Корреляционный измеритель фазовых шумов

 

Использование: в области радиоизмерений , а именно в устройствах для измерения флуктуации частоты сигналов генераторов и фазовых шумов усйл йтёлеЙГ Сущность изобретения: 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 фазовращатель 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, выполне 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 возможТТбСть 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

-.к (si)s G 01 R 23/12

ГОСУДА С НЫЛ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРмЕТЕЙИЭ Й ОТКРЦТЙЯИ еклмЖЕ..ик ..еМ-:же.ма.-илмкеетж.ежкют т.:= кетт"."-

IlPM I CCCP

К ABTOPCKOMY СВЙДЕТЕЛЬСТВУ ифеее."(21) 4848703/21 (22) 05.07.90 (46) 30.09.92. Бюл. N 36 (71) Научно-производственное объединение

"Исток" (72) B.B,×åðíoâ (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 389467, кл. G 01 R 23/12, 1972.

2. Корнилов С.А. и др. Исследование коррелянт(йбйнбгб метода измерЬййя"ййзко чмастбтдФУ"флюкттуацйй в СВЧ-приборах.

Войроиосы радиоэлектроники, Серия I, Электроника, № 1, 1965, с, 103 — 118.

3. Авторское Свидетельство СССР

¹ 779922117700, кл. G 01 R 23/12, 1978, 4. Авторское Свидетельство СССР

N 898340, кл. G 01 R 12/12, 1980, Фее ф4е"ейежфФФфй1к 6 ..6 <3- Ф- л кок В- - "-" @»е. .атаке -еФАФя "-%»-:= *::.= тл- треку кк " " Пуси:

Йэобрлеттеййеотноссйтся "к области радиоизМеренлий; а имеййо к устрбйствам для измЪ ЯЙФРя" фазовых -шум6в I%I-Iepa"гбров и услйййтЪл еи, Известен измеритель фазовых шумов, сорди"ержайГити балансный "дис крим и натор, фазовый детектор, анализатор спектра, ин-" дйкатор, модфФЮр, йойзкочастотные усилите ли "с "в1 ЙКФЮЩйМ уостроийством, селективный ускиЛйййь="с МВГроййймм дмЕТЕктолрбм Иопор- " ный"генератор (1). Это измеритель обеспеЧИВаЕГ" KOРрЕЯЯЦИОНН0-МОиДУЛФ@ИбНйЫй принцип выделения МзмеряеМй шумов"из" " шумбв апйарактиуры, Но чувствительность данноигок йэмерй %ля iNäááòÇòÜélé вследствлие"модуляЩИЙ уровйя собственных шумов детек.ара, "а «также изаГсчет "появлеййжя Моду-" ля ц1Вй нь1х йЖв фбк=по"Цей Гй пйтайия.

-:-:-.В другом известном"ко рркеляцйЬййоМ иэмерйтбЛеи "йсйоло b3083H коррелятор с йере,, Ы2,„1765780 А1 е р."е i .«ек= ее ентЕкир."окИ ику: МЫ4ясйюрие4т еЕтЕте e :". - 3 .кло" ти мм юй:;ааФФЬФЙЙ%!вй"йаяйм*МЙЙФМВФ =;:й. -;

2 (54) КЬРРВЛЯЦЙОНЙеЫЙ ИЗМЕРЙТЕЛЬ

ФАЗОВЫХ ШУМОВ (57) Использование; в области радиоизмерений, а именно в устройствах для измерения флуктуаций частоты сигналов генераторов и фазовйх шумов усилйтелей, Сущность изобретения: содержит генератор 1, делитель мощности 3, двухканальный дискриминатор

2, амплитудные детекторы 7 — 10, блоки вычйтания 11 и 12 и коррелятор 13, Двухканальный дискриминатор 2 содержит фазовращатель 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 чувствительйость, 1 з,п, ф-лы, 2 ил. .."к ; « ъ:

" икр»*Ч сотни ее .МЬЙ4(к Лс ке -%7ЮФВФТМфел t тйЕл9 текло . 4@есу Х М@фЪ ММ@д-. к =-4Т МВ треЖОИ ЖЕ Ж4 ф Щ Ъ. фЖЙйеф МИХА М т I множителем непрерысвтйкогто деиствия, выполненный по супергетеродинной схеме с общим гетеродином для обоих каналов (21.

Но этот измеритель позволяет измерять только флуктуации амплитуды сигнала, Известен также измеритель фазовых шукбв,"содержащий два фазовых детектора, два опорных генератора с системой фазовой автоподстройки частоты и корректор с перемножителем неп рб и гвйого действия (31. Этот измерителе имеет сложную конст- );И рукцию, что существенно ограничивает возможность применения такой схемы в широком диапазоне частот, особенно на

СВЧ.

Другой известный измеритель, который является прототипом заявляемого устройства,"содержит первый и второй частотные дискриминаторы, входы которых подключены к выходу проверяемого генератора, а

1765780

55 выходы подключены к соответствующим входам коррелятора (4). Недостатком данного измерителя является сложность сопряженной 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 подклю-. чить 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 детекторов 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 вторым входам блоков вычитания 11 и 12 соответственно, выходы блоков вычитания

11 и 12 подключены ко входам коррелятора 13.

Другой возможный вариант дискриминатора 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 входу проходного резонатора 15, выход которого является вторым выходом дискриминатора 2.

Корреляционный измеритель фазовых шумов работает следующим образом, 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 балансного 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 (режим фазовой квадратуры).

Элементзадержки 6, выполненный в виде проходного резонатора, настроенного на центр амплитудно-частотной характеристики, либо в виде линии задержки, имеет высокую кривизну фазочастотной характеристики. Поэтому фазовые шумы сигнала генератора, представляющие собой кратковременные хаотические флуктуации частоты, преобразуются при прохождении 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 детектор, 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.

Мощности 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 баланс5 1765780 6

,„.4:„ :- «« . ЯХ:.. .: ..„",;.-;::ь.: в:о «!:-.=- =Й . = МЖФМ- . МйсИФФФ: ;ЙФЖФ@ФФМФЯ ного моста 5 в одном из его выходных плеч "ййя 11 и 12 статйчески взаимосвязайными прошедшйе в него входйые«"сйФалй имеют (коррелированными) будут только напряжефазовый"сдвиг MvlHус 90 градусов, а в дру- ния, пропорциональные измеряемым фазогом — плюс 90 градусов, вым шумам сигнала. .. Ф Прй суммированйи входйых*сйгйалов "в 5 Используя корреляционную обработку .: ЙъйЪдных-ЙлечаХбалансного моста 5 под выходных сигналов блоков вычитания 11 и углом 90 градусов флуктуацйй"фазы входно- 12 посредством коррелятора 13 можно из-." го сйгйала преобразуется во флуктуации мерить напряжения, пропорциональные фаЙМЙл и гадь которые етектируВтся ампли- зовым шумам сигнала, которые могут быть .- -.. тудньМй деййтбрами7 и 9. Так как в одном 10 существенно меньше (на 25 — 30 дБ) уровня —.:- -,: выходйМ "йлече "балансного моста 5 вход- собственных шумов амплитудных детекто йыГсйгйалйсум1Мйру1отся под углой мийус ров.

i0«градусов, а в" другом" — - плюс 90 градусов, Описанная схема корреляционного из- то огйбающйе йреобразованных из флукту- мерителя фазовых шумов может быть ис ациифазы входного сйгйала флуктуации ам- 15 пользована для измерения фазовых шумов

: плйт фР "a" вИЬдных плечах балансного усилителей. Для этого достаточно подклю моста Имеют фазовый сдвиг 180 градусов, чить исследуемый усилитель вместо элеменПоэтому йри вычитании"выходных HBflpA>Ke- та задержки, Генератор 1 в этом случае йий (их перемейных составляющих) ампли- обеспечивает работу усилителя при задан. = ф КЙ детекторов 7 и 9 блоком вычитания 20 ном уровне мощности сигнала. При прохож11 напряженйя, йропорциональнйефлукту- дении сигнала генератора 1 через ацйям фазы сйгнала складываются,-а набуря- испытуемый усилитель на сигнал наклажеййя, йройГрЦйоналЪййе собственным дываются фазовые шумы усилителя, . флуктуациям амплйтуды cirналов (огибаю- представляющие собой кратковременные ЩЪе котор1 1х "в BbfxogHbix плечах балансного 25 хаотические флуктуации фазы комплексномоста 5 имеют одинаковую фазу) вычитают- го коэффициента передачи усилителя, которые детектируются M riáäâåðãàþòcÿ

Аналогичйо работает вторая часть фазо- корреляционной обработке аналогично опивого детектора, включающая элементь| 5, 8, санному выше случаю измерения фазовых

10, 12. " " 30 шумов сигнала генератора.

Такйм оСразом осуществляется детек- При измерении фазовых шумов сигнала тирование флуктуаций частоты (фазовых генератора с использованием дискриминашумов) сигнала и подавление его собствен- тора 2, показанного на фиг. 2, проходной ( йых флуктуаций амплитуды. резонатор 15 настраивают на склон амплиДля обеспечения глубокого подавления 35 тудно-частотной характеристики, что обес собственных флуктуаций амплитуды сигна- печивает преобразование фазового шума ла блоками вычитания 11 и 12 их необходи- сигнала генератора(флуктуаций частоты) во мо сбалансировать, Балансировку можно флуктуации амплитуды. осуществить при дополнительной ампли- При детектировании сигнала исследуетудной модуляции сигнала генератора. При 40 мого генератора 1 в выходных сигналах этом, изменяя коэффициент передачи одно- амплитудных детекторов 7 и 8 будет содерго из входящих- в состав блока вычитания жаться напряжения собственных шумов соусилителей необходимо добиться мини- ответствующих детекторов и напряжения, мального напряжения на выходе блока вы- являющиеся результатом детектирования чйтания. " -" — " : 45 собственных флуктуаций амплитуды сигнаПри точной балансировке блоков вычи- ла, а в выходных сигналах амплитудных детания 11 и 12 в выходном сигнале блока текторов 9 и 10 будут содержаться вычитания 11 присутствуют собственные напряжения собственных шумов соответстшумы амплитудных детекторов 7 и 9 и на- вующих детекторов, напряжения, являющийряжение, пропорциональное измеряемым 50 еся результатом детектирования фазовым шумам сигнала йсследуемого ге- собственных флуктуаций амплитуды сигна нератора 1, а в выходном сигнале блока ла и напряжения, являющиеся результатом вычитания 12 присутствуют собственные детектирования флуктуаций амплитуды, шумы- амплитудных детекторов 8 и 10, а преобразованных проходным резонатором также йапражение, пропорциональное из- 55 15 из флуктуаций частоты, меряемым фазовым шумам сигнала иссле- Блоки вычитания 11 и 12 балансируют дуемого-генератора, Так как собственные таким образом, чтобы в выходных сигналах шумы амплйтудных детекторов 7, 8, 9 и 10 отсутствовали напряжения, являющиеся рестатистически независимы (некоррелирова- зультатом детектирования собственных ны), то в выходных сигналах блоков вычита- флуктуаций амплитуды сигнала. Так как при

1765780 прохождении сигнала через проходной резонатор 15 происходит задержка во времени огибающей амплитудно-модулированных шумов сигнала (флуктуаций 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) напряжений, являющихся результатом детектирования собственных флуктуаций 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 под5 ключения исследуемого генератора, и коррелятор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, дискриминатор выполнен в виде делителя мощности, вход которого является входом

10 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 являют15 ся 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

20 первым и вторым выходами дискриминатора, первый и второй блоки вычитания, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго амплитудных детекторов, вторые входы

25 которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого амплитудных детекторов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами коррелятора.

30 2. Измеритель по и. 1, о тл и ч а ю щ и йс я тем, что элемент задержки выполнен в виде проходного резонатора, 1765780

Редактор Т, Лошкарева Техред M.Моргентал Корректор И, Шулла

Заказ 3383 - Тйраж "" " - Подписное

ВНЙИПИ 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