Двухканальный измеритель частотных флуктуаций колебаний генераторов свч-диапазона

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения частотных флуктуации колебаний высокостабильных СВЧ-генераторов 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;:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (дц 4 G 01 R 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4017637/24-21 (22) 14.02.86 (46) 15.08.87. Бюл. Р 30 (71) Особое конструкторско-технологическое бюро Физико-технического института низких температур АН УССР (72) Ф.Ф.Менде, Н.Ф.Рыбалка, В.И.Орейнич и В.И.Тюкова (53). 621.317 (088.8)

I (56) Мартынюк А,Г. и др. Прецизионный анализатор спектра. — В сб.:

Магнитные и электрические измерения, Омск., 1980.

Корнилов С.А. и др. Шумы клистронных генераторов малой мощности, Изд-во Сов. радио. 1972, с. 120-124, (54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТНЫХ ФЛУКТУАЦИЙ КОЛЕБАНИЙ ГЕНЕРАТОРОВ СВЧ-ДИАПАЗОНА (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения частотных флуктуаций колебаний высокостабильных СВЧ-генераторов 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 спект- . ф ра и генератором 11 квадратичной фун1330574 кции, Устройство также содержит разветвитель 1 мощности, СВЧ частотный детектор 2, малошумящие усилители

4 и 7, ферритовый вентиль, СВЧ частотный детектор 6, блок 8 инвертора фазы и сумматора напряжений, блок 12 обработки полезного сигнала, и индикатор 13 мощности. Анализатор спектИзобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано для измерения частотных флуктуаций колебаний высокостабильных СВЧ-генераторов 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 структурная схема предлагаемого измерителя, на фиг. 2-4 — структурная схема соответственно цепи обратной коррекции, блока обработки полезного сигнала и узла управления, на фиг. 5 — временные диаграммы работы.

Двухканальный измеритель частотных флуктуаций колебаний генераторов

СВЧ-диапазона содержит разветвитель

1 мощности, ферритовый вентиль 2, СВЧ частотный детектор 3, малошумящий усилитель 4, ферритовый вентиль

5, СВЧ частотный детектор 6, малошумящий усилитель 7, блок 8 инвертора фазы и сумматора напряжений, анализатор 9 спектра, цепь 10 обратной коррекции, генератор 11 квадратичной функции, блок 12 обработки полезного сигнала и индикатор 13 мощности флуктуаций, 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

40 ра 9 содержит балансный модулятор 14, генератор 15 псднесущей частоты и узкополосный фильтр 16. Устройство позволяет более чем на порядок повысить чувствительность измерений, расширить динамический диапазон, сократить в несколько раэ время измерений. 1 с. 3 э.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 подключен через последовательно соединенные анализатор 9 спектра, цепь 10 обратной коррекции, генератор 11 квадратичной функции и блок 12 обработки полезного сигнала к индикатору 13 мощности флуктуаций. Анализатор 9 спектра состоит из последовательно соединенных балансного модулятора .14, первый вход которого является входом анализатора 9 спектра,к второму входу которого подключен генератор 15 поднесущей частоты, и узкополосного фильтра 16, выход которого является выходом анализатора 9 спектра, Цель 10 обратной коррекции (фиг,2) выполнена в виде операционного усилителя 17, в цепь отрицательной обратной связи которого включен последовательный RLC-контур, состоящий из конденсатора 18 переменной емкости, катушки 19 индуктивности и переменного резистора 20.

В состав блока 12 обработки полезного сигнала(фиг. 3) входит интегрирующая 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, а через буферный усилитель 24 и два параллельных канала, состоящих иэ последовательно соединенных ключей

25 и,26, запоминающих ячеек 27 и 28, з 13305 соединен с входом вычитателя 29, выход которого подключен к последовательно соединенным ключу 30 и запо— минающей 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 управляющим входом блока 8 инвертора фазы и сумматора напряжений. Элементы 21, 23, 24 представляют собой накопитель 33.

Узел 32 управления (фиг. 4) содер- )5 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 де- 2р лителя 36 частоты на шесть с групповым переносом подсоединены к трем делителям 37 — 39 частоты на и (n задается временем измерения), К блоку

8 инвертора фазы и сумматора напряже- 25 ний 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 30

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 4 1 и 43 подключены к входам элемента ИЛИ 45. В состав узла

32 управления входят также инверторы 46-50.

На фиг. 4 приведены временные диа- 4р граммы напряжений узла 32 управления: а — на выходе генератора 34 временных интервалов; — на выходе делителя 35 частоты на два; о, g., у на прямых выходах делителей 37, 38 и 39 частоты на n; g — на выходе ин ( вертора 49 е, ж, ), u, k — на выходах элементов И 40, 41, 42, 43 и 44; — на выходе элемента ИЛИ 45; м на выходе буферного усилителя 24;.

Н, п, o — на выходах запоминающих ячеек 27, 28 и 31.

Предлагаемый измеритель работает следующим образом.

Сигнал От исследуемого генератора 55

СВЧ-диапазона через разветвитель 1 мощности и ферритовые вентили 2 и

5 поступает на СВЧ частотные детекторы 3 и 6 интерференционного типа

74 на основе сверхпроводящего резонатор ра (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 флуктуаций. Усиленные сигналы с выходов малошумящих усилителей 4 и 7 подаются на входы блока 8 инвертора фазы и сумматора напряжений, Коэффициенты передачи обоих измерительных каналов равны. В блоке 8 инвертора фазы и сумматора напряжений происходит инвертирование сигнала одного из каналов и поочередное суммирование инвертированного и неинвертированного сигналов с сигналом другогб канала в определенные промежутки времени, задаваемые блоком 12 обработки полезного 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 myмы измерительных каналов и удвоенный исследуемый сигнал, содержащий информацию об амплитуде частотных флуктуаций 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 поднесущей частоты и перенос спектра в область высоких частот. Выходной сигнал 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 узкополосный фильтр 16, на выходе которого выделяется сигнал, несущий информацию об частотных флуктуациях колебаний исследуемого генератора и собственюих шумах измерительных каналов в полосе частот, определяемой заданной полосой частот узкополосного фильтра 16.

5 13305

Перестраивая в исследуемом диапазоне частот синхронно генератор 15 поднесущей частоты и цепь 10 обратной коррекции таким образом, чтобы собственная частота ее БЛ.С-контура стала равной частоте генератора 15 поднесущей 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 флуктуаций в амплитудные. С выхода цепи 10 обратной коррекции сигнал поступает на генератор 11квадратичной функции. Выходной сигнал генератора 11 квадратичной функции,пропорциональный квадрату амплитуды входного сигнала, подается в блок 12 об- 20 работки полезного сигнала, где выделяется сигнал, пропорциональный квадрату амплитуды частотных флуктуаций колебания исследуемого генератора, поступающий затем на индикатор 13 мощности флуктуаций.

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

Управление работой блока 8 инвер- 35 тора фазы и сумматора напряжений производится сигналом, вырабатываемым делителем 37 частоты. За время действия единичного уровня напряжений (фиг. 5.3) сигнал с выхода бло- 40 ка 8 инвертора фазы и сумматора напряжений равен сумме сигналов обоих измерительных каналов, а на конденсаторе 22 блока 12 обработки полезного сигнала появляется экспоненци- 4> ,ально возрастающий сигнал (фиг.5 м).

Элсмент 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 и и инвертором 48 иэ сигнала делителя 38 частоты íà и (фиг. 5а, 6 5,g ) формирует сигнал, (фиг ° 5е) который открывает ключ 25 блока 12 обработки полезного сигнала (фиг. 3) . За время действия этого сигнала происходит запоминание уровня выходного

74 6 сигнала буферного усилителя 24 запоминающей ячейкой 27 (фиг. 4 и 5и ) блока 12 обработки полезного сигнала.

Элемент И 41 (фиг. 4) по сигналам, вырабатываемым инверторами 46, 47 и 49 иэ сигналов генератора 34 временных интервалов, делителя 35 частоты на два и делителя 38 частоты на и и сигнала с выхода делителя 37 частоты на п (фиг. 5o E б,я ) вырабатывает 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 В) сигнал на выходе блока 8 инвертора фазы и сумматора 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 1, 1,м, n ). При этом ключи 26 и 23 управляются сигналами, вырабатываемыми элементами И 42 и

ИЛИ 45, согласно фиг. 4 и 5а о (, г, „u и, За время действия последующего единичного уровня напряжения (фиг,5.5) элемент И 44 формирует иэ сигналов, вырабатываемых инверторами 47 и 50 из сигналов генерат6ра 34 временных интервалов и делителя 39 частоты на и, делителя 35 частоты на два и делителя 37 частоты íà и (фиг,5 ц,S,б,g ) сигнал (фиг,5 к), который открывает ключ 30 блока 12 обработки полезного сигнала, За время действия этого сигнала происходит запоминание разностного сигнала вычитателя 29 (фиг. 5 о ). Этот сигнал пропорционален квадрату флуктуаций частоты колебаний исследуемого генератора, Предлагаемый измеритель позволяет более чем на порядок повысить чувствительность измерения и расши— рить динамический диапазон, а время измерений сократить в несколько раз.

Формула изобретения

1. Двухканальный измеритель частотных флуктуаций колебаний генера7

1330 торов СВЧ-диапазона, содержащий два параллельных канала, каждый из которых состоит из ферритового вентиля, СВЧ-частотного детектора и малошумящего усилителя, причем входы обоих каналов соединены с выходами разветвителя мощности, вход которого является входом устройства, а выходы каналов — с входами блока инвертора фа- 1р зы и сумматора напряжений, выход которого соединен с входом анализатора спектра, а также последовательно включенные генератор квадратичной функции, блок обработки полезного сигнала и индикатор мощности флуктуаций, 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- 25 ра фазы и сумматора напряже— ний.

2. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что цепь об- ЗО ратной коррекции содержит операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен последовательный

М.С-контур.

574

3. Измеритель по п. 1, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что анализатор спектра содержит балансный модулятор, первый вход которого является входом анализатора спектра, а второй его вход подключен к генератору поднесущей частоты, причем выход балансного модулятора соединен с входом узкополосного фильтра, выход которого является выходом анализатора спектра.

4. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени измерений, блок обработки полезного сигнала содержит интегрирующую цепь, четыре .ключа, три запоминающих ячейки, .буферный усилитель, вычитатель и узел управ.ления, причем выход интегрирующей цепи соединен с входом третьего ключа и через буферный усилитель с входами первого и второго ключей, выходы которых через соответственно первую и вторую запоминающие ячейки подключены к входам вычитателя, выход вычитателя через четвертый ключ соединен с третьей запоминающей ячейкой, выходы узла управления, с первого по четвертый, соединены с управляющими входами соответствующих ключей, пятый выход узла управления является управляющим выходом блока обработки полезного сигнала, а выход третьего ключа подключен к корпусной шине.

1ЗЭ0574

Кдлалу а4ф/7ЯЯБК Щ1 и суючглю

)27 N7flj0AMh

@ЛАК/7ЦОЦУ6

Фиг.,У

1330574

P/777 +P4P жююра

8 юг Г5 ю аЮролюежонол7 12

/оиру 78 ока одра КР 70llPJсигноло юг Ю око офжтии nnrtue

ar i кы ка,ф сиг юлп 78

moory ЯУ лака Мработки валазнога сигнала 18

1330574

Составитель H.Ôåäoðoâ

Редактор А.Лежнина Техред В.Кадар Корректор Л.Патай

Заказ 3579/48 Тираж 730 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4