Корреляционный измеритель фазовых шумов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/12 

выходы подключены к соответствующим входам коррелятора 4. Недостатком данного измерителя является сложность сопря- женной перестройки по частоте двух частотных дискриминаторов, При этом в случае неидентичности характеристик дискриминаторов или при неточной настройке одного из них снижается чувствительность измерителя.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерителя.

Эта цель достигается тем, что в корреляционном измерителе фазовых шумов, включающим дискриминатор, вход которого является клеммой для подключения исследуемого генератора, и коррелятор, новым является то, что дискриминатор выполнен в виде делителя мощности, вход которого является входом дискриминатора, а первый и второй выходы которого соединены соответственно через фазовращатель и элемент задержки с первым и вторым входами балансного моста, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходами дискриминатора, первый, второй, третий и четвертый амплитудные детекторы, входы первого и второго которых, а также третьего и четвертого, соответственно, соединены с первым и вторым выходами дискриминатора, первый и второй блоки вычитания, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго амплитудных детекторов, вторые входы которых соединены, соответственно с выходами третьего и четвертого амплитудных детекторов, а выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами коррелятора.

При этом элемент задержки может быть выполнен в виде проходного резонатора.

Предложенный измерить может быть использован для измерения фазовых шумов усилителей, для чего достаточно подключить исследуемый усилитель вместо элемента задержки.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 - возможный вариант построения дискриминатора.

Корреляционный измеритель фазовых шумов (фиг. 1) содержит исследуемый генератор 1, подключенный ко входу дискриминатора 2, содержащего делитель мощности 3, вход которого является входом дискриминатора 2, при этом первый выход делителя мощности 3 через фазовращатель 4 подключен к первому входному плечу балансного моста 5, а второй выход делителя мощности 3 через элемент задержки 6 подключен ко второму входному плечу балансного моста

5, выходные плечи которого являются первым и вторым выходами дискриминатора 2, при этом к первому выходу дискриминатора 2 подключены входы амплитудных детекто- ров 7 и 8, а ко второму - входы амплитудных детекторов 9 и 10, выходы амплитудных детекторов 7 и 8 подключены к первым входам блоков вычитания 11 и 12, а выходы амплитудных детекторов 9 и 10 подключены ко

0 вторым входам блоков вычитания 11 и 12 соответственно, выходы блоков вычитания 11 и 12 подключены ко входам коррелятора 13.

Другой возможный вариант дискрими5 натора 2 (фиг. 2) содержит делитель мощности 14, вход которого является входом дискриминатора 2, первый выход делителя мощности 14 является первым выходом дискриминатора 2, а второй подключен ко вхо0 ду проходного резонатора 15, выход которого является вторым выходом дискриминатора 2.

Корреляционный измеритель фазовых шумов работает следующим образом.

5 При измерении фазовых шумов генераторов с использованием дискриминатора 2, показанного на фиг. 1, сигнал исследуемого генератора 1 через делитель мощности 3 поступает на первое входное плечо баланс0 ного моста 5 через фазовращатель 4, а на второе - через элемент задержки 6, Посредством фазовращателя 4 фазовый сдвиг между сигналами на входах балансного моста 5 устанавливается равным 90 градусов (ре5 жим фазовой квадратуры).

Элемент задержки 6, выполненный в виде проходного резонатора, настроенного на центр амплитудно-частотной характеристики, либо в виде линии задержки, имеет

0 высокую кривизну фазочастотной характеристики. Поэтому фазовые шумы сигнала генератора, представляющие собой кратковременные хаотические флуктуации частоты, преобразуются при прохождении

5 сигнала через элемент задержки 6 по флуктуации фазы сигнала.

Балансный мост 5 совместно с амплитудными детекторами 7, 8, 9, 10 и блоками вычитания 11 и 12 образует фазовый детек0 тор, имеющий два независимых (в отношении собственных шумов) выхода; выходы блоков вычитания 11 и 12.

Рассмотрим часть фазового детектора, состоящую из элементов 5, 7,9,11.

5Мощности сигналов, поступающие во

входные плечи балансного моста 5, делятся пополам между выходными плечами и поступают на амплитудные детекторы 7 и 9.

При фазовом сдвиге 90 градусов между напряжениями сигналов на входах баланс - - s- A Tee Ј ft fl &

него моста 5 в одном из его выходных плеч прбшед шие в; н е го в хЬдйьГе Јй Йаль1 имеют фазовый сдвиг минус 90 градусов, а в дру- градусов.

:|Ц При сумкшройнйй 1хЪ ных сигна7 б в в

балансного моста 5 под

yflfoti 9tfr ра1дусов (Ј)лукт у а ц и и фазьГвходнбго ШгЙШТ гТреобразуется во флуктуации

аШл ШоЩе еШст уда® а%гШ№

: тЩШШттбТШи7 и 9. Так как в одном

БЩаШм пШче балансного моста 5 вход амгШьГ| ш гпВд1 ш й1

ЗбТрадусовГа Ґ дрУгЩ - Шюс 90 градусов, и бающие преобразованных из флукту: .: з&&41фЈь&& Ј&г 4.-.а.mf-ga...XJ, лк л-л-1.--- .-- -.-,..,; -- . ; .ации сразы входного сигнала флуктуации ам- ёТГх балансного мШГШ1 г2 азовый сдвиг 180 градусов. П бэтом гТрРГв ы читании вьТхо д ны сШп ряжё- Йий (их переменных составляющих) ампли- fffllfifi ietltTtfp B 7 и 9 блоком вычитания 11 наri рйжёнй я , п ропо рцй бнал ьныёi флу кту- аЧрШ фазьГШ

ШтЧШТ п вгТЬ Ц ые собственным $л уKTyliцШм а плЙтУд ьТ ЙйГналов (огибаю- ufne KiDf6°ptf5fi Bebfx6fl bfbrx n;il4ax балансного м о ста 5 имеют одинаковую фазу) вычитаются.

L is С.И -a-Vt-l ч - v - tSItS . t.

-1 АналогичьТо работает вторая ча сть фазового детектора, включающая элементы 5, 8, 10, 12.

Таким образом осуществляется детектирование флуктуации частоты (фазовых шумов) сигнала и подавление его собственных флуктуации амплитуды.

Для обеспечения глубокого подавления собственных флуктуации амплитуды сигнала блоками вычитания 11 и 12 их необходимо сбалансирова ть. Балансировку можно осуществить при дополнительной амплитудной модуляции сигнала генератора. При этом,изменяя коэффициент передачи одного из входящих в состав блока вычитания усилителей необходимо добиться минимального напряжения на выходе блока вычитания.

При точной балансировк-ё блоков вычитания 11 и 12 в выходном сигнале блока вычитания 11 присутствуют собственные шумы амплитудных дётёктбр ов 7 и 9 и на- пряжейие, пропорционал ьно ё измеряемым фазовым шумам сигна ла йсследуем ото генератора 1, а в выходном сигнале блока вычитания 12 присутствуют собственные шумы амплитудных дётекторое 8 и 10, а также напряжение, пропорциональное измеряемым фазовым шумам сигнала исследуемого генератора. Так как собственные шумы амплитудных детекторов 7, 8, 9 и 10 статистически независимы (некоррелирова- ны), то в выходных сигналах блоков вычита«. J-ч,- 7-« -ъ& &нйя 11 и 12 статически взаимосвязанными

(коррелированными) будут только напряжения, пропорциональные измеряемым фазовым шумам сигнала.

Используя корреляционную обработку

выходных сигналов блоков вычитания 11 и 12 посредством коррелятора 13 можно измерить напряжения, пропорциональные фа- зйвьГм шумам сигнала, которые могут быть

0 существенно меньше (на 25-30 дБ) уровня собственных шумов амплитудных детекторов. - ---- -...-..-.....,.....

Описанная схема корреляционного измерителя фазовых шумов может быть ис5 пользована для измерения фазовых шумов усилителей. Для этого достаточно подключить исследуемый усилитель вместо элемен- та з аде ржки. Генератор 1 в этом случае обеспечивает работу усилителя при задан0 ном уровне мощности сигнала. При прохождении сигнала генератора 1 через испытуемый усилитель на сигнал накладываются фазовые шумы усилителя, представляющие собой кратковременные

5 хаотические флуктуации фазы комплексного коэффициента передачи усилителя, которые детектируют подвергаются кбррёляц йо|ТН 6 й обработке аналогично описанному выше случаю измерения фазовых

0 шумов сигнала генератора.

При измерении фазовых шумов сигнала генератора с использованием дискриминатора 2, показанного на фиг. 2, проходной резонатор 15 настраивают на склон ампли5 тудно-частотной характеристики, что обеспечивает преобразование фазового шума сигнала генератора (флуктуации частоты) во флуктуации амплитуды.

При детектировании сигнала исследуе0 мого генератора 1 в выходных сигналах амплитудных детекторов 7 и 8 будет содержаться напряжения собственных шумов соответствующих детекторов и напряжения, являющиеся результатом детектирования

5 собственных флуктуации амплитуды сигнала, а в выходных сигналах амплитудных детекторов 9 и 10 будут содержаться напряжения собственных шумов соответствующих детекторов, напряжения, являющи0 еся результатом детектирования собственных флуктуации амплитуды сигнала и напряжения, являющиеся результатом детектирования флуктуации амплитуды, преобразованных проходным резонатором

5 15 из флуктуации частоты.

Блоки вычитания 11 и 12 балансируют таким образом, чтобы в выходных сигналах отсутствовали напряжения, являющиеся результатом детектирования собственных флуктуации амплитуды сигнала. Так как при

прохождении сигнала через проходной резонатор 15 происходит задержка во времени огибающей амплитудно-модулировэн- ных шумов сигнала (флуктуации амплитуды), то для компенсации этой задержки выходы амплитудных детекторов 7 и 8 могут быть подключены к первым входам соответствующего блока вычитания через низкочастотные линии задержки. Это обеспечивает лучшее подавление (вычитание) напряже- ний, являющихся результатом детектирования собственных флуктуации амплитуды сигнала.

При точной балансировке блоков вычитания 11 и 12 в их выходных сигналах коррелированными являются только напряжения, пропорциональные флуктуациям частоты (фазовым шумам) сигнала. Выделение этих напряжений из шумов аппаратуры (из шумов амплитудных детекторов) также осуществляется при помощи коррелятора 13.

Таким образом предложенное устройство имеет высокую чувствительность и позволяет производить измерения фазовых шумов высокостабильных генераторов и малошумящих усилителей.

При измерении сравнительно больших уровней фазовых шумов коррелятор может быть отключен, а к выходу одного из блоков вычитания при этом может быть подключен обычный анализатор спектра.

Формула изобретения

1.Корреляционный измеритель фазовых шумов, включающий дискриминатор, вход которого является клеммой для подключения исследуемого генератора, и коррелятор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, дискриминатор выполнен в виде делителя мощности, вход которого является входом дискриминатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно через фазовращатель и элемент задержки с первым и вторым входами балансного моста, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходами дискриминатора, введены первый, второй, третий, четвертый амплитудные детекторы, входы первого и второго которых, а также третьего и четвертого соответственно соединены с первым и вторым выходами дискриминатора, первый и второй блоки вычитания, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго амплитудных детекторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого амплитудных детекторов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами коррелятора.

2,Измеритель поп. 1,отличающий- с я тем, что элемент задержки выполнен в виде проходного резонатора.

Использование: в области радиоизмерений, а именно в устройствах для измерения флуктуации частоты сигналов генераторов и фазовых шумов усйл йтёлеЙГ Сущность изо- бретения: содержит генератор 1, делитель мощности 3, двухканальный дискриминатор 2, амплитудные детекторы 7-10, блоки вычитания 11 и 12 и коррелятор 13. Двухканальный дискриминатор 2 содержит фазов- ращатель 4, проходной резонатор 6 и направленный ответвитель 5 с переходным ослаблением 3 дБ. Особенностью изобретения является выполнение дискриминатора в виде элементов 3, 4, 6 и введение элементов 7-12, что позволило повысить чувствительность, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. . -. «r . . v,wquTri- н э sm s®f&y -s-fu|JS « .«aotfcft qe bJwe;;-2H (Л С Ж€. МЖУ,ЙМ N03f% Qi I множителемi непрёр ывне-То действия, вы- полне нный по супергетеродинной схеме с общим гетеродином для обоих каналов 2. Но этот измеритель позволяет измерять только флуктуации амплитуды сигнала. Известен также измеритель фазовых шумШ; содержащий два фазовых детектора, два опорных генератора с системой фазовой автоподстройки частоты и корректор с пёремножителейГ н еп рёршного действия 3. Этот измеритель имеет сложную конструкцию, что существенно ограничивает воз- можТТбСть приме нёншгтакой схемы в широком диапазоне частот, особенно на СВЧ. Другой известный измеритель, который я вляе т ся п pbTOTVj пом за я вл я ем ото устройства, содержит первый и второй частотные дискриминаторы, входы которых подключены к выходу проверяемого генератора, а vj о ел VI 00 о

-

Фиг.1

Фиг.2.

f|;i