частотный приемник, включают амплитудный приемник, настроенный на выделение амплитудных флуктуаций задающего генератора и соответственно на выделение гармонической амплитудной модуляции, присутствующей в колебании задающего генератора при включенном модуляторе, и, регулируя коэффициент передачи сигнала в тракте усиления амплитудного приемника (такая регулировка всегда имеется в типовом приемнике), добиваются снижения показаний индикатора на величину не менее 20 дБ.

Наконец, гармоническую амплитудную модуляцию выключают, т.е. выключают модулятор. При этом в заявляемом измерителе гарантировано (с учетом выполненных процедур) ослабление не менее чем на 20 дБ влияния амплитудных флуктуаций задающего генератора на результат измерения амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством.

На следующем этапе амплитудный приемник выключают, вновь включают модулятор и с его помощью вводят в колебание задающего генератора гармоническую частотную модуляцию такой величины, чтобы уровень когерентной с ней гармонической амплитудной модуляции в выходном колебании проходного ВЧ устройства, образовавшейся вследствие интермодуляционного преобразования частотной модуляции в амплитудную внутри проходного ВЧ устройства, выделяемой амплитудно-частотным приемником и регистрируемой индикатором, на 20-30 дБ превышал значение амплитудных флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства.

Затем включают частотный приемник, настроенный на выделение частотных флуктуаций задающего генератора и соответственно на выделение гармонической частотной модуляции, присутствующей в колебании задающего генератора при включенном модуляторе, и, регулируя коэффициент передачи сигнала в тракте усиления частотного приемника (такая регулировка всегда имеется в типовом приемнике), добиваются снижения показаний индикатора на величину не менее 20 дБ.

Наконец, гармоническую частотную модуляцию выключают, т.е. выключают модулятор, и включают амплитудный приемник. При этом в заявляемом измерителе гарантировано (с учетом всех выполненных процедур) ослабление не менее чем на 20 дБ влияния амплитудных флуктуаций задающего генератора на результат измерения амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, и ослабление не менее чем на 20 дБ влияния частотных флуктуаций задающего генератора на результат измерения амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, чего нет в прототипе и в других известных измерителях.

В итоге, после выполнения всех указанных процедур и настроек достоверность и чувствительность заявляемого измерителя по частотным (фазовым) флуктуациям, создаваемым проходным ВЧ устройством, будет на 10-30 дБ выше, чем у измерителя-прототипа, и на 20-40 дБ выше, чем у других известных измерителей.

Достоверность и чувствительность заявляемого измерителя по амплитудным флуктуациям, создаваемым проходным ВЧ устройством, будут на 20-40 дБ выше, чем у известных измерителей.

Таким образом, достигается решение поставленной задачи.

Из сказанного очевидно, что заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. оно явным образом не следует из известных технических решений и пригодно для практического применения.

На чертеже представлена функциональная схема заявляемого измерителя флуктуаций в проходных ВЧ устройствах.

Заявляемый измеритель флуктуаций в проходных ВЧ устройствах содержит (см. чертеж): задающий генератор - 1; модулятор - 2; делитель мощности - 3; проходное ВЧ устройство (любого типа, преобразующее или не преобразующее частоту колебания задающего генератора) - 4; частотный, амплитудный и амплитудно-частотный приемники - 5, 6, 7 (все корреляционные, типа [2]); калибратор - 8; вычитающий каскад - 9 и индикатор - 10. При этом задающий генератор 1 через модулятор 2 соединен с входом делителя мощности 3, выходы которого подключены: первый через проходное ВЧ устройство 4, калибратор 8 и амплитудно-частотный приемник 7 - к третьему входу вычитающего каскада 9, второй через частотный приемник 5 - к первому входу вычитающего каскада 9, третий через амплитудный приемник 6 - ко второму входу вычитающего каскада 9, выход которого соединен с индикатором 10.

Заявляемый измеритель флуктуаций в проходных ВЧ устройствах применяют следующим образом.

Колебание задающего генератора 1, равное в В

где t - текущее время в сек,

- среднее значение в В амплитуды колебания задающего генератора (здесь и далее чертой сверху помечена операция усреднения по времени),

α₁(t) - безразмерные амплитудные флуктуации задающего генератора,

и - средняя и флуктуационная составляющие частоты колебания задающего генератора,

t₁ - переменная интегрирования, размерность которой определяется пределами интегрирования,

через модулятор 2, могущий задавать в колебание U₁(t) гармонические амплитудную или частотную модуляции, величины которых на 30-40 дБ превышают значения амплитудных или частотных флуктуаций задающего генератора и на 20-30 дБ превышают значения амплитудных или частотных флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства, вход и три выхода делителя мощности 3 поступает (см. чертеж): U₁₁(t) - на вход проходного ВЧ устройства 4, U₁₂(t) - на вход частотного приемника 5, U₁₃(t) - на вход амплитудного приемника 6.

Колебание с выхода проходного ВЧ устройства 6, равное в В

где - среднее значение в В амплитуды выходного колебания проходного ВЧ устройства,

- безразмерные полные амплитудные флуктуации на выходе проходного ВЧ устройства,

а - безразмерный коэффициент передачи амплитудных флуктуаций задающего генератора на выход проходного ВЧ устройства,

b - коэффициент интермодуляционного преобразования в Гц^-1 частотных флуктуаций задающего генератора в коррелированный с ними компонент амплитудных флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства,

α₂(t) - безразмерные амплитудные флуктуаций, создаваемые проходным ВЧ устройством,

- среднее значение частоты выходного колебания проходного ВЧ устройства,

- выраженные в Гц полные частотные флуктуации на выходе проходного ВЧ устройства,

с - безразмерный коэффициент передачи частотных флуктуаций задающего генератора на выход проходного ВЧ устройства,

d - коэффициент интермодуляционного преобразования в Гц амплитудных флуктуаций задающего генератора в коррелированный с ними компонент частотных флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства,

f₂(t₁) - частотные флуктуации в Гц, вносимые проходным ВЧ устройством,

- средний фазовый сдвиг в рад, создаваемый проходным ВЧ устройством,

через калибратор 8, могущий задавать в колебание U₂(t) отсчитываемые уровни шумовой амплитудной или частотной модуляции, далее подается на вход амплитудно-частотного приемника 7.

Заявляемый измеритель имеет два рабочих режима: режим измерения частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, и режим измерения амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством.

1. В режиме измерения частотных (фазовых) флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством 4, амплитудно-частотный приемник 7 (корреляционный, типа [2]) настраивают известным способом на выделение частотных флуктуаций поступающего на его вход через калибратор 8 выходного колебания проходного ВЧ устройства U₂(t), и сигнал с выхода приемника 7, пропорциональный частотным флуктуациям выходного колебания проходного ВЧ устройства (отделенным от амплитудных флуктуаций и от собственных шумов приемника 7) и равный в В

где К_f2 - коэффициент передачи в Гц^-1 амплитудно-частотного приемника 7, настроенного на выделение частотных флуктуаций поступающего на его вход колебания U₂(t),

далее поступает на третий вход вычитающего каскада 9, на первый и второй входы которого подаются сигналы V_f1(t) и V_α1(t) с выходов приемников 5 и 6, пропорциональные частотным f₁(t) и амплитудным α₁(t) флуктуациям задающего генератора 1 и равные в В

где , - среднее значение в В амплитуд колебаний U₁₂(t), U₁₃(t), поступающих на входы приемников 5, 6 и являющихся частями колебания задающего генератора 1;

К_f1 - коэффициент передачи в Гц^-1 частотного приемника 5, настроенного на выделение частотных флуктуаций задающего генератора 1;

К_α1 - безразмерный коэффициент передачи амплитудного приемника 6, настроенного на выделение амплитудных флуктуаций задающего генератора 1.

В вычитающем каскаде 9 из сигнала вычитаются сигналы V_f1(t), V_α1(t), и сигнал на выходе каскада 9 равен в В

Подбирая коэффициенты передачи К_f1, К_α1 приемников 5, 6 таким образом, чтобы выполнить условия

где и - оптимальные значения коэффициентов передачи приемников 5 и 6 в режиме измерения частотных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством,

устраняем в выходном сигнале вычитающего каскада 9 составляющие и связанные с действием частотных и амплитудных флуктуаций задающего генератора 1.

В итоге, показания квадратичного усредняющего индикатора 10, пропорциональные мощности поступающего на него сигнала V_f2(t), составят в В²

Откуда частотные флуктуации в Гц², создаваемые проходным ВЧ устройством 4, определяются соотношением

и отсчитываются по калибратору 8, задающему в этом режиме в выходное колебание проходного ВЧ устройства 4 шумовую частотную модуляцию, равную по величине измеряемым частотным флуктуациям.

Настройку вычитающего каскада 9 на максимальное ослабление в его выходном сигнале, составляющей связанной с действием частотных флуктуаций задающего генератора 1, осуществляют в заявляемом измерителе следующим образом.

Первоначально выключают частотный и амплитудный приемники 5, 6, включают амплитудно-частотный приемник 7 (типа [2]), настроенный известным способом на выделение частотных флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства, и с помощью модулятора 2 вводят в колебание задающего генератора 1 гармоническую частотную модуляцию, регистрируемую индикатором 10 и, как минимум, на 20-30 дБ превышающую величину частотных флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства.

Затем включают частотный приемник 5, настроенный на выделение частотных флуктуаций задающего генератора и соответственно на выделение гармонической частотной модуляции, присутствующей в колебании задающего генератора при включенном модуляторе, и, регулируя коэффициент передачи сигнала в тракте усиления частотного приемника 5 (такая регулировка всегда имеется в типовом приемнике), добиваются снижения показания индикатора 10 на величину не менее 20 дБ.

Наконец, гармоническую частотную модуляцию выключают (выключают модулятор 2). При этом гарантировано (с учетом выполненных процедур) ослабление на величину не менее 20 дБ (а не на величину около 10 дБ, как это имеет место в прототипе, где модулятор 2 отсутствует), влияние частотных флуктуаций задающего генератора 1 на выходной сигнал вычитающего каскада 9, пропорциональный частотным флуктуациям, создаваемым проходным ВЧ устройством 4, регистрируемым индикатором 10 и отсчитываемым по калибратору 8.

Настройку вычитающего каскада 9 на максимальное ослабление в его выходном сигнале, составляющей , связанной с действием амплитудных флуктуаций задающего генератора 1, осуществляют в заявляемом измерителе следующим образом.

Выключают частотный и амплитудный приемники 5,6, оставляя включенным амплитудно-частотный приемник 7, настроенный на выделение частотных флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства, и с помощью модулятора 2 вводят в колебание задающего генератора 1 гармоническую амплитудную модуляцию, регистрируемую индикатором 10 (вследствие интермодуляционного преобразования амплитудной модуляции в частотную внутри проходного ВЧ устройства) и, как минимум, на 20-30 дБ превышающую величину частотных (фазовых) флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства.

Затем включают амплитудный приемник 6, настроенный на выделение амплитудных флуктуаций задающего генератора и гармонической амплитудной модуляции, присутствующей в колебании задающего генератора 1 при включенном модуляторе 2, и, регулируя коэффициент передачи сигнала в тракте усиления амплитудного приемника 6 (такая регулировка всегда имеется в типовом приемнике), добиваются снижения показания индикатора 10 на величину не менее 20 дБ.

Наконец, гармоническую амплитудную модуляцию выключают (выключают модулятор 2). При этом гарантировано (с учетом выполненных процедур) ослабление на величину не менее 20 дБ влияния амплитудных флуктуаций задающего генератора 1 на выходной сигнал вычитающего каскада 9, пропорциональный частотным флуктуациям, создаваемым проходным ВЧ устройством 4, регистрируемым индикатором 10 и отсчитываемым по калибратору 8 (чего нет в прототипе и в других известных измерителях).

В итоге, достоверность и чувствительность у заявляемого измерителя по частотным (фазовым) флуктуациям, создаваемым проходным ВЧ устройством, будут на 10-30 дБ выше, чем у прототипа, за счет ослаблений на величины не менее 20 дБ влияний и частотных, и амплитудных флуктуаций задающего генератора на результат измерения (в прототипе из-за отсутствия модулятора влияние частотных флуктуаций задающего генератора на результат измерения частотных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, ослаблено только на 10 дБ; влияние амплитудных флуктуаций задающего генератора на результат измерения частотных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, в прототипе вообще не ослаблено).

2. В режиме измерения амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством, амплитудно-частотный приемник 7 (корреляционный, типа [2]), настраивают известным способом на выделение амплитудных флуктуаций поступающего на его вход колебания U₂(t), и сигнал с выхода приемника 7, пропорциональный амплитудным флуктуациям (отделенным от частотных флуктуаций и от собственных шумов приемника 7) и равный в В

где К_α2 - безразмерный коэффициент передач амплитудно-частотного приемника 7, настроенного на выделение амплитудных флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства 4,

далее подается на третий вход вычитающего каскада 9, на первый и второй входы которого подаются сигналы V_f1(t) и V_α1(t) с выходов приемников 5 и 6, пропорциональные частотным f₁(t) и амплитудным α₁(t) флуктуациям задающего генератора 1, определяемые соотношением (4).

В вычитающем каскаде 9 из сигнала вычитаются сигналы V_f1(t), V_α1(t), и сигнал V_α2(t) на выходе вычитающего каскада 9 равен в В

Подбирая коэффициенты передачи К_f1, К_α1 приемников 5, 6 таким образом, чтобы выполнить условия

где и - оптимальные значения коэффициентов передачи приемников 5, 6 в режиме измерения амплитудных флуктуаций, создаваемых проходным ВЧ устройством,

устраняем в выходном сигнале вычитающего каскада 9 составляющие и , связанные с действием амплитудных и частотных флуктуаций задающего генератора 1.

В итоге, показания квадратичного усредняющего индикатора 10, пропорциональные мощности поступающего на него сигнала V_α2(t), составят в В²

Откуда безразмерные исследуемые амплитудные флуктуации, создаваемые проходным ВЧ устройством 4, определяются соотношением

и отсчитываются по калибратору 8, задающему в этом режиме в выходное колебание проходного ВЧ устройства 4 шумовую амплитудную модуляцию, равную по величине измеряемым амплитудным флуктуациям.

Настройку вычитающего каскада 9 на максимальное ослабление в его выходном сигнале составляющей связанной с действием амплитудных флуктуаций задающего генератора 1, осуществляют в заявляемом измерителе следующим образом.

Первоначально включают амплитудно-частотный приемник 7, настроенный известным способом на выделение амплитудных флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства 4 (см. описание измерителя [2]), а частотный и амплитудный приемники 5, 6 выключают, и с помощью модулятора 2 вводят в колебание задающего генератора 1 гармоническую амплитудную модуляцию, регистрируемую индикатором 10 и на 20-30 дБ превышающую величину амплитудных флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства 4.

Затем включают амплитудный приемник 6, настроенный на выделение амплитудных флуктуаций и соответственно гармонической амплитудной модуляции, присутствующей в колебании задающего генератора 1 при включенном модуляторе 2, и, регулируя коэффициент передачи сигнала в тракте усиления приемника 6 (такая регулировка всегда имеется в типовом приемнике), добиваются снижения показания индикатора 10 на величину не менее 20 дБ.

Наконец, гармоническую амплитудную модуляцию выключают (выключают модулятор 2). При этом гарантировано (с учетом выполненных выше процедур) ослабление на величину не менее 20 дБ влияния амплитудных флуктуаций задающего генератора 1 на выходной сигнал вычитающего каскада 9, пропорциональный амплитудным флуктуациям, создаваемым проходным ВЧ устройством 4, регистрируемым индикатором 10 и отсчитываемым по калибратору 8.

Настройку вычитающего каскада 9 на максимальное ослабление в его выходном сигнале, составляющей связанной с действием частотных флуктуаций задающего генератора 1, осуществляют в заявляемом измерителе следующим образом.

Первоначально выключают частотный и амплитудный приемники 5, 6, оставив включенным амплитудно-частотный приемник 7, настроенный на выделение амплитудных флуктуаций выходного колебания проходного ВЧ устройства, и с помощью модулятора 2 вводят в колебание задающего генератора 1 гармоническую частотную модуляцию, регистрируемую индикатором 10 (вследствие интермодуляционного преобразования частотной модуляции в амплитудную внутри проходного ВЧ устройства) и, как минимум, на 20-30 дБ превышающую величину амплитудных флуктуаций в выходном колебании проходного ВЧ устройства.

Затем включают частотный приемник 5, настроенный на выделение частотных флуктуаций и соответственно гармонической частотной модуляции, присутствующей в колебании задающего генератора 1 при включенном модуляторе 2, и, регулируя коэффициент передачи сигнала в тракте усиления частотного приемника 5, добиваются снижения показания индикатора 10 на величину не менее 20 дБ.

Наконец, гармоническую частотную модуляцию выключают (выключают модулятор 2). При этом гарантировано (с учетом выполненных процедур) ослабление на величину не менее 20 дБ влияния частотных флуктуаций задающего генератора 1 на выходной сигнал вычитающего каскада 9, пропорциональный амплитудным флуктуациям, создаваемым проходным ВЧ устройством 4, регистрируемым индикатором 10 и отсчитываемым по калибратору 8.

В итоге, достоверность и чувствительность у заявляемого измерителя по амплитудным флуктуациям, создаваемым проходным ВЧ устройством, будут на 20-40 дБ выше, чем у известных измерителей, за счет ослаблений на величины не менее 20 дБ влияний и частотных, и амплитудных флуктуаций задающего генератора на результат измерения (чего нет в прототипе и в других известных измерителях).

Описанные выше процессы показывают, что заявляемый измеритель может мерить не только частотные (фазовые), но и амплитудные флуктуации, создаваемые проходными ВЧ устройствами, преобразующими и не преобразующими частоты входных колебаний, отделяя частотные и амплитудные флуктуации проходных ВЧ устройств друг от друга, от собственных шумов измерительной аппаратуры и отделяя и частотные, и амплитудные флуктуации, создаваемые проходными ВЧ устройствами, и от частотных, и от амплитудных флуктуаций задающего генератора, чего нет в прототипе и в других известных измерителях флуктуаций.

Следовательно, функциональные возможности заявляемого измерителя расширены в сравнении с прототипом на измерение амплитудных флуктуаций, создаваемых проходными ВЧ устройствами, преобразующими и не преобразующими частоты входных колебаний, с достоверностью и чувствительностью на 20-40 дБ выше, чем у известных измерителей, а достоверность и чувствительность заявляемого измерителя по частотным (фазовым) флуктуациям, создаваемым проходными ВЧ устройствами, преобразующими и не преобразующими частоты входных колебаний, на 10-30 дБ выше, чем у измерителя-прототипа, и на 20-40 дБ выше, чем у других известных измерителей.

Источники информации

1. Патент РФ № 2088944, МПК G01R 23/6, опубл. 1997.

2. А.С. СССР № 652502, МПК G01R 23/6, опубл. 1979.

3. А.С. СССР № 286071, МПК G01R 23/6, опубл. 1971 - прототип.

Изобретение относится к области техники измерений и предназначено для измерения частотных (фазовых) и амплитудных флуктуаций, создаваемых проходными высокочастотными устройствами, преобразующими и не преобразующими частоты входных колебаний, включая устройства СВЧ и оптического диапазона. Измеритель содержит задающий генератор, модулятор, делитель мощности, проходное высокочастотное устройство, частотный, амплитудный и амплитудно-частотный приемники, калибратор, вычитающий каскад и индикатор. Технический результат - расширение функциональных возможностей измерителя на измерение амплитудных флуктуаций, повышение достоверности и чувствительности измерений частотных (фазовых) и амплитудных флуктуаций, создаваемых проходными высокочастотными устройствами. 1 ил.

Измеритель флуктуаций в проходных высокочастотных устройствах, содержащий задающий генератор, делитель мощности, проходное высокочастотное устройство, частотный приемник, вычитающий каскад и индикатор, где первый выход делителя мощности подключен к входу проходного ВЧ-устройства, второй через частотный приемник соединен с входом вычитающего каскада, выход которого подключен к индикатору, отличающийся тем, что в него дополнительно введены модулятор, калибратор, амплитудный и амплитудно-частотный приемники, при этом задающий генератор через модулятор соединен с входом делителя мощности, третий выход которого через амплитудный приемник подключен ко второму входу вычитающего каскада, а выход проходного высокочастотного устройства через калибратор и амплитудно-частотный приемник соединен с третьим входом вычитающего каскада.