Измеритель флуктуаций источников высокочастотных колебаний

 

Изобретение относится к технике измерений и может использоваться для определения уровней флуктуаций амплитуды, частоты (фазы) и величины комплексного коэффициента корреляции этих флуктуаций у источников высокочастотных колебаний типа автогенераторов, усилителей, преобразователей частоты. Устройство содержит калибратор 1, делители 2,3, резонансный контур 4, компенсатор 5 уровня несущей, переключатель 6, ключ 7, фазовый дискриминатор 8, двухканальные приемники 9, 10, суммарно-разностные каскады 11, 12, индикатор 16, вычитающее устройство 13, фазовращатель 14, коммутатор 15. Устройство имеет повышенную чувствительность измерений. 1 ил.

СОЮЗ СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% (И) (51)4 G 0l R 23/16

OflHCAHHE ИЗОВРСткнил

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 4311786/24-21 (22) 15,07,87 (46) 07,09.89. Бюл, 1(" 33 (71) Ленинградский политехнический институт им, M,È.Êàëèíèíà (72) В,Л.Лосев и A.В,Мещеряков (53) 621,317(088,8) (56) Корнилов С,А. Спектрально-корреляционные методы измерения флуктуационной нестабильности и непрерывного

СВЧ-колебания, электроника СВЧ, вып,8 (471), ЦНИИ, Олектроника) 1977, Авторское свидетельство СССР

652502, кл. 0 01 R ?3/16, 1978 °

2 (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ФЛУКТУАЦИЙ ИСТОЧНИКОВ

В11СОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к технике измерений и может использоваться для определения уровней флуктуаций амплитуды, частоты (фазы) и величины комплексного коэффициента корреляции этих флуктуаций у источников высокочастотных колебаний типа автогенераторов, усилителей, преобразователей частоты.

Устройство содержит калибратор l делители 2 и 3 резонансный контур 4, компенсатор 5 уровня несущей, переключатель 6, ключ 7, фазовый дискриминатор 8, двухканальные приемники 9 и 10. суммарно-раэностные каскады ll и 12, индикатор 16, вычитающее устройство, фазовращатель 14, коммутатор 15. Устройство имеет повьпиенную чувствительность измерений, 1 ил.

1506375

Изобретение относится к технике измерений и мо)кет применяться для определения уровней флуктуаций амплитуды, частоты (фазы) и величины комплекс5 ного коэффициента корреляции этих флуктуаций у источников высокочастотных колебаний любого типа: автогенераторов, усилителей, преобразователей частоты и прочих. 10

Цель изобретения — повьппение чувствительности измерения„

На чертеже представлена схема измерителя флуктуаций источникон высокочастотных колебаний, !5

Измеритель флуктуаций источников высокочастотных колебаний содер)кит калибратор 1, первый 2 и второй 3 делители, резонансный контур 4, компенсатор 5 уровня несущей, переключатель 20

6, ключ 7, фазовый дискриминатор 8, первый 9 и второй 10 двухканальные приемники, первый 11 и второй 12 суммарно-разностные каскады, вычитающее устройство 13; фазовращатель 14, ком- 25 мутатор 15, индикатор 16, При этом первый и второй выходы первого двухканального приемника подключены соответственно к пеовомч и второму входам первого суммарно-раз- 30 ностного каскада, выход калибратора соединен с входом первого делителя, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому через резонансный корпус и второму непосредственно входам компенса35 тора уровня несущей, третий ныход первого делителя соединен с первым входом переключателя, выход которого подключен к первому входу фазового дискриминатора, второй вход которого через ключ соединен с четвертым выхо= дом первого делителя, вход второго делителя, соединен с выходом компенсатоРа уРовня несущей, а пеРвый. втоРой и 45 третий выходы соединены соответственно с первым, вторым входами первого двухканального приемника, с вторым входом переключателя, выход первого суммарио-разностного каскада соединен

50 с первым входом коммутатора, второй вход которого через фаэовращатель соединен с выходом нычитающего устройства, первый и второй входъ| которого подключены соответственно к первому и второму ныходдам второго двухканально55 го приемника, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и oторым выходами фазового днов криминатора, первый и нторой выходы коммутатора соединены соответственно с первыми и вторыми входами второго суммарно-разностного каскада, выход которого соединен с индикатором, Предлагаемый измеритель флуктуации источников высокочастотных колебаний работает следующим образом.

Гигнал исследуемого источника высокочастотных колебаний

U(t)=V (! +al(t)) sin (?i f t

+ 2и f(t ) dt где V ()(.(t) и f,f (t) — средние но времени и флуктуационные составляющие амплитуды и частоты, через калибратор 1 и делитель 2 подается на резонансный контур 4, настроенный на частоту f на второй вход компенсатора 5 уровня несущей, на первый вход переключателя 6 и через ключ 7 на второй вход фазового дискриминатора 8, Колебание на вь)ходе резонансного контура 4 со".òàâëÿåò

Б((t)=V (1+ oC,(t)) siп (2((ft +

+ J 2 ((f (t) dt +ф, + р,(t)j, о где V,,()L, (t) и t1),,(1), (t) — средние но времени и флуктуа(дионные составляюшие амплитуды и фазы, причем ф, ()=Ао (1, (1), (t) = Sf (t), где А и S — коэффициенты, учитывающие преобразование флуктуаций амплитуды и частоты (фазы) н резонансном контуре и.

Колебание 11,(t) далее поступает на первый вход компенсатора 5 уровня несущей, сфаэиронанного на вычитание колебаний Ц,(t) и Р, Ь (t), средние значения амплитуд которых разнятся на вели ину 1(,VI = lV, — P V(«)„((д Svò д де 1 1 1эдд > (3д)д, р д„— коэффициенты передачи делителя 2 по первому-четвертому выходам, Колебание на выходе компенсатора

5 уровня несущей составляет

dU(t)= AV (1+р,g(Т) э)в(2 (ft +

+ J?вi(t ) dt Э ?sf(ti).

1506375

Sf(t) - К, Ч (), где К,, К <2 и Ч «(t), V<<(t) - коэффициентыы передачи (средние значе ния) и собственные входные шумы первого и второго каналов двухканального приемника 11 (второй двухканальный прием— ник), Подбирая значения К, К 2 так, чтобы выполнялось условие К,Vg

К,(КЧ), устраняют иэ напряжения на выходе нычитающего устройства 13 составляющие, связанные с амплитудными флуктуациями, 15

Тогда получают

Ч (t)=(KV)

При." этом напряжение V (t) на выходе вычитающего устройства 13 определяется только собственными шумами двухканального приемника 11, т,е.

Ч?() = КМ,ЧФ,(t) — КЫ2Ч„а(Е).

Исследуемые флуктуации частоты (фазы) соответствуют разности показаний индикатора 16 в положениях II u

I переключателя 6

V (t)=V2(t)-V (t)=-PKV) pSf(t))

Величина флуктуации частоты (фазы) f (t) отсчитывается с помощью калибратора 1, задающего в этом режиме стандартный уровень частотной (фазовой) модуляции исследуемому высоко45 частотному колебанию на входе делителя 2, Измерение комплексного коэффициента корреляции флуктуаций частоты (фазы), с флуктуациями амплитуды r < осуществляется в предлагаемом измерителе путем последовательного определения его вещественного и мнимого комl понентов Re г и Т,„г

При измерении вещественного компонента коэффициента корреляции флук55

1 туации частоты (фазы) с флуктуациями амплитуды переключатель 6 ставится в положение II, суммарно-разностный каскад 11 в режим сложения входных сигналов, фазовращатель 14 в положение нулевого фазового сдвига, коммутатор !5 подключает к первому входу суммарноразностного каскада 12 сигнал V+(t) с выхода суммарно-pasHoc THc1 о каскада

I1,,à к второму входу — сигйал Ч (t) с выхода фазовращателя 14.

При этом сигнал на выходе суммарно-разностного каскада 12 равен

Vp+(t) = 2(КЧ) р (г.)+К ц Ч и (t) +

+K 2 V 2 (t)+(KV)2pSf<(t)+Kg Чы((t) +

+K„2VîÑ2(t) или (t)=2(KV) р,+(t)+K„V„(t)+

Кю Ч 2 () (КЧя)р о () Кса Чос(()

K 2V 2(t).

Из разности обсчетов индикатора

16 при переключении суммарно-разностного каскада 12 из режима суммирования в режим вычитания вещественный компонент коэффициента корреляции флуктуаций частоты (фазы) с флуктуациями амплитуды равен

Ке

1м

Соответственно мнимый компонент коэффициента корреляции флуктуаций частоты (фазы) с флуктуациями амплитуды состанляет где V (t) — отсчеты по индикатору 16, б г аналогичные V.,(t) и

V, (t), но получаемые при задании сигналу Ч (t) квадратурного фазового сдвига с помощью фазовращателя 14, 1Оптимальные условия измерения величин Re г и 1 г z< реализуются при V<(t)=V (t), т,е, при ((к(1 рБ((с)) =(<(Kv), ((((с)) .

Комплексный коэффициент корреляции флуктуации частоты (фазы) с флуктуациями амплитуды окон чательно равен

\ ы j cC

При вычитании входных сиг«ялов имеют

V(t)=K«V«p< oC (t)+K«V н (t)

-K,g V t z p < ()С (t ) -К (; V (g (t ) >

Подбирая значения К „ и К< так, чтобы выполнялось условие К« Ч<

=К,t Ч < =(КЧ)<, устранят из напряжения

Ч (t) составляющие, связанные с амплитудными ф;(уктуациями.

Тогда получают

V+(t)=2(KV)< p,g(t)+K«V«(t)+

+K <1V

V- (Е) =К „V „(t)-К„Ч„(Е), т,е, напряжение V(t) определяется теперь только собстненными п»умами двухканального приемника 9, Исследуемые флуктуации амплитуды соответству40

5

150K) 3 где р, =1+р (А-1 ), p=v) /h V > (— средний фазовый сдвиг колебаний Д1 () относительно 11(t)> т,е, в компенсаторе 5 уровня несущей происходит подчеркивл5 ние в р раз флуктуаций фазы Sf(t) и в р, раз флуктул»»и»» амплитуды () (С );

lp i l pl 1 °

Б режиме измерения флуктул»»ий лмплитуды высокочастотного колеблния 10

1J(t) коммутлтор 15 соединяет выход суммарно-разностного каскада 11 с входом 1 суммарно-рлзностного каскада 12 и отключает флзонрлщлтель 14 с нычитающим устройством 13 от входа 11 сум- 5 марио-разностного каскада 12, При .)ом на первом и втором выходах двухканального приемника 9 (»)ервого двух«»)надиного приемника) имеют

V«(t)=K«V«p y(t)+K„V«(t), ) <а <) Р(») () (g <2 () ) где K„° K<> и Ч «(t), Ч„(t) — к(ф— фициенты передачи (срепни(значения) 25 и собственные входные щум») первого и второго канллов двухклилльного приемника 9, Ч <, и Ч< — средние значения амплитуд Hxo;»H«)õ сигнл <оВ, Сигналы с первого и н»оро» о вь»ходов двухк,(»!(»J)I ного прием» 9 далее поступают нл с оотне » с тнуюши(входы суммарно-рлзностного каскада l I, нл выходах которого при суммировании входных сигнллон получлют

v (c)=K„7„p,<(t)+T „v «(t)+

+К V„p, (t)+K< V< (t) °

75 ют рлэнос r. пс казяний< индикатора 16, например квадратичного, при суммировании и вычитании сигналон в суммарнораэностном каскаде 10

v > (t) = vt(t ) - vt(t ) = (2 (Kv)> р,ec(t )J, Величина флуктуации амплитуды Ы (t)

7 о1сч»»ть»вается с помощью кллибрлтора

1, злданщего в этом режиме стандарт«»й уровень амплитудной модуляции исследуемому нь)сокочастотному колебанию на входе делителя 2, В режиме измерения флуктуаций частоты (фазы) высокочастотного колебания коммутатор 15 через флзонрящятель 14 coeдиняет выход вычитающего устройства 13 с вторым входом суммарно-разностного клсклдл 12 и отключает первый выход суммарно-разностного каскада 11 от первого входа суммарно-разностного каскада 12, Сигнал с выхода компенг;(тора 5 уровня несу-, щей через делитель 3 в положении II переключателя 6 подается нл второй вход фазового дискриминатора 8, сфаэиронанного и;) квадратур»»ое сложение колеблиии i»»z(I<. (t)») p zZI Г(ь) > где

1, 1 > J . — коэффициенты передачи делитеJIJ» 5 ио первому-третьему выходам °

В фазовом лискр»»минаторе 8, настроенном ил кнлдратурное сложение входных колебаний, флуктуации фазы

pSf (t) преобразуются в протинофазные и равные по величине флуктулции амплитуд выходнь<х колебаний, Флуктуация амплитуд входных колебаний проходит на оба выхода фазового дискриминатора

8 симметрично, Далее колебания первого и второго выходов фазового дискриминатора 8, амплитуды которых равны

V«(t) Чд< 1+ ()(, (t)+ Sf(t)

2 2 поступают на первый и второй выходы двухканального приемника 10, а с его первого и второго выходов на первый и второй входы вычитающего устройства

l3, на выходе которого рлэ»)ивлетгя напряжение V zZ (t) > равное

1О

75 леблпия р и с у»)ел)»че»»птм яремеlttt уср» днен»»г в и!»лпклторе 16, Ф о р м у л л и з î б р е т е н и я

Измеритель флуктулии»» источников высокочастотных колеблиий, сопержлщий индикатор, двухканальный приемник, первый и второй выходы которого полк)»ючены соотнетг TBpr»r»o к первому го делителя подключен к выходу компенслторл уровня несущей, а первьп» и второй вь)ходы соединены соответствен35

Дпя случая М= l )tt»Ofo T

4) (R«tat . = 1 г» ) 40

На члстоте лнллизл F=100 кГц при л

»»Р =3 кГц и ь =0,1 с получают

Составитель F,,ÃóáàíoB

Редактор А,Козориз Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Тираж 566

Заказ 1697

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101! 5t)61

Калибратор 1 в длнном случле используется только для нлстройки измерителя, С его помощью исследуемому высокочастотноМу колеблнию нл входе

5 двигателя 2 задают когерентные модуля»гиИ частоты (флзы) и амплитуды, уровни -которых элнышены, но пропор)»ионлльны f (t) и t»C (t), и осуществляет2 а ся подстройка флзонрлщлтеля 14 нл максимум отсчета по индикатору 16 не г личины (1» (t)-»t (t) J (соответстнуеч нулевому сдвигу фазы) сигналов на выходах каналов ныделеьп»я флуктуации частоты и амплитуды или на минимум этой величины (соотнетствует квлдрлтному сдвигу сиг.налов нл ныходлx каналов выделения флуктуации частоть) и амплитуды) в соответствии с последовательностью выполнения измерений величин вещественного и мнимого компонентов коэффициеHT;1 корреляции флуктуаций °

Минимально измеряемые величины вещественного и мнимого ксмпонентон коэффициентл корреляции флуктулций частоты (флэь)) с флуктул)»)»яь»»» амплитуды в т»ре;»ллглемоь»»»з -»ерителе зависят от cooòt»îttt».H1»tt . =сигнлл, шум нл ю,, / входе HHjtt»Kлторл 16 и погрсшности !3 едипичного отсчетл уровня шума по индикатору 16 (Re г (. =(Т г „,„=1,6 10 45

Чунствител» ность предлагаемого измерителя рлстет с ростом мощности кои второму входам суммарно-рлзностного каскада, и калибратор, выход которог соединен с входом делителя, первый и второй ныходь) которого подключены соответственно к первому и второму входам компенслтора уровня несущей, первый — через резонансный контур, второй — непосредственно, л третий вью.од делителя соединен с первым входом переключателя, выход которого подключен к первому входу фазового дискриминаторл, второй вход которого череэ ключ соед»»не»» с четвертым выходом делителя, о тл ич л t»q и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, в него введены второй делитель, последовательно соединенные второй двухканлльньп» приемник, ныч»»тлю»)»ее устройство, фазонращлтель, коммутатор и второй суммарнорлэностньп» каскад, п1:пчем вход второно с первым и вторым входами первого двухканального приемника, при этом выход первого суммарно-разностного клсклда подключен к первому входу коммутаторл, первый и второй входы второго двухканального приемника соединены соответственно с первым и вторым выходами фазового дискриминатора, а первый и второй выходы коммутатора подключены соответственно к первому и второму входам второго суммарно-разкостного каскада, выход которого oоединен с индикатором,