Способ калибровки анализаторов спектра

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВЕЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Реся (it) 932422 (б! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)ЗаЯвлено 04.04.80 (21) 2939479/18-21 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (5l)M. Кл.

6 01 R 23/16

3Ьеударстеенныб кемнтет

CCCP пе делам нзабретеннй н етерытнй

ОпУблмковано 30.05.82, Бюллетень P@ 20

Дата опубликования описания 30.05.82 (53) УДК 621..317.757 (088.8) (72) Ав ор изобретения

А.И. Горелов (7!) Заявитель (54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ АНАЛИЗАТОРОВ

СПЕКТРА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть, в частности, использовано для амплитудной калибровки анализаторов спектра

СВЧ гармоникового типа.

Известен способ калибровки по уров- ню высокочувствительных измерительных приемников и анализаторов спектра

СВЧ с использованием в качестве сигнала с эталонным уровнем мощностия сигнала от генератора шума (11.

Недостаток данного способа калибровки заключается в недостаточной чувствительности по входу (повышение уровня собственных шумов, приведенных ко входу) с повышением входной частоты в связи с тем, что потери преобразования входного смесителя увеличиваются с увеличением номера .рабочей гармоники гетеродина (уменьшение чувствительности составляет в среднем 5-7 дБ с увеличением номера гармоники на единицу).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ калибровки, основанный на сравнительном измерении сигналов RpH двух значениях частот гетеродина, при помощи которого определяется коэффициент передачи измерительного канала $2). Необходимость обеспечения калиброванного опорного уровня на входе при измерении на всех частотах (путем измерения уровня или обеспечения постоянного во времени уровня с помощью схемных решений) определяет основной недостаток известного способа, заключающийся в том, что для калибровки анализатора спектра (АС), работающего на гармониках гетеродина во всем диапазоне частот требуется набор встроенных ВЧ и СВЧ генераторов в количестве, равном числу используемых гармоник и измерителя мощности, т. .е. целый набор дополнительной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса,измерений

1Г С пч.1

" = Д (с пч ) > (2) 3 93242 абсолютных уровней сигналов в анализаторах спектра СВ4 гармоникового типа во всем рабочем диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что, в способе калибровки анализаторов спектра, основанном на измерении входного и выходного уровней сигнала на опорной частоте, а также коррекции коэффициента передачи при каждом измерении, дополнительно. измеряют на 1о каждой последующей частоте выходной уровень сигнала при различных значениях гетеродинных частот, соответствующих преобразованию на соседних .гармониках, и в каждом случае изме- 15 ряют отношение выходных уровней, а коррекцию коэффициента передачи осуществляют по измеренному отношению.

Сущность способа калибровки заключается в том, что наряду с использованием при калибровке источника синусоидального сигнала с калиброванным уровнем, обеспечивающим калибровку г ервого поддиапазона частот анализатора спектра, вводится дополнитель- 25 ная операция калибровки относительных коэффициентов передачи каждого поддиапазона. Путем последовательного измерения одного и того we сигнала на соседних гармониках определяются поправочные коэффициенты на измерение коэффициента передачи анализатора спектра в зависимости от номера гармоники, которые вводятся в результаты измерения. Таким образом, анализа35 тор спектра становится прокалиброванным во всем диапазоне частот при работе на всех гармониках. При этом существенно то, что от источника сигнала, используемого для определения относительного изменения коэффициента передачи от гармоники к гармонике, не требуется эталонных свойств по уровню, так как операция относительной калибровки сводится к сравнитель-.

45 ным измерениям одного и того же сигнала при разных настройках прибора.

Рассмотрим подробнее суть калибровки по данному способу.

На основании уравнений преобразования можно записать выражения для частот настройки сигнала и соответствующие им частоты гетеродина

"с. = fr пч (1)

fc = "тг - fn %

55 где f - частота сигнала; - частота гетеродина; — первая промежуточная часто1 та;

f<<< вторая промежуточная частота;

N - номера гармоник частоты ге-, теродина (й = 2 3,4...,), Из условий (1) и (2) можно найти выражения для минимальных и максимальных значений частот сигналов (при определенном номере гармоники М), которые являются граничными частотами поддиапазонов (О., 0 ....,DN,0 <) данного анализатора спектра. Основное усилие, на котором основан данный способ калибровки можно записать:

fcedec(D ) = осмин(0 ) ,м.„(0.) = „() (3)

° . ° ° ° ° ° ° ° ° ° смс кс(Ъ) = осмин(0ы )

+ 1

Учитывая, что — „«< 2 при всех и,1 и что на практике выбирают

fnuq — тг мин (4) следует, что для непрерывного перекрытия диапазона входных частот и выполнения условий калибровки достаточно, чтобы

Г Мс®а- МИН ftQQ. (5) гмакс = 2 гмин.

С таким перекрытием частоты использу ются гатеродины в анализаторе спектр, гармоникового типа.

При выполнении условий (4) и (5) следуют значения частот настройки r, сигналу (частоты калибровки fc<<„) и соответствующие им значения частс настройки гетеродина (г-, л ) по поддиапазонам (01,0 ..... D, 0 N«.... ) которые запишутся, как гкс1л (04 = 2тгмин- <п.ч скс л(01И = гмин пч ; б) гол (О}) = 2 Г мин

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° а) гкал (0йи) = 2fr мин скал (DN

6) гкс(л (0й+ ) = 2 1 гмин (6

На фиг. 1 и 2 представлены графики настройки по частоте анализатора спектра гармоникового типа, использующего преобразование типа (1), на которых отмечены границы поддиапазонов, калибровочные частоты оскс л и, соответствующие им, частоты настройки гетеродина Ег <„(4) .

9324

На фиг. Зд и 35 изображены спектрограммы на экране индикатора АС сигналов с одинаковым уровнем с частотами, соответствующими различным поддиапазонам анализатора спектра.фиг.3 а соответствует случаю анализа до калибровки по уровню во всем диапазоне (видно, что сигналы одного и того же уровня имеют разные отклики на экране анализатора спектра). Фиг. 3 б соответствует случаю анализа, когда произведена предварительная калибровка по предлагаемому способу. Видно, что сигналы одного и того же уровня. дают один и тот же отсчет по шкале 15 экрана анализатора спектра, т.е. погрешность измерения уровней, обусловленная переходом с одного поддиапазона на другой, отсутствует.

На фиг. 4 представлен пример уст- го ройства для реализации способа.

Процесс полной калибровки во всем диапазоне состоит из двух операций абсолютной калибровки первого диапазона (D„) по низкочастотному источнику сигнала с эталонным уровнем и относительной калибровки коэффициента передачи, состоящей в учете поправок по уровню при переходе от диапазона к диапазону, обусловленных непостоянством коэффициента передачи от изменения номера гармоники (относительная калибровка) при помощи специального источника.

Учет поправок по уровню при переходе с поддиапазона на поддиапазон выполняется следующим образом. На вход прибора включается источник, формирующий сигналы с частотами, соответствующими fc aaA (например, .ге нератор дискретных частот от 0,1 до

12-18 ГГц с интервалом через 100 ИГц/ и уровнями мощности Р, Р 2, Р и т.д.

Включается поддиапазон 0, произ-

45 водится настройка входных цепей на частоту fc qadi (D„, 0 ), частоты гетеродина на Гг кд„ (О„), измеряется уровень сигнала Р„ и запоминается

1 соответствующее этому значению показание АС в 1-ом диапазоне Р(0 ).

Включается поддиапазон О,, гетеродин настраивается на частоту г 1„ (0 1), измеряется уровень того же сигнала Р, регистрируется соответст55 вующее ему значение Р 1(0 ), вычисляется поправка д Р „(0,0 ) = (Р „(O„)

P < (Dg) ) дб, обусловленная измейе22 6 нием коэффициента передачи при переходе от поддиапазона к поддиапазону, Аналогично (при соответствующих настройках) измеряется уровень калибровочного сигнала Р на максимальной частоте 2-го и минимальной частоте 3-го поддиапазонов, вычисляется поправка aPrj(og,o ) = LPo(og)

- Р (0 )) дб. Такая операция выполняется для всех поддиапазонов, найденные поправки b P> учитываются путем коррекции показаний АС в режиме измерения абсолютных уровней, т.е. происходит выравнивание коэффициентов передачи в каждом поддиапазоне относительно первого (0 1), так как 1-й поддиапазон калибруется с помощью низкочастотного эталонного сигнала, то следовательно при данном способе обеспечивается калибровка анализатора спектра по уровню ео всех рабочих поддиапазонах.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает калибровку по уровню анализатора спектра гармоникового типа во всем рабочем диапазоне. вход1ных частот (при всех номерах рабочих гармоник частоты гетеродина в отличии от известных способов с использованием низкочастотных сигналов с эталонным уровнем, обеспечивающим калибровку только первого поддиапазона), Анализатор спектра (фиг. 4) содержит входной блок 1 коммутации, калибровочный генератор 2, формирователь 3 гармоник, усилитель 4 мощности, опорный генератор 5, первый переключатель 6 каналов, фильтр 7 нижних частот, смеситель 8, гетеродин 9, полосовой фильтр 10 смеситель 11, гетеродин 12, второй переключатель 13 каналов, преселектор !4, гармониковый смеситель 15, гетеродинный преобразователь 16 ПЧ, УПЧ 17, узкополосный фильтр 18, логарифмический усилитель 19, детектор 20, аналогоцифровой преобразователь 21, выходной блок 22 коммутации, вычислитель

23, запоминающий блок 24, блок 25 памяти и цифровой обработки, индикатор 26 с экраном, генератор 27 пилообразного напряжения, блок 28 управления частотой гетеродина, блок

29 управления частотой преселектора, адресный переключатель 30, блок 31 управления режимами.

В одной разъем анализатора подключен ко входу блока 1 коммутации, тора подключен к управляющему входу преселектора 14. Управляющие входы входного блока 1 коммутации, выходного блока 22 коммутации и адресного переключателя 30 соединены с соответствующими выходами блока 31 управления режимами.

Опытные данные, накопленные в процессе разработок и эксплуатации анализатора спектра гармоникового типа, показывают, что неопределенность (нестабильность) коэффициента передачи измерительного тракта анализатора спектра в условиях эксплуатации достигает 3-4 дБ (основные составляющие: нестабильность передаточных характеристик преселектора, смесителя, аттенюатора, нестабильносгь сопряжения преселектора и смесителя и т,д.), Таким образом, калибровка по уровню во всем диапазоне частот в условиях эксплуатации позволяет исключить вышеуказанные погрешности и тем самым повысить точность измерения уровней в 2-2,5 раза.

Формула изобретения

Способ калибровки анализаторов спектра, основанный на измерении входного и выходного уровней сигнала на опорной частоте, а также коррекции коэффициента передачи при каждом измерении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, дополнительно измеряют на каждой последующей частоте выходной уровень сигнала при различных значениях гетеродинных частот, соответствующих преобразованию на соседних гармониках, и в каждом случае измеряют отношение выходных уровней, а коррекцию коэффициента передачи осуществляют по измеренному отношению.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Proc. 1ЕЕЕ", чоР 66, 1978, Н 4, р. 31-35.

2."Измерения в электронике". Под ред. В. Доброхотова, т. 2,1965, с.164.

7 932422 другой вход которого подключен к калибровочному генератору 2, а третий вход подключен к последовательно соединенным формирователю гармоник 3, усилителю 4 мощности и опорному генератору 5 °

Вход блока 1 коммутации подключен к первому переключателю 6 каналов, один выход переключателя 6 через фильтр нижних частот 7 подключен к 10 смесителю 8, другой вход которого подключен к выходу гетеродина 9 °

Выход смесителя 8 через полосовой фильтр 10 соединен с входом смесителя 11, другой вход которого подклю- 35 чен к выходу гетеродина 12 ° Выход второго смесителя 11 подключен к входу второго переключателя 13 каналов.

Второй выход переключателя 6 каналов через преселектор 14 соединен с 2о входом гармоникового смесителя 15, другой вход которого объединен с входом смесителя 8 и выходом гетеродина 9 ° Выход смесителя 15 подключен к второму входу переключателя 13 ка- 2s налов. Выход последнего соединен с последовательно включенными гетеродинным преобразователем 16 ПЧ,УПЧ 17, узкополосным фильтром 18, логарифмическим усилителем 19, дете.ктором 20, щ аналого-цифровым преобразователем 21, блоком 22 коммутации, один .выход которого подключен к входу вычислителя 23, другой вход которого соединен с входом запоминающего блока 24. Выход вычислителя 23 подключен к второму входу блока 22 коммутации через блок 25 памяти и цифровой обработки подключен к входу индикатора 26. Второй вход блока 25 памяти и цифровой обработки подключен к выходу генератора 27 пилообразного напряжения, подключенного одновременно к входам блока 28 управления частотой гетеродина и блока 29 управления частотой преселектора. Третий выход блока 22 коммутации через адресный переключатель 30 соединен с запоминающим блоком 24. Выход блока 28 управления частотой гетеродина подключен к управляющему входу гетеродина 9. Выход блока 29 управления частотой преселек932422

Составитель A. Орлов

Редактор В. Пилипенко .Техред М. Надь

КорректорС. Йекмар

Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3776/65

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4