Следящий генератор для анализаторов спектра

(9 5 О 23/00 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМ И ЕТЕЛЬСТВУ ате, ТЕ- гсоп ных ха- составектра". пект 3,ДЛЯ АНА где Ь А - допустимое отклонды первой гармоники выходнпервой гармоники сигнала ти2 ил,радиоизмериачено для као-частотной ров спектра. ие стабильноие амплитуо сигнала от а "меандр". оизмеридля калиб- еристики ор (СГ),наащии по- опорныйчастоты явяюся сный усияется выгенератор содерулируемым коэф люченный междурвым преобразоистему а втоматиподключенную к од системы АРУ дом усилителя, а Указа жит также фициенто опорным вателем ч ческой ре выходу Ш соединен ныи следящии усилитель с рег м усиления, вк енератором и пе стоты, а также с улировки (АРУ) ПУ, причем вы со вторым вхо ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ РИ ГКНТ СССР"Измерение амплитудно-частотрактеристик и частот спектральныхляющих с помощью анализаторов спРадиоизмерительная техника, Прос4. 1980, с. 7 - 8.(54) СЛЕДЯЩИЙ ГЕНЕРАТО ЗАТОРОВ СПЕКТРА (57) Изобретение относится к тельной технике и предназ либровки амплитуд характеристики анализат Цель изобретения - повыше Изобретение относится к радительной технике и предназначеноровки амплитудно-частотной харак(АЧХ) анализаторов спектра,Известен следящий генераиспользуемый при калибровкелизаторов спектра (АС), содержследовательно включенныегенератор. К преобразователей(К1), вторые входы которыхвходами устройства, широкопололитель (ШПУ), выход которого явлходом СГ (11,Недостатком дшая собственнаядиапазоне частот 1щая значение +1 дБ. анного СГ является боль- неравномерность АЧХ в 00 кГц - 110 МГц, имеюсти амплитуды первои 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 соотноше- ния ЛА = 20 91 2/ - + 2 3 и (агссоз - ) -7 г К 12 К- К агссоз --- зп (2 агссоз - ), (дБ)1 К 1К 2 К 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 12).выход ШПУ является выходом следящего генератора.Данный СГ работает следующим образом, Опорный генератор вырабатывает сигнал частоты 1, равной оконечной промежуточной частоте 1 пч АС. Сигнал поступает на усилитель с регулируемым коэффициентом усиления Кус, а затем на К поСледовательно включенных преобразователей частоты, число которых К равно числу 5 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. На второй вход каждого преобразователя СГ подается сигнал соответствующего гетеродина АС. Так.как ПЧ в тракте каждого преобразователя СГ равна 20 ПЧ соответствующего преобразователя АС то частота сигнала на выходе К-го преобразователя 4 равна частоте настройки АС, т. е,1 сг = 1 дс. (1) Таким образом, частота 1 сг 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 Цвьв определяется соотношением30 Овых= КусК(сг)ОСГ (2) где К(тсг) - амплитудно-частотная характеристики тракта СГ,Оог = сопи - амплитуда опорного генератора. Перестройка частоты 1 сг следящего генератора происходит посредством перестройки частоты Гп соответствующего -го гетеродина АС. При этом происходит изменение значения К(тсг), 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(1 сг) много меньше, чем АЧХ К(Хсг) тракта СГ.Система АРУ вырабатывает сигнал, поступающий на регулируемый усилитель, который в зависимости от того, увеличивается 50 или уменьшается амплитуда выходного сигнала ШПУ, уменьшает или увеличивает коэффициент передачи.Таким образом, АЧХ следящего генератора определяется АЧХ детектора системы 55 АРУ и имеет меньшую неравномерность й 0,5 дБ в диапазоне 100 кГц - 110 МГц 21, 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 АРУ 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 = О/Е, где О, Е -амплитуды соответственно наограниченного и ограниченного сигналов, должен удовлетворять соотношениюЛА =20 ц(2/ - + 2 зп (агссоз - ) -К 1 - К агссоз --- зи (2 агссоз - )1,1 К 1К 2 Кгде ЬА - допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного 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.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 вь 1 воду 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 б, соединенным с токо- задающим 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 аког, равной конечной промежуточной частоте 1 пч 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.сг= 1 дс, (з) частота 1 сг 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 Т 15 и Т 17 собран термостабильный источник тока 6. Резисторы 13, 14, 16 задают режим работы Т 15 и устанавливают 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 постоянную разность потенциалов между источниками питания - Е и базой Т 17 в диапазоне рабочих температур (до 100 С), Вследствие этого через Т 17 и ротекает ток о, зависящий только от величины резистора 18. Резистор 18 является в данной схеме устройства регулировки, посредством которого заменяется величина тока через Т 17,На транзисторах 23 и 25 собран дифференциальный каскад 5, Постоянный ток, протекающий через каскад 5 с источника тока б, управляется переменным напряжением поступающим на.вход каскада 5 с ШПУ 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 импульсь 1, имеющие форму ограниченного синусоидального сигнала с частотой повторения сг, равной частоте настройки АС, и амплитудой Е = 1 ой 1 в,Амплитуда первой гармоники А 1 сигнала СГ определяется выражениемт1 2А 1 = - Х Я (т) соз (2 тг 1 сг с) с 3 1, (4)т2где Т = 1 Лсг - период следования импульсов с выходной шины 8 СГ,Я(т) - аналитическое выражение выходного сигнала СГ,г Оассоз Е Е; 0л сг Осоя (2 л 1 сг с)- 21 5 д ---(6)Выражение (б) показывает, что при сильном ограничении (Е ( О), когда форма выходного сигнала стремится к форме "меандр"А 1 = - .2 Е(7)При уровнях ограничения Е, сравнимых с амплитудой входного синусоидального сигнала О, амплитуда первой гармоники А 1 выходного сигнала СГ будет отличаться от величины, определяемой выражением (7).5 10 15 20 Амплитуда первой гармоники сигналаСГ относительно амплитуды первой гармоники сигнала типа "меандр" определяетсявыражениемЬА =209 А, дБ,Ам(8)где Ам - амплитуда первой гармоники сигнала "меандр" (7)А 1 - амплитуда первой гармоники сигнала СГ (6).Подставляя (6) и (7) в (8), получимЬ А = 20 1 Ц 1 2/( - + 2 з 3 п (агссоз - ) -лК . 1К- К агссоз --- з 1 п (2 агссоз - )1 ), дБ (9)1 К 1К 2 Кгде К = ИЕ - коэФФициент, определяющийуровень ограничения,В таблице приведена зависимость ЬАот коэффициента К, определяющего уровень ограничения. Так как уровень О сигнала ШПУ, а значит, и отношение в диапазоне частот не постоянно, следовательно, возникаетпогрешность, обусловленная неидеальностью формы выходного сигнала СГ.Схема построена таким образом, чтоуровень ограничения сигнала ШПУ Е = 0,5В. Поэтому при уровне сигнала ШПУ 0 = 2 Ви неравномерности его амплитуды даннаяпогрешность, обусловленная неидеальностью формы выходного сигнала, не превышает +0,03 дБ, что следует из данныхтаблицы,Экспериментальные исследования показали, что в диапазоне частот 100 Гц - 110МГц изменение уровня первой гармоникисоставляет величину +0,15 дБ, в диапазоне до 200 МГц +0,2 дБ.Кроме того, применение в схеме СГ термостабильного источника тока и дифференциального каскада позволилостабилизировать уровень ограничения Е, азначит, и уровень первой гармоники выходного сигнала СГ. Экспериментальные исследования показали, что величинаизменения уровня первой гармоники СГ неболее 4-0,05 дБ в интервале температур от20 до 100 С;Таким образом, в описанном устройст-,ве:- увеличивается стабильность выходного сигнала в диапазоне температур, что даетповышение точности калибровки АЧХ прибольших периодах развертки по частоте,- расширяются функциональные возможности, так как можно производить абсолютную калибровку АС (т.е. калибровку 25 30 35 40 45 50 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 ( .ф.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,- упрощается структурная схема АС, так как применение предлагаемого следящего генератора в его составе позволяет исключить из АС 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 частоть 1 являются соответственно с первого по К-й входами следящего генератора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды первой гармоники выходного сигнала в широких диапазонах частоты сигнала и температуры окружающей среды, в него 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 = ИЕ, где О, Е - амплитуды соответственно неограниченного и ограниченного сигналов, должен удовлетворять соотношениюЬА =20 Ц 12/ - +2 зп (агссоз - ) -лК 12 К - К агссоз --- зп (2 агссоз - Я,1 К 1К 2 Кгде ДА - допустимое отклонение амплитуды первой гармоники выходного сигнала от амплитуды первой гармоники сигнала типа "меандр".10 175854 Зависимость ЬА от К по формуле (9) К = О/Е 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 беСоставитель Грачеведактор Л, Орловская Техред М.Моргентал Ко Т, Пали аказ 2997 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 ЬА, Б 0,39 0,2 б 3 0,181 0,137 0,088 0,055 0,041 0,027