Измеритель спектра фазовых шумов СВЧ усилителя Советский патент 1987 года по МПК G01R29/26 

1

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ и может использовать-- ся при измерении шумовых составляющих спектров колебаний приборов СВЧ вблизи несущей.

Цель изобретения - повьапение чувствительности и точности при измерении спектра фазовых шумов СВЧ-усили- теля вблизи несущей частоты.

На чертеже приведена структурная электрическая схема измерителя спектра фазовых шумов СВЧ-усилителя,

Измеритель содержит СВЧ-генератор

1,двойной направленный ответвитель

2,исследуемый СВЧ-усилитель 3, компенсатор 4. несущей СВЧ, СВЧ-усилитель 5, модулятор 6 фазы, первый направленный ответвнтель 7 сумматор 8 мощности, второй направл енный ответвитель 9, детектор 10, предварительный усилитель 11 промежуточной частоты (ПУПЧ), компенсатор 12 несущей промежуточной частоты, усилитель 13 промежуточной ч астоты (УПЧ), анализатор 14 спектра промежуточной частоты, первый аттенюатор 15 и первый фазовращатель 16, третий аттенюатор . 17 и третий фазовращатель 18, генератор 19 промежуточной частоты (кварце- въй), второй аттенюатор 20 второй фазовращатель 21, высокочастотный анализатор 22 спектра, дополнитель- ньй высокочастотный анализатор 23 спектра.

Измеритель спектра фазовых шумов СВЧ-усилителя работает следующим образом.

Колебания СВЧ-генератора 1 при прохождении их через исследуемый СВЧ-усилитель 3 модулируются по амплитуде и фазе его низкочастотными шумами. Составляющая спектра несущей частоты в компенсаторе 4 подавляется на 30-40 дБ интерференционным способом колебаниями, ответвленными от СВЧ-генератора 1, регулировкой амплитудых этих колебаний аттенюатором 15 и поворотом их фазы на 180° фазовращателем 16. Это подавление наблюдается на экране высокочастотного анализатора 22 спектра при выключенном генераторе 19 промежуточной частоты. При таком подавлении несущей отношения мощностей боковых составляющих спектра СВЧ-колебаний, обусловленных фазовыми тумами исследуемого СВЧ-усилителя 3, к мощности несущей оказьшаются увеличенными на 30-40 дБ, Вспомогательный малошумя20

25

12986952

щий СВЧ-усилитель 5 служит для увеличения уровней, всех составляющих спектра подводимых к нему колебаний в том числе и несущей, подав- .

5 ленной на 30-40 дБ. Эти колебания модулируются по фазе модулятором 6 с индексом модуляции, равным 2,405. Модулирующее напряжение подводится от генератора 19 высокостабильных

0 колебаний промежуточной частоты. После увеличения в компенсаторе 4 измеряемых В1умов на 30-40 дБ их уровни оказываются значительно большими фазовых шумов модулятора 6 и поэтому

S5 последними можно пренебречь. 1

При модуляции фазы СВЧ-колебаний

с индексомS равным 2,405, несущая на выходе модулятора 6 полностью подавляется, что наблюдается высокочастотным СВЧ-анализаторон 22 спектра. Каждая из дискретных боковых составляющих спектра колебаний на выходе модулятора 5 фазы является квазигармоническим колебанием, флуктуации фазы которого обусловлены фазовыми шумами СВЧ-генератора 1 и исследуемого СВЧ-усилителя 3.

В сумматоре 8 несущая восстанавливается с поворотом фазы на 90 относительно ее первоначального значения., Колебания для восстановления несущей подводятся к сумматору 8 от СВЧ-генератора 1 через аттенюатор 17 и фазовращатель 18, Восстанов35 ленная несущая также является квазигармоническим колебанием, флуктуа- ции фазы которого обусловлены только фазовыми щумами СВЧ-генератора 1. Восстановление несущей наблюдается

40 дополнительньм высокочастотньм анализатором 23 спектра. При таком соотношении фаз между несущей и боковыми составляющш-1и спектра колебаний, подводимых к детектору 10,

45 он оказывается фазовым, В результате фазового детектирования СВЧ-колебаний, подводимых к детектору 10, на его выходе появляются квазигармонические колебания промежуточной

50 частоты, частота несущей которых равна частоте генератора 19. Эти квазигармонические колебания вьще- ляются и усиливаются по амплитуде ПУПЧ 11, Флуктуации фазы зтих ко55 лебаний обусловлены только флукту- ациями фазы исследуемого СВЧ-уси- лителя 3. Флуктуациями фазы колебаний генератора 19 пренебрегается вследствие их малости по сравнению

30

31298695

на 30-40 дБ фазовыми уемого СВЧ-усилителя торе 12 колебания неточной частоты подав70 дБ интерференционолебаниями от генерадимыми к второму входу 2 через аттенюатор 20 ь 21, Подавление несуся анализатором 14 одавление несущей приительному увеличению ношений мощностей боющих спектра, обуслови шумами исследуемого 3, к мо0щости несзлцей.

выхода компенсатора УПЧ 13 и анализиру- у анализатором 14 спекfO

5

то пе те пе вы вт ус ан ча ге вы uifi ат и те те сп вб но ко не вы сл хо 1да по ат и ду ног нап тел щей етс 35 исс вхо фаз кот тор с -в тор пра ный тра нап тел уси ком час вхо

тра.

При общем подавлении несущей на 90-110 дБ анализатором 14 спектра с динамическим диапазоном 50-70 дБ обеспечивается возможность непосредственного измерения уровней боковых составляющих спектра вблизи несущей, обусловленных фазовыми шумамя исследуемого СВЧ-усилителя 3, если уровни этих составляющих не меньше величин порядка минус 150-170 дБ/Гц относительно мощности несущей.

Построение измерителя по такой схеме позволяет увеличить предельную чувствительность измерения, обеспечивает возможность непосредственного измерения этих составляющие спектра СВЧ-колебаний на рассто яни- ях от несущей порядка 10 Гц при полосе анализа промышленного анализатора спектра колебаний промежуточной частоты 3 Гц, позволяет проводить непосредственное измерение боковых составляющих спектра колебаний, обусловленных фазовыми шумами СВЧ-усилителя, если мощность СВЧ-колебаний на выходе усилителя имеет величину порядка долей - единиц микроватта, характерную для малошумящих входных СВЧ-усилитёлей.

Предлагаемое устройство позволяет проводить измерение фазовых шумов, вносимых в СВЧ-колебания любым четырехполюсником, например амплитудным ограничителем, аттенюатором и др.

Формула изобретения

Измеритель спектра фазовых шумЪв СВЧ-усилителя, содержащий СВЧ-генераfO

5

0

5

тор, последовательно соединенные первьй аттенюатор и первый фазовращатель, последовательно соединенные первый направленный ответвитель и высокочастотный анализатор спектра, второй направленный ответвитель, усилитель промежуточной частоты, анализатор спектра промежуточной частоты, последовательно соединенные генератор промежуточной частоты, выход которого соединен с управляю- uifiM входом модулятора фазы, второй аттенюатор, и второй фазовращатель,, и детектор, отличающийся тем, что, с целью повьшзения чувствительности и точности при измерении спектра фазовых шумов СВЧ-усилителя вблизи несущей частоты, введены двойной направленньп ответвитель, вход которого соединен с выходом СВЧ-ге- нератора, а первый выход является выходом для подсоединения входа исследуемого СВЧ-усилителя, второй выход соединен с входом первого атте- 1даатора, а к третьему подсоединены последовательно соединенные третий аттенюатор, третий фазовращатель и сумматор мощности, включенный между вторым выходом первого HanpaBj.eH- ного ответвителя и входом второго направленного ответвителя, последовательно соединенные компенсатор несущей СВЧ, первый вход которого является входом для подключения выхода 5 исследуемого СВЧ-усилителя, а второй вход подсоединен к выходу первого фазовращателя, и СВЧ-усилитель, вход которого подключен к выходу компенсатора несущей СВЧ, а выход соединен с -входом модулятора фазы, выход которого соединен с входом первого направленного ответвителя, дополнительный высокочастотньй анализатор спектра, подключенный к выходу второго направленного ответвителя, последовательно соединенные предварительный усилитель промежуточной частоты и компенсатор несущей промежуточной частоты, выход которого подключен к входу усилителя промежуточной часто0

0

5

0

5

ты, а второй вход соединен с выходом второго фазовращателя, при этом выход усилителя промежуточной частоты подключен к входу анализатора спектра.промежуточной частоты,вход детектора соединен с выходом второго направленного ответвителя, а выход - с входом предварительного усилителя промежуточной частоты.

Изобретение обеспечивает повышение чувствительности и точности при определении спектра фазовых шумов СВЧ-усилителя вблизи несущей частоты. Измеритель содержит СВЧ- генератор 1, двойной направленный ответвитель 2, исследуемый СВЧ-уси- литель (ИУ) 3, компенсатор 4 несущей СЕЧ, СВЧ-усилитель 5, модулятор 6фазы, направленные ответвители 7и 9, сумматор 8 мощности, детектор 10, предварительный усилитель 11 промежуточной частоты, компенсатор 12 несущей промежуточной часто-, ты, усилитель 13 промежуточной частоты, низкочастотный ана:шзатор 14. спектра, аттенюаторы 15, 17 и 20. фазовращатели 16, 18 и 21, генератор 19 промежуточной частоты и высокочастотные анализаторы 22 и 23 (ВЧА) спектра. Колебания СВЧ-генератора 1 при прохождении их через ИУ 3 модулируются по амплитуде и фазе его низкочастотными шумами. Спектральная составляющая несущей частоты в компенсаторе 4 подавляется на 30-40 дБ. Подавление несущей равнозначно увеличению измеряемых щумов на 30-40 дБ, При индексе модуляции модулятора 6, равном 2,406, несущая полностью подавляется, что наблюдается на ВЧА 22. В сумматоре 8 несущая восстанавливается с поворотом фазы на 90 относительно ее первоначального значения. После детектирования и усиления в компенсаторе 12 вьщеленные детектором 10 колебания несущей промежуточной частоты подавляются на 60- 70 дБ. В результате мощность составляющих спектра, обусловленных шумами НУ 3, увеличивается на 60-70 дБ по отношению к мощности несущей. Анализатор 14 осуществляет анализ. 1 ил. Q (Л с: ю 00 CR :о :п