Следящий генератор для анализаторов спектра Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для калибровки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) анализаторов спектра.

Известен следящий генератор (СГ), используемый при калибровке АЧХ анализаторов спектра (АС), содержащий последовательно включенные опорный генератор. К преобразователей частоты (К S 1), вторые входы которых являются входами устройства, широкополосный усилитель (ШПУ), выход которого является выходом .

Недостатком данного СГ является большая собственная неравномерность АЧХ в диапазоне частот 100 кГц - 110 МГц, имеющая значение ±1 дБ.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является следящий генератор для анализатора спектра, содержащий опорный генератор и последовательно соединенные К преобразователей частоты (К 1), вторые входы которых являются входами устройства, и широкополосный усилитель 2.

Указанный следящий генератор содержит также усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, включенный между опорным генератором и первым преобразователем частоты, а также систему автоматической регулировки (АРУ), подключенную к выходу ШПУ, причем выход системы АРУ соединен со вторым входом усилителя, а

vj ел

00

ел

2

выход ШПУ является выходом следящего генератора.

Данный СГ работает следующим образом, Опорный генератор вырабатывает сигнал частоты irr , равной оконечной промежуточной частоте fnn AC. Сигнал поступает на усилитель с регулируемым коэффициентом усиления Кус, а затем на К последовательно включенных преобразователей частоты, число которых К равно числу преобразователей в тракте АС, в состав которого входит данный СГ.

Каждый из преобразователей содержит . смеситель, селективный тракт, выделяющий сигнал заданной ПЧ, а также усилители или аттенюаторы. На второй вход каждого преобразователя СГ подается сигнал соответствующего гетеродина АС. Так как ПЧ в тракте каждого преобразователя СГ равна ПЧ соответствующего преобразователя АС, то частота сигнала на выходе К-го преобразователя 4 равна частоте настройки АС, т. е.

fcr fAC.{1}

Таким образом, частота fcr сигнала СГ в любой момент времени равна частоте настройки АС.

Выходной сигнал К-го преобразователя усиливается ШПУ и поступает на выход СГ.

Амплитуда выходного сигнала ШПУ Увых определяется соотношением

K(fcr)Ucr,(2)

где K(fcr) - амплитудно-частотная характеристики тракта СГ,

Dor const - амплитуда опорного генератора.

Перестройка частоты fcr следящего генератора происходит посредством перестройки частоты frt соответствующего 1-го гетеродина АС. При этом происходит изменение значения K(fcr), зависящего от частоты. Для стабилизации выходного сигнала СГ в диапазоне частот используется система АРУ. Основным элементом является детектор. Целесообразность применения системы АРУ заключается в том, что неравномерность АЧХ детектора Кд (fcr) много меньше, чем АЧХ K(fcr) тракта СГ.

Система АРУ вырабатывает сигнал, поступающий на регулируемый усилитель, который в зависимости от того,увеличивается или уменьшается амплитуда выходного сигнала ШПУ, уменьшает или увеличивает коэффициент передачи.

Таким образом, АЧХ следящего генератора определяется АЧХ детектора системы АРУ и имеет меньшую неравномерность ±0,5 дБ в диапазоне 100 кГц - 110 МГц 2. чем у следящего генератора без системы стабилизации уровня.

Однако стабильность выходного сигнала следящего генератора является недостаточной для калибровки АЧХ анализаторов спектра в диапазоне 100 кГц - 110 МГц,

Кроме того, данный следящий генератор имеет значительную температурную нестабильность. Это обусловлено наличием в схеме АРУ диода и транзисторов, рабочие точки которых смещаются под воздействием температуры.

Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды первой гармоники выходного сигнала в широких диапазонах частоты и температуры окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что в следящий генератор для анализаторов спектра, содержащий генератор опорной частоты и последовательно соединенные с первого по К-й преобразователи частоты с

широкополосный усилитель, причем вторые входы с первого по К-й преобразователей частоты являются соответственно с первого по К-й входами следящего генератора, введены дифференциальный каскад и регулируемый источник тока, выход которого соединен с токозадающим входом дифференциального каскада, первый вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, второй вход - с общей шиной, а

выход - с выходной шиной, при этом уровень ограничения выходного сигнала, определяемый коэффициентом К U/E, где U, Е - амплитуды соответственно неограниченного и ограниченного сигналов, должен

удовлетворять соотношению

А А 20 ig { 2/ + 2 sin (arccos т) 1(1

- К arccos -JT - т sin (2 arccos у/),

где ДА - допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного сигнала от амплитуды первой гармоники сигнала типа меандр.

На фиг. 1 приведена функциональная

схема предлагаемого следящего генератора; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема регулируемого источника тока и дифференциального каскада.

Устройство содержит последовательно

соединенные генератор 1 опорной частоты, первый преобразователь 2 частоты, К-й преобразователь 3 частоты, ШПУ 4, дифференциальный каскад 5, регулируемый источник 6 тока, выход которого подключен к токозадающему входу дифференциального каскада 5, второй вход которого соединен с общей шиной 7, а выход- с выходной шиной 8. Вторые входы преобразователей 2 и 3 подключены к входным шинам 9 и 10 соответственно.

В регулируемом источнике 6, имеющем вход 11, к источнику 12 питания Е подсоединены резистор 13, коллектор транзистора 15, резистор 18 и клемма 19 управления. Резистор 13 вторым выводом соединен с резистором 14 и базой транзистора 15. Эмиттер транзистора 15 подключен к выводу резистора 16 и к базе транзистора 17. Выводы резисторов 14 и 16 соединены с общей шиной 7. Эмиттер транзистора 17 подключен ко второму выводу резистора 18, а коллектор транзистора 17 является выходом источника тока 6, соединенным с токо- задающим входом каскада 5.

В дифференциальном каскаде 5 токоза- дающим входом являются соединенные эмиттеры транзисторов 23 и 25. База транзистора 25 подключена к первому входу 11 каскада 5 и резистору 27, а база транзистора 23 подключена ко второму входу каскада 5, соединенному с общей шиной 7, к конденсатору 22 и ко второму выводу резистора 27. Коллектор транзистора 23 подключен к второму выводу конденсатора 22 и к резисторам 21 и 24, Второй вывод резистора 21 соединен с шиной 20 питания Е, а второй вывод резистора 24 подключен к коллектору транзистора 25 и конденсатору 26, второй вывод которого подключен к выходной шине 8 дифференциального каскада 5.

Устройство работает следующим образом.

Опорный генератор 1 вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой for, равной конечной промежуточной частоте тпч АС. Сигнал поступает на К последовательно включенных преобразователей частоты, число которых К равно числу преобразований в тракте АС. в состав которого входит данный СГ.

Каждый из преобразователей содержит смеситель, селективный тракт, выделяющий сигнал заданной ПЧ, а также усилитель или аттенюатор. На второй вход каждого преобразователя СГ подается сигнал соответствующего гетеродина АС. Так как ПЧ в тракте каждого преобразователя СГ равна ПЧ соответствующего преобразователя АС, то частота сигнала на выходе К-го преобразователя 3 равна частоте настройки АС, т. е.

fcr f AC,(3)

частота fcr сигнала СГ в любой момент времени равна частоте настройки АС.

Выходной сигнал преобразователя 3 усиливается ШПУ 4 и поступает на первый вход каскада 5.

Схема (фиг. 2) работает следующим образом. На Т15 и Т17 собран термостабильный источник тока 6. Резисторы 13, 14, 16 задают режим работы Т15 и устанавливают

постоянную разность потенциалов между источниками питания -Ей базой Т17 в диапазоне рабочих температур (до 100° С). Вследствие этого через Т17 протекает ток 10, зависящий только от величины резистора

18. Резистор 18 является в данной схеме устройства регулировки, посредством которого заменяется величина тока через Т17.

На транзисторах 23 и 25 собран дифференциальный каскад 5. Постоянный ток,

протекающий через каскад 5 с источника тока 6, управляется переменным напряжением поступающим на вход каскада 5 с ШПУ 4. Данное напряжение можно считать гармоническим, поскольку вторая гармоника в

сигнале ШПУ 4 имеет уровень минус 30 дБ относительно первой гармоники, что обеспечивается характеристиками тракта СГ, имеющего высокую линейность (2). При этом с выхода каскада 5, а значит, и с выходной

шины 8 СГ снимаются импульсы, имеющие форму ограниченного синусоидального сигнала с частотой повторения fcr, равной частоте настройки АС, и амплитудой Е loRie. Амплитуда первой гармоники AI сигнала СГ определяется выражением т

1 2 AI у s (0 cos ( t) d t,

(4)

30 где Т 1/fcr - период следования импульсов с выходной шины 8 СГ,

S(t) - аналитическое выражение выходного сигнала СГ.

SWо t йarccos (E/U)

ZSTcr u.co.).

л

4 я fcr

SI -,

(5)

40

Подставляя (5) в (4), получим

(arccosB)4f

- (2 arccos -g) .

arccos -g (6)

Выражение (б) показывает, что при сильном ограничении (Е « U), когда форма выходного сигнала стремится к форме меандр

.Ґ

т

При уровнях ограничения Е, сравнимых с амплитудой входного синусоидального сигнала U, амплитуда первой гармоники AI выходного сигнала СГ будет отличаться от величины, определяемой выражением (7).

Амплитуда первой гармоники сигнала СГ относительно амплитуды первой гармоники сигнала типа меандр определяется выражением

AA 20lg, дБ ,(8)

где Ам - амплитуда первой гармоники сигнала меандр (7)

AI - амплитуда первой гармоники сигнала СГ (6).

Подставляя (6) и (7) в (8), получим

А А 20 Ig { 2/1- + 2 sin (arccos -1) - К arccos -1 - -| sin (2 arccos -1) } , дБ (9)

где К U/E - коэффициент, определяющий уровень ограничения,

В таблице приведена зависимость ДА от коэффициента К, определяющего уровень ограничения.

Так как уровень U сигнала ШПУ, а значит, и отношение в диапазоне частот не по- стоянно, следовательно, возникает погрешность, обусловленная неидеальностью формы выходного сигнала СГ.

Схема построена таким образом, что уровень ограничения сигнала ШПУ Е 0,5 В. Поэтому при уровне сигнала ШПУ U 2 В и неравномерности его амплитуды данная погрешность, обусловленная неидеальностью формы выходного сигнала, не превышает ±0,03 дБ, что следует из данных таблицы.

Экспериментальные исследования показали, что в диапазоне частот 100 Гц - 110 МГц изменение уровня первой гармоники составляет величину ±0,15 дБ, в диапазоне до 200 МГц ±0,2 дБ.

Кроме того, применение в схеме СГ термостабильного источника тока и дифференциального каскада позволило стабилизировать уровень ограничения Е, а значит, и уровень первой гармоники выходного сигнала СГ. Экспериментальные исследования показали, что величина изменения уровня первой гармоники СГ не более ± 0,05 дБ в интервале температур от 20 до 100° С.

Таким образом, в описанном устройстве:

-увеличивается стабильность выходного сигнала в диапазоне температур, что дает повышение точности калибровки АЧХ при больших периодах развертки по частоте,

-расширяются функциональные возможности, так как можно производить абсолютную калибровку АС (т.е. калибровку

усиления тракта АС), а кроме того, использовать СГ как калибратор амплитуды для всех радиотехнических устройств с погрешностью ±0,2 дБ в диапазоне частот 110 Гц - 110 МГц и температур 20-100° С,

-уменьшается более чем в 3 раза неравномерность АЧХ СГ, а следовательно, и погрешность калибровки АЧХ АС ( ±0,15 дБ против ±0,5 дБ),

- упрощено схемное решение, так как система АРУ, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, применяемые в прототипе, представляют собой сложные технические решения с большим количеством дискретных элементов,

-уменьшаются вес и габариты следящего генератора,

-упрощается структурная схема АС, так как применение предлагаемого следящего

генератора в его составе позволяет исключить из АС калибратор уровня на фиксированной частоте, служащий для калибровки усиления тракта прибора.

Формула изобретения

Следящий генератор для анализаторов спектра, содержащий генератор опорной частоты и последовательно соединенные с первого по К-й преобразователи частоты и

широкополосный усилитель, причем вторые входы с первого по К-й преобразователей частоты являются соответственно с первого по К-й входами следящего генератора, отличающийся тем, что, с целью

повышения стабильности амплитуды первой гармоники выходного сигнала в широких диапазонах частоты сигнала и температуры окружающей среды, в него введены дифференциальный каскад и регулируемый источник тока, выход которого со- единен с токозадающим входом дифференциального каскада, первый вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя, второй вход - с общей шиной, а выход - с выходной шиной, при этом уровень ограничения выходного сигнала, определяемый коэффициентом К U/E, где U, Е - амплитуды соответственно неограниченного и ограниченного сигналов, должен

удовлетворять соотношению

ДА +2 sin (arccos 7)4I/4

- К arccos т/ @ arccos т) где ДА - допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного сигнала от амплитуды первой гармоники сигнала типа меандр.

Зависимость ДА от К по формуле (9)

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для калибровкиамплитудно-частотной характеристики анализаторов спектра. Цель изобретения - повышение стабильности амплитуды первой гармоники выходного сигнала в широких диапазонах частоты сигнала и температуры окружающей среды. Для достижения цели в устройство, содержащее генератор 1 опорной частоты, преобразователи 2, 3 частоты, широкополосный усилитель 4, введены дифференциальный каскад 5 и регулируемый источник 6 тока. Эти блоки обеспечивают ограничение амплитуды сигнала на стабильном уровне Е, величина которого находится из соотношения Л А 20 Ig { 2/ + 2 sin (arccos -J-) 1 JC1 - К arccos тт - у sin (2 arccos 77), (дБ) где ДА - допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного сигнала от первой гармоники сигнала типа меандр. 2 ил. (Л С

- Фиг.}

СВых шпчч

Фиг 2