Измеритель фазовых шумов СВЧ-усилителей Советский патент 1984 года по МПК G01R29/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерителям низкочастотных шумов СБЧ-приборов. Известен измеритель фазовых шумов СВЧ усилителеЙ5 содержащий задающий СВЧ-генератор, направленный отзетвитель, выходы которого подключены к входам сигнального и опорного каналов, при этом сигнальный канал состоит из направленного ответвителя, к одному из выходов которого подключен измеряемьм СВЧ-усилитель, выход которого через аттенюатор подключен к одному из входов трехдецибельного щелевого моста, а второй выход второго ответвителя через аттенюатор и фазовращатель подключен к второму входу трехдецибельного щелевого моста, выход которого является выходом сигнального канала и через третий направленный ответвител и аттенюатор подключен к входу СБЧсмесителя, опорный канал содержит последовательно соединенные фазовращатель и аттенюатор, включенные между вторым выходом первого направленного ответвителя и вторым входом третьего направленного ответвителя, причем выход СВЧ-смесителя подключен к входу селективного усилителя с индикатором на выходе 11 3Недостатком этого измерителя является зависимость чувствительности измерения фазовых шумов СВЧ-усилителя от уровня его выходной мощности. Для маломощных входных СВЧ-усилителей она может оказаться недостаточной и ограниченной низкочастотными фликкер-шумами СВЧ-смесителя. Наиболее близким к предлагаемому является измеритель фазовых шумов, содержащий задающий СВЧ-генератор5 выход которого подключен к входу направленного ответвителя, выходы которого подключены к входам опорного и сигнального каналов, при этом опорньй канал состоит из последовательно соединенных аттенюатора, смес теля, усилителя промежуточной частог It фазовращателя, а сигнальный канал последовательно соединенных второго аттенюатора, измеряемого усилителя, третьего аттенюатора, смесителя и усилителя промежуточной частоты, причем опорные входы смесителей обоих каналов через второй направленный ответвитель подключены к гетеродину, & выходы опорного и сигнального каналов подключены к соответствующим входам фазового детектора, выход которого подключен к низкочастотному анализатору спектра t2J. Однако предельная чувствительность измерения фазовых шумов СВЧ-усилителей этим измеритешем ограничивается низкочастотными шумами балансных смесителей и низкочс1стотными флуктуадиями фазы колебаний задающего генератора и СВЧ-гетеродина, которые, не полностью подавляются на фазовом детекторе вследствие нестрогой идентичности фазочастотных характеристик сигнального и опорного каналов, по которым проходят колебания СВЧ-генератора и гетеродина до- входов фазового детектора. Цель изобретения - повьппение чувствительности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель фазовых шумов СВЧ-усилителей, содержащий задающий генератор, выход которого через направленный ответвитель подключен к входам двух, каналов, причем первый канал содержит аттенюатор и фазовращатель, а второй канал - второй аттенюатор, измеряемый усилитель, последовательно соединенные третий, аттенюатор, смеситель и усилитель промежуточной частоты, при этом выход второго канала подкхпочен к сигнальному входу фазового детектора, выход подключен к входу низкочастотного анализатора спектра, дополнительно введен третий канал, состоящий из последовательно соединенных модулятора, четвертого аттенюатора и второго фазовращателя, выход которого -подключен к опорному входу фазового детектора, причем второй выход модулятора подключен к управляющему входу измеряемого усилителя, а во второй канал - второй направленный .ответвитель, индикатор, ферритовый вентиль, третий направленный ответвитель и высокочастотный анализатор спектра, в первый канал - линия задержки, вход которой подключен к одному из выходов первого направпоследовательно соединенные аттенюатор и фазовращатель подключен к гетеродинному входу смесителя, при этом второй выход первого направленного ответвителя через последовательно соединенные второй аттенюатор и второй направленный ответвите.пь соjединен с входом измеряемого усилителя, выход которого через последовательно соединенные ферритовый вентиль и третий направленный ответвитель подключен к входу третьего аттенюатора, причем к второму выходу второго направленного ответвителя подключен индикатор, а к второму выходу третьего направленного ответвителя - высокочастотный анализатор спектра. На чертеже представлена блок-схема устройства. Измеритель фазовых шумов СВЧ-усилителей содержит задающий СВЧ-генера тор 1, через направленный ответвител 2 и последовательно соединенные второй аттенюатор 3 и второй направленный ответвитель 4 подключенный к сигнальному входу измеряемого усилителя 5, к управляющему входу которого подключен модулятор 6, а выход соединен через последовательно соеди ненные ферритовьш вентиль 7, третий направленный ответвитель 8, третий аттенюатор 9 с сигнальным входом смесителя 10, гетеродинный вход кото рого через последовательно соединенные линию 11 задержки, первый аттеню атор 12 и фазовращатель 13 подключен к второму выходу направленного ответ вителя 2, при этом к второму выходу второго направленного ответвителя 4 подключен индикатор 14, а к второму выходу направленного ответвтиеля 8 подключен высокочастотный анализатор 15 спектра, выход смесителя 10 через усилитель 16 промежуточной частоты (УПЧ) подкл1очен к сигнальному входу ,фазового детектора 17, опорный вход которого через последовательно соединенные аттенюатор 18 и фазовраща. тель 19 подключен к второму вьпсоду модулятора 6, а к выходу фазового детектора 17 подключен низкочастотный анализатор 20 спектра. Измеритель работает следующим образом. Колебания задающего генератора 1 через направленный ответвитель, аттенюатор 3 и второй направленный ответвитель 4 подводятся к измеряемо му усилителю 5. На один из электродов усилителя 5 от модулятора 6 подается регулируемое по амплитуде синусоидальное напряжение с частотой порядка 0,1-1,0 МГц. Уровень этого напряжения выбирается таким, чтобы за счет модуляции фазы в спектре сигнала на выходе усилителя составляющая с несущей частотой отсутствовала. С выхода усилителя 5 СВЧ-колебания через ферритовый вентиль 7, направленный ответвитель 8 и аттенюатор 9 подводятся к смесителю 10. Гетерогенный сигнал к этому смесителю подводится от заедающего генератора 1 через направленньй ответвитель 2, линию 1,1 задержки, аттенюатор 12 и фаз.овращатель 13. Уровень сигнала, подводимый к испытуемому усилителю, контролируется с помощью направленного ответвителя 4 и индикатора 14. Подавление несущей частоты контролируется с помощью анализатора 15 спектра. Составляющая модулированного спектра с частотой модуляции и с боковыми составляющими вокруг нее выделяется с помощью УПЧ 16, колебания с выхода которого подводятся к фазовому детектору 17 Опорные колебания на фазовый детектор 17 подводятся, от модулятора 6 через аттенюатор 18 и фазовращатель 19. Напряжение с выхода.фазового детектора 17, пропорциональное фазовым шумам измеряемого усилителя 5, анализируется по спектру низкочастотным анализатором спектра 20. Отсчет спектральных плотностей этих шумов осуществляется по выходному прибору низкочастотного.анализатора 20 спектра после чего , калибровки. Мощности сигналов измеряемого и гетерогенного), подводимые к смесителю 10, контролируются по токам диодов смесителя, которые устанавливаются аттенюаторами 9 и 12 в пределах допустимых величин. Настройка измерителя: чтобы не перегрузить диоды смесителя и испытуемьш СВЧ-усилитель перед включением генератора 1 вводят на полное затухание аттенюаторы 3, 9 и 12. После включения всех приборов измерителя аттенюатором 3 устанавливают номинальное значение мощности на входе усилителя 5. Регулировкой выходного напряжения модулятора 6 достигают подавление несущей, что наблюдается по спектру на высокочастотном анализаторе 15 спектра. Аттенюаторами 9 и 12 устанавливают номинальные значения мощности, подводимой к смесителю, что контролируется по токам диодов смесителя. Р гулировкой усиления УПЧ 16 и аттеню атором 18 устанавливают равенство сигналов на входах фазового детекто ра 17, что контролируется осциллографом, подключаемым к этим входам. Фазовращателем 19 устанавливается нулевое значение постоянной составл ющей тока на выходе фазового детект ра 17, что контролируется встроенны в схему фазового детектора измерительным прибором. Анализатором 20 спектра проводят измерения спектра фазовых шумов испытуемого СБЧ-усили . Калибровка измерителд проводится любым из известных способов, в част ности дополнительной низкoчacтotнoй модуляцией фазы испытуемого усилите ля с известным малым индексом или фазовращателем 19, которьй предвари тельно откалиброван. В первом случае индекс модуляции определяется следунщим образом. Фик сируют напряжение модуляции фазы СВЧ-усилителя, при котором подавляется несущая частота. Тогда крутизна модуляционной характеристики испытуемого усилителя равна S 2,405 - эф., где и - эффективное значение моЭФлт дулирующего напряжения, при котором подавляется несущая частота. Искомый индекс модуляции равен .1 SV. где - эффективное значение напряжения низкой частоты дополнительно модулирующего фазу испытуемого усилителя (и,фд, U Во втором случае калиброванным фазовращателем 19 выводят фазовый детектор 17 из состояния баланса. По уровню напряжения разбаланса и по.показаниям фазовращателя 19 опре деляют крутизну характеристики фазового детектора 17. Измеряемые шумы определяются путем спектрального анализа напряжения на выходе фазового детектора. Эффективные значения напряжения, фиксируемые анализатором 20 спектра на каждой частоте анализа, з ножают на крутизну характеристики фазового детектора. Полученный результат возводят в квадрат и делят на полосу частот анализа анализатора 20 спектра. Технические преимущества предлагаемого измерителя фазовых шумов СВЧ-усилителей перед известньми измерителями состоят в том, что достигается увеличение предельной чувствительности за счет того, что усиливаемые колебания путем их дополнительной модуляции фазы с подавлением неСущей частоты переносятся в область частот, где шумы СВЧ-смесителей меньше, и фазовое детектирование этого сигнала осуществляется на частоте модуляции. Повышается надежность работы схемы, так как случайное нарушение баланса фаз в схеме подавления несущей частоты повьшенной мощности приводит к сгоранию смесителя. В предлагаемой схеме легко обеспечиваемая стабильность модулирующего напряжения порядка достаточна для обеспечения стабильного отсутствия составляющей несущей частоты с мощностью меньше единиц милливат в сигнале на выходе испытуемого усилителя. Предлагаемый измеритель может быть использован для измерения фазовых шумов pin-аттенюаторов, ограничителей мощности и ряда других элементов СВЧ-тракторов, которые включают между аттенюатором 9 и смесителем 10. .Им можно проводить измерения амплитудных шумов СВЧ-усилителей и указанных устройств, для чего фазовращателем 13 устанавливается синфазность на смесителе гетеродинного и измеряемого сигналов и вместо фазового детектора 17 на выходе УПЧ 16 применяется амплитудный детектор..

ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗОВЫХ ШУМОВ СВЧ-УСИЛИТЕЛЕЙ, содержащий задающий генератор, выход которого через направленный ответвитель подключен к входам двух каналов, причем первый канал- содержит аттенюатор и фазовращатель, а второй канал - второй ат,тенюатор, измеряемый усилитель, последовательно соединенные третий аттенюатор, смеситель и усилитель промежуточной частоты, при этом выход второго канала подключен к сигнальному входу фазового детектора, выход которого подключен к входу низкочастотного анализатора спектра, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности измерения, в него введен третий канал, состоящий из последовательно соединенных модулятора, четвертого аттенюатора и второго фазовращателя, выход которого подключен к опорному входу фазового детектора, причем второй выход модулятора подключен к управляющему входу измеряемого усилителя, а во второй канал - второй направлен-, ньш ответвитель,индикатор, ферритовый вентиль, третий направленный ответвитель и высокочастотный анализатор спектра, в первый канал - линия задержки, вход которой подключен к одному из выходов первого направленного ответвителя, а выход через последовательно соединенные аттенюатор и фазовращатель подключен к гетеродинному входу смесителя, при этом (Л второй выход первого направленного ответвителя через последовательно соединенные второй аттенюатор и второй направленный ответвитель соединен с входом измеряемого усилителя, выход которого через последовательно соединенные ферритовый вентиль и третий направленный ответвитель подклюсо ьо чен к входу третьего аттенюатора, при1чем к второму выходу второго направ4 ленного ответвителя подключен индикатор, а к второму выходу третьего ОО направленного ответвителя - высокочас со тотный анализатор спектра.