Двухканальный измеритель частотных флуктуаций колебаний генераторов СВЧ-диапазона Советский патент 1987 года по МПК G01R23/00 

кции. Устройство также содержит раз- ветвитель 1 мощности, СВЧ частотный детектор 2, малошумящие усилители 4 и 7, ферритовый вентиль 5, СВЧ частотный детектор 6, блок 8 инвертора фазы и сумматора напряжений, блок 12 обработки полезного сигнала, и индикатор 13 мощности. Анализатор спект1

Изобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано для измерения частотных флуктуации колебаний высокостабильньпс СВЧ-гене- раторов дискретного спектра и синтезаторов СВЧ при наличии побочных составляющих вблизи несущей.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона, повышение чувствительности и сокращение времени измерений.

На фиг, 1 представлена структур- ная схема предлагаемого измерителяj на фиг. 2-4 7 структурная схема соответственно цепи обратной коррекции блока обработки полезного сигнала и узла управления; на фиг. 5 - временные диаграммы работы.

Двухканальный измеритель частотных флуктуации колебаний генераторов СВЧ-диапазона содержит разветвитель 1 мощности, ферритовый вентиль 2, СВЧ частотный детектор 3, мапошумя- щий усилитель 4, ферритовый вентиль 5, СВЧ частотный детектор 6, малошумящий усилитель 7, блок 8 инвертора фазы и cyNiMaTopa напряжений, анализатор 9 спектра, цепь 10 обратной коррекции, генератор 11 квадратичной функции, блок 12 обработки полезного сигнала и индикатор 13 мощности флуктуации, причем анализатор 9 спектра содержит балансный модулятор 14, генератор 15 поднесущей частоты и узкополосный фильтр 16.

Вход разветвителя 1 мощности соединен с исследуемым генератором, а выходы - с двумя измерительными каналами. В состав первого измерительного канала входят последовательно соединенные ферритовый вентиль 2,СВЧ частотный детектор 3 и малошумящий

ра 9 содержит балансный модулятор 14, генератор 15 псднесущей частоты и узкополосныйвфильтр 16, Устройство позволяет более чем на порядок повысить чувствительность измерений, расширить динаьдаческий диапазон, сократить в несколько раз время измерений. 1 с. 3 .4.п. ф-лы, 5 ил.

усилитель 4. Второй измерительный канал построен аналогично первому и содержит ферритовый вентиль 5, СВЧ частотный детектор 6 и малошумящий усилитель 7. Выходы малошумящих усилителей 4 и 7 подсоединены к входам блока 8 инвертора фазы и сумматора напряжений, выход которого подклюQ чен через последовательно соединенные анализатор 9 спектра, 10 обратной коррекции, генератор 11 квадратичной функции и блок 12 обработки полезного сигнала к индикатору 13

5 мощности флуктуации. Анализатор 9 спектра состоит из последовательно соединенных балансного модулятора 14, первый вход которого является входом анализатора 9 спектра,к втоQ рому входу которого подключен генератор 15 поднесущей частоты, и узкополосного фильтра 16, выход которого является выходом анализатора 9 спектра.

5 Цель 10 обратной коррекции (фиг,2) выполнена в виде операционного усилителя 17, в цепь отрицательной обратной связи которого включен последовательный RLC-контур, состоящий

0 из конденсатора 18 переменной емкости, катушки 19 индуктивности и переменного резистора 20.

В состав блока 12 обработки полезного сигнала(фиг. 3J входит ин5

тегрирующая цепь 21, параллельно

конденсатору 22 которой подключен ключ 23 для сброса на нем напряжения. Выход интегрирующей цепи 21 через ключ 23 соединен с корпусной шиной, Q а через буферньй усилитель 24 и два параллельных канала, состоящих из последовательно соединенных ключей 25 и .26, запоминающих ячеек 27 и 28,

соединен с входом вычитателя 29, выход которого подключен к последовательно соединенным ключу 30 и запоминающей ячейке 31. В состав блока 12 обработки полезного сигнала входит также узел 32 управления, выходы которого с первого по четвертый, соединены соответственно с ключами 25, 26, 23 и 30, а пятый выход - с уп- равляюпщм входом блока 8 инвертора фазы и сумматора напряжений. Элементы 21, 23, 24 представляют собой накопитель 33.

Узел 32 управления (фиг. 4) содер- is редачи обоих измерительных каналов

жит последовательную цепь, состоящую из генератора 34 временных интервалов, делителя 35 частоты на два и делителя .36 частоты на шесть с групповым переносом. Три прямых выхода делителя 36 частоты на шесть с групповым переносом подсоединены к трем делителям 37-39 частоты на п (п задается временем измерения). К блоку 8 инвертора фазы и сумматора напряже НИИ подключен прямой выход делителя 37 частоты, В состав узла 32 управления входят также пять логических элементов И 40-44 и один логический элемент ИЛИ 45, Выход элемента ИЛИ 45 подключен к ключу 23 (фиг, 3), выход элемента И 40 - к ключу 25, а элементы И 42 и 44 - соответственно к ключам 26 и 30 блока 12 обработки полезного сигнала. При этом выходы элементов И 41 и 43 подключены к входам элемента ИЛИ 45, В состав узла 32 управления входят также инверторы 46-50,

На фиг. 4 приведены временные диа- 40 ласть высоких частот. Выходной сигграммы напряжений узла 32 управления а - на выходе генератора 34 временных интервалов; S - на выходе делителя 35 частоты на два; В , ., - на прямых выходах делителей 37, 38 и 39 частоты на п; г - на выходе инвертора 49; е ,) , Ч , , t - на выходах элементов И 40, 41, 42, 43 и 44; л - на выходе элемента ИЛИ 45; м - на выходе буферного усилителя 24; Н, п ,0 - на выходах запоминающих ячеек 27, 28 и 31,

Предлагает ш измеритель работает следующим образом.

Сигнал от исследуемого генератора СВЧ-диапазона через разветвитель 1 мощности и ферритовые вентили 2 и 5 поступает на СВЧ частотные детекторы 3 и 6 интерференционного типа

на основе сверхпроводящего резонатора (с нагруженной добротностью 10 ) с регулируемой добротностью, преобразующие частотные флуктуации в амплитудные. Сигналы с выходов СВЧ частотных детекторов 3 и 6 подаются на входы малошумящих усилителей 4 и 7 с полосой, равной исследуемому частотному диапазону флуктуации. Усиленные сигналы с выходов малошумящих усилителей 4 и 7 подаются на входа блока 8 инвертора фазы и сумматора напряжений. Коэффициенты пе0

5

0

5

равны. В блоке 8 инвертора фазы и сумматора напряжений происходит инвертирование сигнала одного из ка- . налов и поочередное суммирование инвертированного и неинвертированнрго сигналов с сигналом другого канала в определенные промежутки времени, задаваемые блоком 12 обработки по- лезяого сигнала в виде соответственно нулевого и единичного управляющих уровней. При этом разностный сигнал представляет собой собственные шумы измерительных каналов, а в суммарном сигнале присутствуют собственные шумы измерительных каналов и удвоенный исследуемый сигнал, содержащий информацию об амплитуде частотных флуктуации колебаний исследуемого генератора. Сигнал из блока 8 инвертора фазы и сумматора напряжений подается затем на вход балансного модулятора 14, где осуществляется амплитудная модуляция сигнала генератора 15 поднесу- щей частоты и перенос спектра в об-

нал балансного модулятора 14 представляет собой амплитудно-модулированный сигнал, амплитуды боковых составляющих которого пропорциональны суммарному или разностному сигналам, Таким образом, амплитуды боковых составляющих несут информацию об частотных флуктуациях колебаний исследуемого генератора и собственных шумах измерительных каналов. Сигнал с выхода балансного модулятора 14 поступает на неперестраиваемый узкополосиый фильтр 16, на выходе которого выделяется сигнал, несущий информацию об частотных флуктуациях колебаний исследуемого генератора и собственгаах шумах измерительных каналов в полосе частот, определяемой заданной полосой частот узкополосного фильтра 16,

Перестраивая в исследуемом диапазоне частот синхронно генератор 15 подне- сущей частоты н цепь 10 обратной коррекции таким образом, чтобы собственная частота ее RLC-контура стала равной частоте генератора 15 под- несущей частоты,цепью 10 обратной коррекции, имеющей обратную амплитудно-частотную характеристику, компенсируют частотные искажения исследуемого сигнала, возникающие в СВЧ частотных детекторах 3 и 6 за счет высокой крутизны преобразования час- тотных флуктуации в амплитудные, С выхода цепи 10 обратной коррекции сигнал поступает на генератор 11 квадратичной функции. Выходной сигнал генератора 11 квадратичной функции,проВо время действия нулевого уровпорциональный квадрату амплитуды входного сигнала, подается в блок 12 ня напряжений (фиг. 5 6) сигнал на работки полезного сигнала, где выде- выходе блока 8 инвертора фазы и сумляется сигнал, пропорциональный квадрату амплитуды частотных флуктуации колебания исследуемого генератора, поступающий затем на индикатор 13 мощности флуктуации.

Работа блока 8 инвертора фазы и .сумматора напряжений и блока 12 обработки полезного сигнала осуществляется сигналами, вырабатываемыми узлом 32 управления согласно временных диаграмм напряжений (фиг. 5), обеспечивая автоматический режим их работы.

25

матора напряжения равен разности сигналов обоих измерительных каналов. За это время происходит запоминание сигнала запоминающей ячейкой 28 (фиг. 3) и перевод блока 12 обработки полезного сигнала в исходное состояние, аналогично описанному (фиг 5,л ,w , п ). При этом ключи 26 и .23 управляются сигналами, вьфабатьшаемыми элементами И 42 и RTIH 4S согласно фиг. 4 и 5о(, S,& , 2., ,U , Л .

За время действия последующего

Управление работой блока 8 инвер- 35 единичного уровня напряжения (фиг.5 6 )

тора фазы и сумматора напряжений производится сигналом, вырабатывае- Мз1м делителем 37 частоты. За время действия единичного уровня напряжений (фиг. 58) сигнал с выхода блока 8 инвертора фазы и сумматора напряжений равен сумме сигналов обоих измерительных каналов, а на конденсаторе 22 блока 12 обработки полезного сигнала появляется экспоненци- .ально возрастающий сигнал (фиг.5 м).

Элемент И 40 узла 32 управления по сигналам, вырабатываемым инвертором 47 из сигнала генератора 34 временных интервалов, делителем 35 частоты на два, делителем 37 частоты на п и инвертором 48 из сигнала делителя 38 частоты на п (фиг. 5а, 6В,) формирует сигнал,(фиг. 5е) который открьтает ключ 25 блока 12 обработки полезного сигнала (фиг. 3). За время действия этого сигнала происходит запоминание уровня выходного

сигнала буферного усилителя 24 запоминающей ячейк ой 27 (фиг. 4 и 5н ) блока 12 обработки полезного сигнала.

Элемент И 41 (фиг. 4) по сигнала, вырабатываемым инверторами 46, 47 и 49 из сигналов генератора 34 временных интервалов, делителя 35 частоты на два и делителя 38 частоты на п и сигнала с выхода делителя 37 частоты на п (фиг. 50,8 , Ь , /; ) вы- рабатьгоает сигнал (фиг. 5), который подается на элемент ИЛИ 45. Выходной сигнал элемента ИЛИ 45 (фиг.5 л ) открывает ключ 23, который сбрасывает напряжение на конденсаторе 22 до нулевого значения, переводя его в исходное состояние (фиг. 5.м).

Во время действия нулевого уровня напряжений (фиг. 5 6) сигнал на выходе блока 8 инвертора фазы и сум

матора напряжения равен разности сигналов обоих измерительных каналов. За это время происходит запоминание сигнала запоминающей ячейкой 28 (фиг. 3) и перевод блока 12 обработки полезного сигнала в исходное состояние, аналогично описанному (фиг 5,л ,w , п ). При этом ключи 26 и .23 управляются сигналами, вьфабатьшаемыми элементами И 42 и RTIH 4S согласно фиг. 4 и 5о(, S,& , 2., ,U , Л .

За время действия последующего

0

элемент И 44 формирует из сигналов, вырабатываемых инверторами А7 и 50 из сигналов генератора 34 вре- .менных интервалов и делителя 39 частоты на п, делителя 35 частоты на два и делителя 37 частоты на п . (фиг.5 сз ,5 ,& ,0.) сигнал (фиг.5 ..к) , который открывает ключ 30 блока 12 обработки полезного сигнала. За время

5 действия этого сигнала происходит запоминание разностного сигнала вычи- тателя 29 (фиг. 5 о ). Этот сигнал пропорционален квадрату флуктуации частоты колебаний исследуемого генератора.

Предлагаемый измеритель позволяет более чем на порядок повысить чувствительность измерения и расщи - рить динамический диапазон, а время

измерений сократить в несколько раз.

Формула изобретения

1. Двухканальный измеритель частотных флуктуации колебаний генера0

71

торов СВЧ-диапазона, содержащий два параллельных канала, каждьй из которых состоит из ферритового вентиля, СВЧ-частотного детектора и малошумящего усилителя, причем входы обоих каналов соединены с выходами развет- вителя мощности, вход которого является входом устройства, а выходы каналов - с входами блока инвертора фазы и сумматора напряжений, выход которого соединен с входом анализатора спектра, а также последовательно включенные генератор квадратичной функции, блок обработки полезного сигнала и индикатор мощности флуктуации, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения чувствительности, в него введена цепь обратной коррекции, включенная между анализатором спектра и генератором квадратичной функции, а второй выход блока обработки полезного сигнала соединен с третьим входом .блока инверто- { ра фазы и сумматора напряжений.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что цепь обратной коррекции содержит операци- онньй усилитель, в цепь обратной связи которого включен последовательный RLC-контур.

30574 -°

3.Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что анализатор спектра содержит балансный модулятор, первый вход которого .является входом анализатора спектра, а второй его вход подключен к генератору поднесу- щей частоты, причем выход балансного модулятора соединен с входом узкопо „ лосного фильтра, выход которого является выходом анализатора спектра4

4.Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерений, блок

;ig обработки полезного сигнала содержит

интегрирующую цепь, четыре -ключа,

три запоминающих ячейки, буферный

усилитель, вычитатель и узел управ

ления, причем выход интегрирующей

2Q цепи соединен с входом третьего ключа и через буферный усилитель с вхо дами первого и второго ключей, выходы которых через соответственно первую и вторую запоминающие ячейки под25 ключены к входам вычитателя, выход вьгчитателя через четвертый ключ соединен с третьей запоминающей ячейкой, выходы узла управления, с первого по четвертый, соединены с управляющими

3Q входами соответствующих ключей, пятый выход узла управлени/1 является управляющим выходом блока обработки полезного сигнала, а выход третьего ключа подключен к корпусной шине.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения частотных флуктуации колебаний высокостабильных СВЧ-гене- раторов дискретного спектра и синтезаторов СВЧ при наличии побочных составляющих вблизи несущей. Цель изобретения - расширение динамического диапазона, повышение чувствительности и сокращение времени измерений - достигается введением цепи 10 обратной коррекции, которая включена между анализатором 9 спектра и генератором 11 квадратичной фунI (Л MWi ucc/ffffyenora ffMffiofnopa 00 Од о ел 4;:

19

0/77 y3ffO/7O лосногоОзильтра 76

К генеро ору П

ff6adpa/77f/VHou дзункции

01 Zff fm ffG ffSf 3afTJt/t m&

Фи.г.З

обра- f7OJje3f o- го сигнала 72

26 длока offpa- ботни лолез- наго сигнала //

К KflfOt y JO - SflOHooSpa- ffomHL/ полезного с и гнала П

Л Нклнзчу23 - 5лона обра- бот f и лолезно- го сигнала 2

Cf}U2.5