Следящий генератор для анализаторов спектра

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИС ТИЧ I. =СКИХ

РЕСПУБЛИК

1758574 А1 (sI)s G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759866/21 (22) 29,11,89 (46) 30.08.92. Бюл. N 32 (71) Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт (72) А,М. Грачев и E.È. Борисов (56) 110 MHz Spectrum АпаИзег, mod, TF2370, Reprinted from Marcon

Instrumentation, v. 14, N 3.

"Измерение амплитудно-частотных характеристик и частот спектральных составляющих с помощью анализаторов спектра".

Радиоизмерительная техника. Проспект 3.

4. 1980, с. 7 — 8. (54) СЛЕДЯЩИЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ АНАЛИЗАТОРОВ СПЕКТРА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для калибровки амплитудно-частотной характеристики анализаторов спектра.

Цель изобретения — повышение стабильноИзобретение 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 1), вторые входы которых являются входами устройства, широкополосный усилитель (ШПУ), выход которого является выходом СГ (1), Недостатком данного СГ является большая собственная неравномерность АЧХ в диапазоне частот 100 кГц — 110 МГц, имеющая значение +. 1 дБ. сти 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 lg 1 2/j — + 2 sin (arccos — )—

7г К 1

2 К вЂ” К arccos — — — sin (2 arccos — )), (дБ)

1 К 1

К 2 К где Л А — допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного сигнала от первой гармоники сигнала типа "меандр".

2 ил, 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

1758574 выход ШПУ является выходом следящего генератора.

Данный СГ работает следующим образом, Опорный генератор вырабатывает сигнал частоты f„, равной оконечной промежуточной частоте 1пч AC. Сигнал поступает на усилитель с регулируемым коэффициентом усиления Ку, а затем íà K поСледовательно включенных преобразователей частоты, число которых К равно числу

10 преобразователей в тракте АС, в состав которого входит данный СГ.

Каждый из преобразователей содержит . смеситель, селективный тракт, выделяющий сигнал заданной ПЧ, а также усилители

15 или аттенюаторы. HB 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-ro 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

Овых определяется соотношением

0вых= Kyc K(fcr)Ucr, (2) где K(fcr) — амплитудно-частотная характеристики тракта СГ, Uor = const — амплитуда опорного генератора.

Перестройка частоты fcr следящего генератора происходит посредством перестройки частоты fn соответствующего i-ro 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 50 или уменьшается амплитуда выходного сигнала LUflY, уменьшает или увеличивает коэффициент передачи.

Таким образом, АЧХ следящего генератора определяется АЧХ детектора системы 55

APY и имеет меньшую неравномерность й0,5 дБ в диапазоне 100 кГц — 110 МГц (2j, 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 APY 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/Å, где

U, Š— амплитуды соответственно наограниченного и ограниченного сигналов, должен удовлетворять соотношению

AA =20 Ig/2/(— +2 з п (агссоз — )—

К 1 — К агссоз — — — sin (2 arccos — }1, I К 1

К 2 К где ЬА — допустимое отклонение амплитуды первой гармоники вь1ходного 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.

1758574

S (t)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 вь1воду резистора 16 и к базе транзистора 17.

Выводы резисторов 14 и 16 соединены с общей шиной 7. Змиттер транзистора 17 подключен ко второму выводу резистора 18, а коллектор транзистора 17 является выходом источника тока 6, соединенным с токозадающим входом каскада 5, В дифференциальном каскаде 5 токозадающим 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 1пч 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 Ас, (з) 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

55 постоя н ную разность поте н циал о в между источниками питания — Е и базой Т17 в диапазоне рабочих температур (до 100 С), Вследствие этого через Т17 и ротекает ток Io, 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 дифферен циал ьный каскад 5. Постоя н н ы и ток, протекающий через каскад 5 с источника тока 6, управляется переменным напряжением поступающим на.вход каскада 5 с LUflY

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 E = loR18.

Амплитуда первой гармоники А1 сигнала СГ определяется выражением т

1 2

A> = — f S () cos (2 г fcr t) d t, (4)

1 T

2 где Т = 1/fcr — период следования импульсов с выходной шины 8 СГ, S(t) — аналитическое выражение выходного сигнала СГ. агссоз Е/О

Оа л сг

0 cos (2 л fcr t); — 2, arccos E/u л л л

04f 12f (5) Подставляя (5) в (4), получим

A> — + „sin (arccos +) — — arccos <—

U 2Е ° E U Š— — sin (2 arccos — ) .

U Е

2л V (6)

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

A1 = —ä..

2Е (7)

При уровнях ограничения Е, сравнимых с амплитудой входного синусоидального сигнала U, амплитуда первой гармоники А1 выходного сигнала СГ будет отличаться от величины, определяемой выражением (7).

1758574

Амплитуда первой гармоники сигнала

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

ЛА=20Ig —, дБ, А (8) где AM — амплитуда первой гармоники сигнала "меандр" (7)

А — амплитуда первой гармоники сигнала СГ (6).

Подставляя (6) и (7) в (8), получим

Л А = 20 I g 1 2/(— + 2 sin (arcc os — )— лК . 1

К вЂ” К arccos — — — sin (2 arccas — )1 ), дБ (9)

1 К 1

К 2 К где К = U/Š— коэффициент, определяющий уровень ограничения, В таблице приведена зависимость hA от коэффициента К, определяющего уровень ограничения.

Так как уровень U сигнала ШПУ, а значит, и отношение в диапазоне частот не постоянно, 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 4-0,05 дБ в интервале температур от

20 до 100 С;

Таким образом, в описанном устройст-, ве:

- 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

55 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 е его составе позволяет исключить из AC 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 наго 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/Е, где

U, Š— амплитуды соответственно неограниченного и ограниченного сигналов, должен удовлетворять соотношению

ЬА = 20Ig12/ — +2 siп (аrccos — )—

7L K 1

2 К вЂ” К arccos — — — sin (2 arccos — )), 1 К 1

К 2 К гда ДА — допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного сигнала от амплитуды первой гармоники сигнала типа

"меандр".

17585?4

Зависимость ЬА от К по формуле (9) К= О/Е 2 2,5 3 3,5 4 4,5 . 5 6

hA. Б 0,39 0,2б3 0,181 0,137 0,088 0,055 0,041 0,027

° е °

Фиг. 2

Составитель Грачев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т, Палий

Редактор Л, Орловская

Заказ 2997 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101