Измеритель фазовых шумов свч-усилителей

ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 09243 ш С 0 29 26 ГОС ПОД ИЗОБРЕТЕНИВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСА К АВТОРСКО 1р.ф Ц 1 ЕКгтор ороеждунасии" Изд-во советског в МЭК, 1978.2. Измеритель Техническое опис омитета по участию й СКЗ.,отип). луктуац ие (про ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗОВЫХ ШУМОВСВЧ-УСИЛИТЕЛЕЙ, содержащий задающийгенератор, выход которого через направленный ответвитель подключен квходам двух каналов, причем первыйканал содержит аттенюатор и фазовращатель, а второй канал - второй ат,тенюатор, измеряемый усилитель, последовательно соединенные третий аттенюатор, смеситель и усилитель промежуточной частоты, при этом выходвторого канала подключен к сигналь-ному входу фазового детектора, выходкоторого подключен к входу низкочастотного анализатора спектра, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения чувствительности измерения, в него введен третий канал, состоящий из последовательно соединенных модуля а, четвертого аттенюатора и вт го фазовращателя, выходкоторого подключен к опорному входуфазового детектора, причем второйвыход модулятора подключен к управляющему входу измеряемого усилителя,а во второй канал - второй направлен-ный ответвитель,индикатор, ферритовый вентиль, третий направленныйответвитель и высокочастотный анализатор спектра, в первый канал - линиязадержки, вход которой подключен кодному из выходов первого направленного ответвителя, а выход через последовательно соединенные аттенюатори фазовращатель подключен к гетеро"динному входу смесителя, при этомвторой выход первого направленногоответвителя через последовательносоединенные второй аттенюатор и второй направленный ответвитель соединен с входом измеряемого усилителя,выход которого через последовательносоединенные ферритовый вентиль и третий направленный ответвитель подключен к входу третьего аттенюатора, причем к второму выходу второго направленного ответвителя подключен индика"тор, а к второму выходу третьегонаправленного ответвителя - высокочастотный анализатор спектра.11092Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерителям низкочастотных шумов СВЧ-приборов.Известен измеритель фазовых шумов СВЧ-усилителей, содержащий задающий СВЧ-генератор, направленный отаетвитель, выходы которого подключены к входам сигнального и опорного каналов, при этом сигнальный канал состоит из направленного ответвителя, к одному из выходов которого подключен измеряемый СВЧ-усилитель, выход которого через аттенюатор подключен к одному из входов трехдецибельного щелевого моста, а второй выход второго ответвителя через аттенюатор и фазовращатель подключен к второму входу трехдецибельного щелевого моста, выход которого является выходом сигнального канала и через третий направленный ответвитель и аттенюатор подключен к входу СВЧ- смесителя, опорный канал содержит последовательно соединенные фазовращатель и аттенюатор, включенные между вторым выходом первого направленного ответвителя и вторым входом третьего направленного ответвителя, причем выход СВЧ-смесителя подключен к входу селективного усилителя с индикатором на выходе1 3.Недостатком этого измерителя является зависимость чувствительности измерения фазовых шумов СВЧ-усилителя от уровня его выходной мощности. Для маломощных входных СВЧ-усилите" лей она может оказаться недостаточной и ограниченной низкочастотными фликкер-шумами СВЧ-смесителя.4 ОНаиболее близким к предлагаемому является измеритель фазовых шумов, содержащий задающий СВЧ-генератор, выход которого подключен к входу направленного ответвителя, выходы45 которого подключены к входам опорного и сигнального каналов, при этом опорный канал состоит иэ последовательно соединенных аттенюатора, смеси" теля, усилителя промежуточной частотыи фазовращателя, а сигнальный канал - из 5 О последовательно соединенных второго аттенюатора, измеряемого усилителя, третьего аттенюатора, смесителя и усилителя промежуточной частоты, причем опорные входы смесителей обоих 55 каналов через второй направленный ответвитель подключены к гетеродину, а выходы опорного и сигнального кана 433 2лов подключены к соответствующим входам фазового детектора, выход которого подключен к низкочастотному анализатору спектра2 3.Однако предельная чувствительность измерения фазовых шумов СВЧ-усилителей этим измерителем ограничивается низкочастотными шумами балансных смесителей и низкочастотными флуктуациями фазы колебаний задающего генератора и СВЧ-гетеродина, которые не полностью подавляются на фазовом детекторе вследствие нестрогой идентичности фазочастотных характеристик сигнального и опорного каналов, по которым проходят колебания СВЧ-генератора и гетеродина до входов фазового детектора.Цель изобретения - повышение чувствительности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в измеритель фазовых шумов СВЧ-усилителей, содержащий задающий генератор, выход которого через направленный ответвитель подключен к входам двух каналов, причем первый канал содержит аттенюатор и фазовращатель, а второй канал - второй аттенюатор, измеряемый усилитель, последовательно соединенные третий, аттенюатор, смеситель и усилитель промежуточной частоты, при этом выход второго канала подключен к сигнальному входу фазового детектора, выход подключен к входу низкочастотного анализатора спектра, дополнительно введен третий канал, состоящий из последовательно соединенных модулятора, четвертого аттенюатора и второго фаэовращателя, выход которого подключен к опорному входу фазового детектора, причем второй выход модулятора подключен к управляющему входу измеряемого усилителя, а во второй канал - второй направленный .ответвитель, индикатор, ферритовый вентиль, третий направленный ответвитель и высокочастотный анализатор спектра, в первый канал - линия задержки, вход которой подключен к одному из выходов первого направленного ответвителя, а выход через последовательно соединенные аттенюатор и фазовращатель подключен к гетеродинному входу смесителя, при этом второй выход первого направленного ответвителя через последовательно соединенные второй аттенюатор и второй направленный ответвитель со;единен с входом измеряемого усилителя, выход которого через последовательно соединенные ферритовый вентиль и третий направленный ответвитель подключен к входу третьего аттенюатора, причем к второму выходу второго направленного ответвителя подключен индикатор, а к второму выходу третьего направленного ответвителя - высокочастотный анализатор 1 О спектра.На чертеже представлена блок-схема устройства.Измеритель фазовых шумов СВЧ-усилителей содержит задающий СВЧ-генератор 1, через направленный ответвитель 2 и последовательно соединенные второй аттенюатор 3 и второй направленный ответвитель 4 подключенный к сигнальному входу измеряемого усилителя 5, к управляющему входу которого подключен модулятор 6, а выход соединен через последовательно соединенные ферритовый вентиль 7, третий направленный ответвитель 8, третий аттенюатор 9 с сигнальным входомсмесителя 10, гетеродинный вход которого через последовательно соединенные линию 11 задержки, первый аттеню" атор 12 и фазовращатель 13 подключен к второму выходу направленного ответ-. вителя 2, при этом к второмувыходу второго направленного ответвителя 4 подключен индикатор 14, а к второму выходу направленного ответвтиеля 835 подключен высокочастотный анализатор 15 спектра, выход смесителя 10 через усилитель 16 промежуточной частоты (УПЧ) подключен к сигнальному входу фазоВого Детектора 17 Опорный ВХОД 40 которого через последовательно соединенные аттенюатор 18 и Фазовраща,тель 19 подключен к второму выходу модулятора 6, а к выходу фазового детектора 17 подключен низкочастотный анализатор 20 спектра. Измеритель работает следующим образом.lКолебания задающего генератора 1 через направленный ответвитель, ат тенюатор 3 и второй направленный ответвитель 4 подводятся к измеряемому усилителю 5. На один из электродов усилителя 5 от модулятора 6 подается регулируемое по амплитуде си нусоидальное напряжение с частотой порядка 0,1-1,0 МГц. Уровень этого напряжения выбирается таким, чтобы 4за счет модуляции фазы в спектре сигнала на выходе усилителя составляющая с несущей частотой отсутствовала,С выхода усилителя 5 СВЧ-колебания через ферритовый вентиль 7, направленный ответвитель 8 и аттенюатор 9 подводятся к смесителю 10.Гетерогенный сигнал к этому смесителю подводится от задающего генератора 1 через направленный ответвитель 2,линию 1,1 задержки, аттенюатор 12 ифазовращатель 13. Уровень сигнала,подводимый к испытуемому усилителю,контролируется с помощью направленного ответвителя 4 и индикатора 14.Подавление несущей частоты контролируется с помощью анализатора 15 спектра. Составляющая модулированногоспектра с частотой модуляции и с боковыми составляющими вокруг нее вы"деляется с помощью УПЧ 16, колебания с выхода которого подводятся кфазовому детектору 17, Опорные колебания на фазовый детектор 17 подводятся.от модулятора 6 через аттенюатор 18 и фазовращатель 19. Напряжение с выхода. Фазового детектора 17,пропорциональное фазовым шумам измеряемого усилителя 5, анализируетсяпо спектру низкочастотным анализатором спектра 20,Отсчет спектральных плотностейэтих шумов осуществляется по выходному прибору низкочастотного. анализатора 20 спектра после чего, калибровки. Мощности сигналов измеряемогои гетерогенного), подводимые к смесителю 10, контролируются по токамдиодов смесителя, которые устанавливаются аттенюаторами 9 и 12 в пределах допустимых величин.Настройка измерителя: чтобы неперегрузить диоды смесителя и испытуемый СВЧ-усилитель перед включениемгенератора 1 вводят на полное затухание аттенюаторы 3, 9 и 12. Послевключения всех приборов измерителяаттенюатором 3 устанавливают номинальное значение мощности на входе усилителя 5.Регулировкой выходного напряжениямодулятора 6 достигают подавлениенесущей, что наблюдается по спектруна высокочастотном анализаторе 15спектра.Аттенюаторами 9 и 12 устанавливают номинальные значения мощности,подводимой к смесителю, что контроли 1092433руется по токам диодов смесителя, Регулировкой усиления УПЧ 16 и аттенюатором 18 устанавливают равенство сигналов на входах фазового детектора 17, что контролируется осциллог-, 5 рафом, подключаемым к этим входам. Фаэовращателем 19 устанавливается нулевое значение постоянной составляющей тока на выходе фазового детектора 17, что контролируется встроенным в схему фазового детектора измерительным прибором, Анализатором 20 спектра проводят измерения спектра фазовых шумов испытуемого СВЧ-усилитеЛя. 15Калибровка измерителя проводится любым из известных способов, в частности дополнительной низкочастотной модуляцией фазы испытуемого усилителя с известным малым индексом или 20 фазовращателем 19, который предвари" тельно откалиброван.В первом случае индекс модуляции определяется следующим образом. Фиксируют напряжение модуляции Фазы 75 СВЧ-усилителя, при котором подавляется несущая частота, Тогда крутизнамодуляционной характеристики испытуемого усилителя равна302405Ус 1,41 1)где 0 - эффективное значение моЭфмдулирующего напряжения, при котором подавляется несущая частота.Искомый индекс модуляции равенР 1 41 сПэфмгде П - эффективное значение наэ 17пряжения низкой частоты дополнительно модулирующего фазу испытуемого усилителя Й 4(с 0).45Во втором случае калиброваннымфаэовращателем 19 выводят фазовыйдетектор 17 из состояния баланса,По уровню напряжения разбаланса ипо показаниям фазовращателя 19 опре деляют крутизну характеристики фазового детектора 17. Измеряемые шумы определяются путем спектрального анализа напряжения на выходе фазового детектора. Эффективные значения напряжения, фиксируемые анализатором 20 спектра на каждой частоте анализа, умножают на крутизну характеристики фазового детектора, Полученный результат возводят в квадрат и делят на полосу частот анализа анализатора 20 спектра.Технические преимущества предлагаемого измерителя фазовых шумов СВЧ-усилителей перед известными измерителями состоят в том, что достигается увеличение предельной чувствительности за счет того, что усиливаемые колебания путем их дополнительной модуляции фазы с подавлением несущей частоты переносятся в область частот, где шумы СВЧ-смесителей меньше, и фазовое детектирование этого сигнала осуществляется на частоте модуляции. Повышается надежность работы схемы, так как случайное нарушение баланса фаз в схеме подавления несущей частоты повышенной мощности приводит к сгоранию смесителя. В предлагаемой схеме легко обеспечиваемая стабильность модулирующего напряжения порядка 10- достаточна для обеспечения стабильного отсутствия составляющей несущей частоты с мощностью меньше единиц милливат в сигнале на выходе испытуемого усилителя.Предлагаемый измеритель может быть использован для измерения фазовых шумов рп-аттенюаторов ограничителей мощности и ряда других элементов СВЧ-тракторов, которые включают между аттенюатором 9 и смесителем 10. Им можно проводить измерения амплитудных шумов СВЧ-усилителей и указанных устройств, для чего фазовращателем 13 устанавливается синфаэность на смесителе гетеродинного и измеряемого сигналов и вместо фазового детектора 17 на выходе УПЧ 16 применяется амплитудный детектор,.