Измеритель фазовых шумов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/16 

&

Ј

Использование: в радиоизмерительной технике для измерения фазовых шумов усилителей и генераторов СВЧ. Цель изобретения - упрощение конструкции. Сущность изобретения: измеритель содержит генератор 1, делитель 2 мощности, фазовый детектор 3, направленный разветвитель 4. Достижение цели осуществляется за счет в ведения регулируемой неоднородности 5. включенной между вторым выходом разветвите л я 4 и согласованной нагрузкой 6.1 ил.

VJ

Os 00 О

Ю i

Os

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения фазовых шумов усилителей и генераторов СВЧ-диапазона

Известен измеритель фазовых шумов, представляющий собой супергетеродинный измеритель с компенсатором несущей. Известный измеритель имеет сложную конструкцию, что ограничивает возможность его применения.

Другой известный измеритель фазовых шумов, который является прототипом заявленного устройства, содержит последовательно соединенные генератор и делитель мощности, первый выход которого является выходом для подсоединения входа исследуемого четырехполюсника, направленный ответвитель, вход которого является входом для подсоединения выхода исследуемого четырехполюсника , согласованную нагрузку, подсоединенную к выходу направленного ответвителя, фазовый детектор, первый вход которого соединен с ориентированным на падающую волну выходом вторичного канала направленного ответвителя через последовательно соединенные регулируемый фазовращатель и первый регулируемый аттенюатор, а второй - с вторым выходом делителя мощности через второй регулируемый аттенюатор, при этом выход фазового детектора является выходом измерителя.

Недостатком данного измерителя является необходимость использования как минимум двух регулируемых устройств для регулировки фазы и ослабления сигнала - фазовращателя и аттенюатора, что усложняет конструкцию измерителя.

Целью изобретения является упрощение конструкции измерителя. Эта цель достигается тем, что в измерителе фазовых шумов, содержащем последовательно соединенные генератор и делитель мощности, первый выход которого является выходом для подсоединения входа исследуемого четырехполюсника, направленный ответвитель, вход которого является входом для подсоединения выхода исследуемого четырехполюсника, а также фазовый детектор и согласованную нагрузку, новым является то, что в измеритель введена регулируемая неоднородность, включенная между выходом первичного канала направленного ответвителя и согласованной нагрузкой, а ориентированный на отраженную волну выход вторичного канала направленного ответвителя и второй выход делителя мощности соединены с входами фазового детектора.

При этом регулируемая неоднородность может быть выполнена в виде отрезка линии передачи, в которую установлен емкостный штырь с возможностью перемещения его по горизонтали вдоль линии передачи и по вертикали.

Введение в измеритель фазовых шумов регулируемой неоднородности позволило существенно упростить конструкцию изме0 рителя, исключив из нее регулируемый фазовращатель и регулируемый аттенюатор. При этом введенная в измеритель регулируемая неоднородность обеспечивает регулировку фазы и мощности сигнала на одном из

5 входов фазового детектора.

На чертеже приведена структурная электрическая схема измерителя фазовых шумов.

Измеритель фазовых шумов содержит

0 генератор 1, соединенный со входом делителя мощности 2, второй выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 3, при этом первый вход фазового детектора 3 соединен с ориентированным на

5 отраженную волну выходом вторичного канала направленного ответвителя 4, выход которого через регулируемую неоднородность 5 соединен с согласованной нагрузкой б, причем исследуемый

0 четырехполюсник 7 включен между первым выходом делителя мощности 2 и входом направленного ответвителя 4.

Измеритель фазовых шумов работает следующим образом.

5 Мощность сигнала от генератора 1 через делитель мощности 2 поступает на второй вход фазового детектора 3 и через исследуемый четырехполюсник 7 на вход направленного ответвителя 4.

0 При хорошей направленности направленного ответвителя 4 поступающая на его вход мощность через регулируемую неоднородность 5 поступает в согласованную нагрузку б, но не проходит на выход

5 вторичного канала направленного ответвителя 4 (который ориентирован на отраженную волну). При этом в выходное плечо вторичного канала направленного ответвителя 4 ответвляется часть мощности, отра0 женная от емкостного штыря регулируемой неоднородности 5, которая поступает на первый вход фазового детектора 3,

Модуль и фаза сигнала на первом входе фазового детектора 3 зависят от положения

5 емкостного штыря регулируемой неоднородности 5. При этом перемещением емкостного штыря вдоль линии передачи обеспечивается изменение фазы сигнала на первом входе фазового детектора 3, а пере- мещением емкостного штыря по вертикали

(при изменении глубины погружения штыря в линию передачи) обеспечивается изменение модуля сигнала.

При хорошей направленности направленного ответвителя 4 (более 20 дБ) и малом КСВ согласованной нагрузки 6 (менее 1,1- 1,15) диапазон регулировки уровня мощности сигнала составляет 12-14 дБ, что достаточно для проведения большинства измерений. В этом случае мощность сигнала на первом входе фазового детектора 3, обусловленная отражением от емкостного штыря регулируемой неоднородности 5 более, чем на 5-6 дБ превышает уровень мощ- ности сигнала, обусловленный непосредственным прохождением сигнала со входа направленного ответвителя 4 на выход вторичного канала (за счет неидеальной направленности) и отражением мощности сигнала от согласованной нагрузки.

При проведении измерений изменением величины мощности генератора 1 устанавливается необходимый уровень мощности на втором входе фазового детектора 3, а изменением модуля.отраженного от емкостного штыря,регулируемой неоднородности 5 устанавливается необходимый уровень мощности на первом входе фазового детектора (отношение мощностей на входах фазового детектора должно быть порядка 10 дБ). Далее изменением фазы отраженного от емкостного штыря сигнала устанавливается фазовый сдвиг 90° между сигналами на входах фазового детектора 3, что необходимо для достижения максимальной чувствительности фазового детектора

При прохождении сигнала через исследуемый четырехполюсник (например через СВЧ-усилитель) на сигнал накладываются фазовые шумы усилителя (представляющие собой флуктуации фазы комплексного коэффициента передачи усилителя), которые детектируются фазовым детектором 3, вследствие чего переменное напряжение на выходе фазового детектора пропорционально этим фазовым шумам. Для измерения напряжения на выходе фазового детектора гложет быть использован анализатор спектра или другой регистрирующий прибор.

Предложенный измеритель может быть использован для измерения фазовых шумов генератора (флуктуации частоты сигнала). Для этого вместо исследуемого четырехполюсника 7 подключается линия задержки или резонатор, настраиваемый на частоту сигнала генератора. Вследствие высокой крутизны фазочастотной характеристики линий задержки и резонаторов флуктуации частоты преобразуются по флуктуации фазы, в результате чего обеспечивается детектирование флуктуации частоты сигнала при помощи фазового детектора

Для калибровки измерителя может быть использован фазовый микромодулятор, обеспечивающий низкий уровень модуляции, При измерении фазовых шумов четырехполюсниковмикромодуляторподключается последовательно с исследуе0 мым четырехполюсником При измерении фазовых шумов генераторов микромодулятор подключается между исследуемым генератором и входом делителя мощности 2. При проведении измерений вместо со5 гласованной нагрузки 6 к выходу регулируемой неоднородности 5 могут быть подключены измеритель мощности или анализатор спектра (имеющие КСВ входа, близ- кие к 1), по показаниям которых

0 осуществляется настройка и контроль работы измерителя фазовых шумов: отсчет отраженной от емкостного штыря регулируемой неоднородности 5 мощности сигнала, контроль величины и стабильности мощности

5 сигнала, настройка резонатора на частоту сигнала, настройка микромодуляторз и другие функции.,

При использовании предложенного измерителя исследуемый четырехполюсник 7

0 может быть подключен не только между первым выходом делителя мощности 2 и входом направленного ответвителя 4, но и между вторым выходом делителя мощности 2 и вторым входом фазового детектора, а

5 также между выходом вторичного канала направленного ответвителя 4 и первым входом фазового детектора 3. При этом принцип работы измерителя не изменяется. Но подключение исследуемого четырехполюс0 ника между первым выходом делителя мощности 2 и входом направленного ответвителя 4 является наиболее предпочтительным, т.к. при этом легко обеспечивается контроль стабильности выходной

5 мощности испытуемого четырехполюсника в случае использования в качестве согласованной нагрузки 6 измерителя мощности, что положительно сказывается при настройке испытуемого четырехполюсника (напри0 мер усилителя) на минимум его фазовых шумов. При такой настройке может изменяться коэффициент передачи четырехполюсника. При этом изменение мощности на выходе четырехполюсника компенсируется

5 изменением глубины погружения емкостного штыря регулируемой неоднородности 5 и не изменяет режима работы фазового детектора.

Вместо направленного ответвитедя-4эв предложенном измерителе фазовых шумов

может быть использован Y-циркулятор. При этом мощность сигнала с выхода исследуемого четырехполюсника 7 поступает в первое плечо Y-циркулятора, проходит в его второе плечо и через регулируемую неоднородность 5 поступает в согласованную нагрузку 6. При этом часть мощности, поступающей на вход регулируемой неоднородности 5, отражается от емкостного штыря и через третье плечо Y-циркулятора поступает на первый вход фазового детектора 3. Принцип работы измерителя при этом аналогичен описанному выше. Формула изобретения Измеритель фазовых шумов, содержащий последовательно соединенные генера

тор и делитель мощности, первый выход которого является выходом для подсоединения входа исследуемого четырехполюсника, направленный раэветвитель, вход которого является входом для подсоединения выхода исследуемого четырехполюсника, а также фазовый детектор и согласованную нагрузку, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, введена регулируемая неоднородность, включенная между первым выходом направленного разветви- теля и согласованной нагрузкой, а ориентированный на отраженную волну второй выход направленного разветвителя и второй выход делителя мощности соединены с входами фазового детектора.