Измеритель спектров частотных шумов маломощных СВЧ-генераторов Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения частотных СВЧ-генераторов,

Цепь изобретения повьш1ение чувствительности измерителя путем по;давления несущей, модулйции фаза и усиления сигнала, последующего восстановления несущей в сигнале, синхронного детектирования и анализа спектра продетектированного сигнала. На чертеже приведена структурная схема измерителя,

Измеритель содержит направленный ответвитель 1, вход которого является входом устройства, к первому выходу которого подключены последовательно соединенные резонатор 2, компенсатор 3 несущей, малошумящий усилитель 4j модулятор 5 фазы, направленньй ответвитель 6 сумматор 7, направленный ответвитель 8, детектор 9, последовательно соединенные первьй аттенюатор 10 и первьй фазовращатель 11 , которые включены между вторым выходом направленного ответвителя 1 и вторым входом компенсатора 3 несущей, последовательно соединенные аттенюатор 12 и фазовращатель 13, которые включены между третьим выходом направленного ответвителя 1 и вторым входам сумматора 7 5 подключенные к выходу детектора 9 последовательно соединеные усилитель 14 промежуточной частоты и балансньй детектор 15 колебаний промежуточной частоты, генератор 16 колебаний промежуточной частоты, выход которого подключен к входу модуляции модулятора 5 фазы, между выходом генератора 16 и вторым входом балансного детектора 15 включены последовательно соединенные аттенюатор 17 и фазовращатель 18, н:изкочастотный анализатор 19 спектра, который подключен к выходу балансного детектора 15, вторые выходы второго 6 и третьего 8 направленных ответвителей подключены соответственно к входам первого 20 и второго 21 анализаторов спектра СВЧ-диапаэона,

Измеритель работает следующим образом,

СВЧ-резонатор настраивают на частоту исследуемого генератора.

Регулировкой уровня сигнала первы аттенюатором 10 и его фазы первым фазяппащателем 11 снижается уровень

несущей, в компенса.торе 3, что контролируется первым СВЧ-анализ-атором 20 спектра. Регулировкой величины напряжения генератора 16 промежуточной частоты устанавливается индекс модуляции фазы модулятором 5 сигнала, усиленного малюшумящим усилителем 4, равным 2,405. В этом случае несущая в спектре сигнала на выходе модулятора 5 отсутствует, что контролируется первым СВЧ-анализатором 20 спектра. В фазе боковьрс составляющих спектра этого сигнала содержатся фазовые щумы испытуемого генеработа и частотные шумы этого генератора, преобразовалные резонатором 2 в фазовые шумы. В сумматоре 7 несущая восстанавливается, что контролируется вторым СВЧ-анализатором 21 спектра. Фаза этой несущей вторым фазовращателем 13 поворачивается на 90 относительно фазы исходных колебаний. При таком повороте фазы несущей на СВЧ-детекторе 9 происходит фазовое детектирование подводимых к нему колебаний, при котором в спектре сигнала на нагрузке детектора 9 содержатся составляющие промежуточной частоты. Они вьщеляются усилителем 14 колебаний промежуточной частоты. Аттенюатором 12 устанавливается уровень мощности колебаний,подводимых к детектору 9. Величина этого уровня контролируется анализато-ром 21 спектра СВЧ-колебаний, На выходе балансного детектора 15 вследствие равенства несущих частот колебаний, подводимых к обоим его входам, выделяется постоянная составляющая напряжения и шумовое напряжение, пропорциональное частотным шумам испытуемого генератора.

Третьим фазовращателем 18 регуируется фаза опорных колебаний,

подводимых к балансному детектору 15 колебаний промежуточной частоты, до получения максимальных показаний низкочастотного анализатора 19. Допустимое напряжение опорных колебаНИИ устанавливается аттенюатором 17. Спектр шумового нз.пряжения на выходе балансного детектора 15, пропорционального частотным шумам испытуемого СВЧ-генератора, определяется

низкочастотным анализатором 19 спектра. В балансном детекторе 15 подавляются амплитудные шумы, которые имеются в сигнале, поступающем на смеситель с выхода усилителя 14 промежуточной частоты.

Шумы, подлежащие измерению, содержатся в колебаниях на выходе усилителя 14 как флюктуации фазы колебаний промежуточной частоты. Поэтому преобразование колебаний, подводимых к детектору 15 является фазовым детектированием и максимальный сигнал на выходе низкочастотного анализатора 19 спектра получается при разности фаз колебаний, подводимых к детектору 15, равной 90°.

Калибровку измерителя можно провести любым из известных методов.

К измерителю подключается СВЧ-генератор с электрической перестройкой частоты. С помощью вспомогательного генератора низкой частоты осуществляется модуляция частоты вспомогательного СВЧ-генератора до такой величины, при которой в спектре колебаний, наблюдаемом по анализатору 20, несущая исчезает. Аттенюатор 10 при этом должен быть полностью закрыт или фазовращатель 11 разрегулирован, чтобы исключить подавление несущей в компенсаторе 3. Частоту модулирующего напряжения F выбирают в диапазоне примерно от 10 до 100 кГц. Амплитуда девиации .частоты вспомогательного СВЧ-генератора при этой модуляции равна д 2,405 7„, Затем напряжение, модулирующее частоту вспомогательного СВЧ-генератора уменьшается в любое фиксированное число раз (например, в 100; 1000 и т.д.). Соответственно с этим уменьшаются амплитуды девиации частоты д. Этим девиациям частоты соответствуют определенные показания низкочастотного анализатора 19 спектра. Каждое из них является калиброванным и соответствует спектральной плотности флюктуации частоты:

Gдf (F) 22Ра

где лГо - полоса частот анализа низ- 50 кочастотного анализатора 19 спектра (размерность i. измеряемых величин ). Предельная чувствительность предлагаемого измерителя по уровням из- jj меряемьк частотных шумов СВЧ-генератора ограничивается Ьвумами балансного детектора 15, нормированными

к квадрату эффективного значения . напряжения несущей подводимых к нему колебаний. Спектральная плотность этих шумов на частоте 1 кГц для разных типов детекторов лежит в пределах минус 140-170 дБ/Гц. Предельная чувствительность измерителя по уровню входной СВЧ-мощности соответствует чувствительности супергетеродинного приемника, которая при коэффициенте шума порядка единиц децибел и при полосе частот анализа порядка 10 Гц составляет величину порядка минус 150-160 дБ относительно милливатта. Чувствительность измерителя как по величинам измеряемых частотных шумов, так и по минимальным значениям СВЧ-мощности генератора измерителя вьш1е, чем у прототипа, на 30-40 дБ.

Формула изобретения

Измеритель спектров частотных шумов маломощных СВЧ-генераторов, содержащий последовательно соединенные первый направленный ответвитель, вход которого является входом устройства, резонатор и компенсатор несущей, последовательно соединенные второй направленный ответвитель, сумматор СВЧ-колебаний, третий направленньй ответвитель, детектор, усилитель промежуточной частоты, балансньш детектор и низкочастотный анализатор спектра, между вторым выходом первого направленного ответвителя и вторым входом компенсатора несущей включены последовательно соединенные первый аттенюатор и первый фазовращатель, между третьим выходом первого направленного ответвителя и вторым входом сумматора включены последовательно соединенные второй аттенюатор и второй фазовращатель, генератор промежуточной частоты, между выходом которого и вторым входом балансного детектора включены последовательно соединенные третий аттенюатор и третий фазовращатель, вторые выходы второго и третьего направленных отв.етвителей соединены с входами соответственно первого и второго анализаторов спектра, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, между компенсатором несущей и вторым направленным ответвителем S включены последовательно соединенные малошумящий усилитель и модулятор фазы, а выход гене12672796ратора .промежуточной частоты подключен к выходу модуляции модулятора фазы.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Предназначено для измерения частотных шумов СВЧ-генератора. Цель изобретения - повьпиение чувствительности измерителя. В устройство, содержащее направленные отвётвители 1, 6, 8, резонатор 2, компенсатор 3 несущей, сумматор 7, детектор 9, аттенюаторы 10, 12, 17, фазовращатели 11, 13, 18, усилитель 14 промежуточной частоты (ПЧ), балансный детектор 15 колебаний ПЧ, генератор 16 колебаний ПЧ, низкочастотный анализатор 19 спектра, для достижения цели за счет подавления несущей, модуляции фазы и усиления сигнала, последующего восстановления несущей в сигнале синхронного детектирования и анализа спектра продетектированного сигнала, в устройство введены новые связи, малошумящий усилитель 4, модулятор 5 фазы. Предельная чувствительность предлагаемого измерителя по уровням измеряемых частотных шумов СВЧ-генераторов ограничивается шумами балансного О детектора 15, нормированными к квадрату эффективного значения напряжеел ния несущей подводимых к нему колес баний. Предельная чувствительность измерителя по уровню входной СВЧмощности соответствует чувствительности супергетеродинного приемника. Чувствительность устройства как по N9 величинам измеряемых частотных шуа мов, так и по минимальнЕ)1м значениям ю СВЧ-мощности генератора измерителя Bbmie, чем у прототипа, на 39-40 дБ. i ил. со