Измеритель шумовых характеристик сверхвысокочастотных и высокочастотных передатчиков

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для испытаний генераторов, усилителей, радиосвязных комплексов и радиостанций. Сущность: расширение амплитудно-динамического диапазона измерений фазовых шумов при одновременном обеспечении возможности измерения амплитудных шумов передатчиков за счет введения компенсационного канала подавления несущей передатчика. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для испытаний генераторов, усилителей, радиосвязных комплексов и радиостанций.

Известен ряд схем, обеспечивающих возможность измерения шумовых характеристик передатчиков.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения шума и фона радиопередатчиков по авторскому свидетельству N 159885 и автокорреляционный измеритель полосовых шумов в окрестности несущей по авторскому свидетельству N 1734052.

Устройство для измерения шума и фона радиопередатчиков по авторскому свидетельству N 159885, состоящее из каналов постоянной (ФНЧ и коммутатор) и переменной (коммутатор и логарифмический усилитель) составляющей, сигналы которых поочередно поступают на вертикальные пластины электронно-лучевой трубки. Недостатком является невысокая точность и ограниченный амплитудно-динамический диапазон измерений.

Автокорреляционный измеритель полосовых шумов в окрестности несущей по авторскому свидетельству N 1734052 позволяет повысить точность измерений за счет реализации возможности использования синхронного детектора, обеспечивающего оптимальную обработку шумового сигнала. Однако динамический диапазон измерений при этом ограничен из-за того, что на вход устройства (диодный детектор) невозможно подать сигналы больших уровней. Данное устройство не позволяет производить измерение наряду с амплитудными шумами фазовых шумов передатчиков.

Целью изобретения является расширение амплитудно-динамического диапазона измерений фазовых шумов при одновременном обеспечении возможности измерения амплитудных шумов передатчиков.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель шумовых характеристик СВЧ и ВЧ передатчиков, состоящий из делителя мощности, соединенных последовательно балансного смесителя, узкополосного ФНЧ, УПТ, первого АЦП и ЭВМ, а также широкополосного ФНЧ и второго АЦП, введены направленный ответвитель, линия задержки, регулируемый аттенюатор, два регулируемых фазовращателя, НЧ коммутатор на 3 входа и один выход, усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, три полосовых фильтра, СВЧ сумматор, делитель мощности на 3, при этом входом устройства служит вход направленного ответвителя, первый выход которого соединен с входом делителя мощности, а второй через первый регулируемый фазовращатель с гетеродинным входом балансного смесителя, тогда как первый выход усилителя мощности через линию задержки и второй регулируемый фазовращатель соединен с первым входом СВЧ сумматора, а второй выход делителя мощности через регулируемый аттенюатор с вторым входом СВЧ сумматора, выход которого является сигнальным входом балансного смесителя, при этом выход балансного смесителя также через широкополосный ФНЧ и регулируемый усилитель поступает на вход делителя мощности на 3, каждый из выходов которого через соответствующий полосовой фильтр соединен с соответствующим входом НЧ коммутатора, выход которого через первый АЦП соединен с ЭВМ, которая управляет управляющими входами НЧ коммутатора и регулируемого усилителя.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого измерителя шумовых характеристик СВЧ и НЧ передатчиков.

Измеритель шумовых характеристик СВЧ и НЧ передатчиков состоит из направленного ответвителя 1, делителя мощности 2, управляемого аттенюатора 3, первого управляемого фазовращателя 4, линии задержки 5, СВЧ сумматора 6, второго управляемого фазовращателя 7, баласного смесителя 8, широкополосного ФНЧ 9, усилителя с регулируемым коэффициентом передачи 10, делителя мощности на 3 11, полосовых фильтров 12, 13, 14, НЧ коммутатора на 3 входа и один выход 15, ЭВМ 16, второго АЦП 17, узкополосного ФНЧ 18, УПТ 19, второго АЦП 20.

Измеритель работает следующим образом.

Измерение отношения с/ш производится в режиме генерации несущей от передатчика.

Входной сигнал несущего колебания описывается выражением: где A₀-амплитуда генерации несущей передатчика; m_i-индекс паразитной амплитудной модуляции; m_k-индекс паразитной угловой модуляции; ω_o/2π -паразитная девиация частоты; Ω/π- частота паразитной модуляции; DW/2π-дискрет частотной отстройки анализируемого спектра; w₀/2π-частота несущего колебания; Для простоты восприятия рассмотрим работу устройства для однотонального сигнала, представив выражение (1) следующим образом:
a₂(t) = A₀[1+m_icosΩ_it]cos[ω₀t+m_kcosΩ_kt] (2)
Сигнал данного вида, пройдя направленный ответвитель 1, поступает на вход делителя мощности 2, где делится по мощности пополам (по амплитуде 2).

Сигнал на первом входе СВЧ сумматора описывается выражением:

где K_x-вносимое затухание трактом (линия задержки и фазовращатель);
τ- время задержки, вносимой линией задержки;
v- дополнительный сдвиг фаз, вносимый управляемым фазовращателем.

На втором входе СВЧ сумматора сигнал имеет вид:

K_x-затухание тракта (регулируемый аттенюатор) подбирается равным предыдущему тракту.

Величина фазового сдвига ω₀τ+ϕ = π характеризует противофазность двух описываемых двух описываемых трактов; противофазность обеспечивается регулируемым фазовращателем.

При этом на выходе СВЧ сумматора сигнал описывается выражением:

Учитывая, что m_i< 1, Ωτ/2 < 1, ω_qτ < 1 и пренебрегая членами второго порядка малости сигнала на входе балансного смесителя можно представить в виде:

Сигнал на гетеродинном входе балансного смесителя, прошедший второй управляемый фазовращатель, можно описать выражением:
a₇(t) = C₀(1+m_icosΩ_it)sin[ω₀t+m_kcosΩ_kt] (7)
После перемножения сигналов (6) и (7) в балансном смесителе и выделения разностной частоты результирующий сигнал можно представить

или для линейного участка характеристики:

Обычно ω_q/2π в области СВЧ и ВЧ составляет десятки или сотни кГц, а τ выбирается от 0,1 до 0,01 мкс.

Из выражения (8) видно, описанная выше схема выполняет роль частотного детектора с повышенной крутизной дискриминационной характеристики.

Крутизна характеристики частотного детектора зависит от A₀, K_x и t Так при задержках 0,1 мкс коэффициент затухания линии задержки составляет 5-6 дБ, а крутизна на линейной участке характеристики растет в раз (рис. 2,3), где ω₀/2π -частотная точка испытательного сигнала; ω₁/2π частотная точка первого нуля дискриминационной характеристики.

Например, при τ 0,1 мкс, K_x= 6 дБ, w₀/2π 1ГГц крутизна характеристики возрастает на 40 дБ. При этом на вход схемы может подаваться сигнал уровнем до нескольких десятков Вт, что не мешает нормальной работе балансного смесителя, так как уровень сигнала, поступающего на сигнальный вход, менее 1 мВт, а на гетеродинный до 10 мВт, ослабление шумовой составляющей при этом составляет K_x раз (коэффициент ослабления линии задержки).

Далее сигнал (9) усиливается и проходит один из полосовых фильтров (в зависимости от анализируемой полосы частот) и через коммутатор поступает на АЦП, где преобразовывается в цифровую форму.

По принятой реализации ЭВМ производит расчет частотного спектра, используя обратное преобразование Фурье. Рассчитанные значения ω_q/2π на соответствующих частотах Ω_k/2π относят к ω₀/2π и строится гистограмма фазовых шумов передатчика в заданном частотном диапазоне в окрестности несущей.

При измерении амплитудных шумов балансный смеситель работает в режиме амплитудного детектора, на оба входа которого поданы синфазные сигналы (сдвиг фаз регулируется двумя управляемыми фазовращателями каналов). Для измерения уровня сигнала используется канал постоянной составляющей, состоящий из узкополосного ФНЧ, УПТ и АЦП. Уровень несущего колебания, относительно которого производится нормировка измеренных значений шумовых составляющих, записывается в память ЭВМ.

Формула изобретения

Измеритель шумовых характеристик сверхвысокочастотных и высокочастотных передатчиков, состоящий из делителя мощности, соединенных последовательно балансного смесителя, узкополосного фильтра нижних частот, усилителя постоянного тока, первого аналого-цифрового преобразователя и электронно-вычислительной машины, и также широкополосного фильтра нижних частот и второго аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что введены направленный ответвитель, линия задержки, регулируемый аттенюатор, два регулируемых фазовращателя, низкочастотный коммутатор на три входа и один выход, усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, три полосовых фильтра, сверхвысокочастотный сумматор, делитель мощности на три, при этом входом измерителя является вход направленного ответвителя, первый выход которого соединен с входом делителя мощности, а второй через первый регулируемый фазовращатель с гетеродинным входом балансного смесителя, первый выход делителя мощности через линию задержки и второй регулируемый фазовращатель соединен с первым входом сверхвысокочастотного сумматора, а второй выход делителя мощности через регулируемый аттенюатор с вторым входом сверхвысокочастотного сумматора, выход которого соединен с сигнальным входом балансного смесителя, выход балансного смесителя через последовательно соединенные широкополосный фильтр нижних частот и регулируемый усилитель соединен с входом делителя мощности на три, каждый из выходов которого через соответствующий полосовой фильтр соединен с соответствующим входом низкочастотного коммутатора, выход которого через первый аналого-цифровой преобразователь соединен с электронно-вычислительной машиной, выходы которой соединены с управляющими входами низкочастотного коммутатора и регулируемого усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3