SU1267279A1 - Meter of spectra of frequency noises of low-power microwave generators - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике. Предназначено дл  измерени  частотных шумов СВЧ-генератора . Цель изобретени  - повьпиение чувствительности измерител . В устройство, содержащее направленные отвётвители 1, 6, 8, резонатор 2, компенсатор 3 несущей, сумматор 7, детектор 9, аттенюаторы 10, 12, 17, фазовращатели 11, 13, 18, усилитель 14 промежуточной частоты (ПЧ), балансный детектор 15 колебаний ПЧ, генератор 16 колебаний ПЧ, низкочастотный анализатор 19 спектра, дл  достижени  цели за счет подавлени  несущей , модул ции фазы и усилени  сигнала, последующего восстановлени  несущей в сигнале синхронного детектировани  и анализа спектра продетектированного сигнала, в устройство введены новые св зи, малошум щий усилитель 4, модул тор 5 фазы. Предельна  чувствительность предлагаемого измерител  по уровн м измер емых частотных шумов СВЧ-генераторов ограничиваетс  шумами балансного О детектора 15, нормированными к квадрату эффективного значени  напр жеел ни  несущей подводимых к нему колес баний. Предельна  чувствительность измерител  по уровню входной СВЧмощности соответствует чувствительности супергетеродинного приемника. Чувствительность устройства как по N9 величинам измер емых частотных шуа мов, так и по минимальнЕ)1м значени м ю СВЧ-мощности генератора измерител  Bbmie, чем у прототипа, на 39-40 дБ. i ил. соThis invention relates to a radio measuring technique. Designed to measure the frequency noise of a microwave generator. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the meter. In the device containing directional otvetviteli 1, 6, 8, resonator 2, carrier compensator 3, adder 7, detector 9, attenuators 10, 12, 17, phase shifters 11, 13, 18, intermediate frequency (IF) amplifier 14, balanced detector 15 IF oscillations, 16 IF oscillations generator, low-frequency spectrum analyzer 19, to achieve the goal by suppressing the carrier, modulating the phase and amplifying the signal, then reconstructing the carrier in the synchronous detection signal and analyzing the spectrum of the detected signal, new connections are introduced conductive amplifier 4, a modulator 5 phase. The limiting sensitivity of the proposed meter in terms of the measured frequency noise of the microwave generators is limited by the balanced O noise of the detector 15, normalized to the square of the effective value of the voltage nor the carrier of the wheels supplied to it. The extreme sensitivity of the meter in terms of the input microwave power corresponds to the sensitivity of the superheterodyne receiver. The sensitivity of the device, both in terms of the N9 magnitudes of the measured frequency noise and the minimum) 1m value of the microwave power of the Bbmie meter generator than the prototype, is 39-40 dB. i il with

Description

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и предназначено дл  измерени  частотных СВЧ-генераторов,The invention relates to a radio measuring technique and is intended to measure frequency microwave oscillators,

Цепь изобретени  повьш1ение чувствительности измерител  путем по;давлени  несущей, модулйции фаза и усилени  сигнала, последующего восстановлени  несущей в сигнале, синхронного детектировани  и анализа спектра продетектированного сигнала. На чертеже приведена структурна  схема измерител ,The circuit of the invention increases the sensitivity of the meter by means of: carrier pressure, phase modulation and signal amplification, subsequent carrier recovery in the signal, synchronous detection and analysis of the spectrum of the detected signal. The drawing shows a block diagram of the meter,

Измеритель содержит направленный ответвитель 1, вход которого  вл етс  входом устройства, к первому выходу которого подключены последовательно соединенные резонатор 2, компенсатор 3 несущей, малошум щий усилитель 4j модул тор 5 фазы, направленньй ответвитель 6 сумматор 7, направленный ответвитель 8, детектор 9, последовательно соединенные первьй аттенюатор 10 и первьй фазовращатель 11 , которые включены между вторым выходом направленного ответвител  1 и вторым входом компенсатора 3 несущей, последовательно соединенные аттенюатор 12 и фазовращатель 13, которые включены между третьим выходом направленного ответвител  1 и вторым входам сумматора 7 5 подключенные к выходу детектора 9 последовательно соединеные усилитель 14 промежуточной частоты и балансньй детектор 15 колебаний промежуточной частоты, генератор 16 колебаний промежуточной частоты, выход которого подключен к входу модул ции модул тора 5 фазы, между выходом генератора 16 и вторым входом балансного детектора 15 включены последовательно соединенные аттенюатор 17 и фазовращатель 18, н:изкочастотный анализатор 19 спектра, который подключен к выходу балансного детектора 15, вторые выходы второго 6 и третьего 8 направленных ответвителей подключены соответственно к входам первого 20 и второго 21 анализаторов спектра СВЧ-диапаэона,The meter contains a directional coupler 1, the input of which is the device input, the first output of which is connected to a series-connected resonator 2, a carrier compensator 3, a low-noise amplifier 4j phase modulator 5, a directional coupler 6 adder 7, a directional coupler 8, detector 9, sequentially connected the first attenuator 10 and the first phase shifter 11, which are connected between the second output of the directional coupler 1 and the second input of the carrier compensator 3, are connected in series to the attenuator 12 and phases The spinner 13 is connected between the third output of the directional coupler 1 and the second inputs of the adder 7 5 connected to the output of the detector 9 serially connected amplifier 14 of the intermediate frequency and the balanced detector 15 of the intermediate frequency oscillations, generator 16 of the intermediate frequency oscillations, the output of which is connected to the modulation input of the modulation torus 5 phase, between the output of the generator 16 and the second input of the balanced detector 15 are connected in series the attenuator 17 and the phase shifter 18, n: izfrequency analyzer 19 spec tra which is connected to the output of the balanced detector 15, the second outputs of the second 6 and third 8 directional couplers respectively connected to the inputs of the first 20 and second 21 spectrum analyzers microwave diapaeona,

Измеритель работает следующим образом,The meter works as follows

СВЧ-резонатор настраивают на частоту исследуемого генератора.The microwave resonator is tuned to the frequency of the generator under study.

Регулировкой уровн  сигнала первы аттенюатором 10 и его фазы первым фаз ппащателем 11 снижаетс  уровеньBy adjusting the signal level with the first attenuator 10 and its phase, the first phase of the gear 11 reduces the level

несущей, в компенса.торе 3, что контролируетс  первым СВЧ-анализ-атором 20 спектра. Регулировкой величины напр жени  генератора 16 промежуточной частоты устанавливаетс  индекс модул ции фазы модул тором 5 сигнала , усиленного малюшум щим усилителем 4, равным 2,405. В этом случае несуща  в спектре сигнала на выходе модул тора 5 отсутствует, что контролируетс  первым СВЧ-анализатором 20 спектра. В фазе боковьрс составл ющих спектра этого сигнала содержатс  фазовые щумы испытуемого генеработа и частотные шумы этого генератора , преобразовалные резонатором 2 в фазовые шумы. В сумматоре 7 несуща  восстанавливаетс , что контролируетс  вторым СВЧ-анализатором 21 спектра. Фаза этой несущей вторым фазовращателем 13 поворачиваетс  на 90 относительно фазы исходных колебаний. При таком повороте фазы несущей на СВЧ-детекторе 9 происходит фазовое детектирование подводимых к нему колебаний, при котором в спектре сигнала на нагрузке детектора 9 содержатс  составл ющие промежуточной частоты. Они вьщел ютс  усилителем 14 колебаний промежуточной частоты . Аттенюатором 12 устанавливаетс  уровень мощности колебаний,подводимых к детектору 9. Величина этого уровн  контролируетс  анализато-ром 21 спектра СВЧ-колебаний, На выходе балансного детектора 15 вследствие равенства несущих частот колебаний , подводимых к обоим его входам, выдел етс  посто нна  составл юща  напр жени  и шумовое напр жение, пропорциональное частотным шумам испытуемого генератора.carrier, in compensation 3, which is controlled by the first microwave analyzer spectrum ator 20. By adjusting the magnitude of the voltage of the intermediate frequency generator 16, the modulation index of the phase is established by modulating the signal 5, amplified by a low-power amplifier 4, to 2.405. In this case, the carrier in the spectrum of the signal at the output of the modulator 5 is absent, which is controlled by the first microwave analyzer 20 of the spectrum. In the lateral phase, the spectral components of this signal contain the phase noise of the test generator and the frequency noise of this generator, transformed by resonator 2 into phase noise. In the adder 7, the carrier is recovered, which is controlled by the second microwave analyzer 21 of the spectrum. The phase of this carrier by the second phase shifter 13 is rotated by 90 relative to the phase of the original oscillations. With such a rotation of the carrier phase on the microwave detector 9, phase detection of the oscillations applied to it occurs, in which the intermediate frequency components are contained in the signal spectrum at the load of the detector 9. They are provided with an amplifier 14 intermediate frequency oscillations. Attenuator 12 sets the power level of the oscillations supplied to the detector 9. The magnitude of this level is controlled by the analyzer 21 of the microwave spectrum. At the output of the balanced detector 15, due to the equality of the carrier frequencies of the oscillations supplied to both of its inputs, the component voltage is and noise voltage proportional to the frequency noise of the tested generator.

Третьим фазовращателем 18 регуируетс  фаза опорных колебаний,The third phase shifter 18 adjusts the phase of the reference oscillations,

подводимых к балансному детектору 15 колебаний промежуточной частоты, до получени  максимальных показаний низкочастотного анализатора 19. Допустимое напр жение опорных колебаНИИ устанавливаетс  аттенюатором 17. Спектр шумового нз.пр жени  на выходе балансного детектора 15, пропорционального частотным шумам испытуемого СВЧ-генератора, определ етс the intermediate frequency oscillations applied to the balanced detector 15, until the maximum readings of the low-frequency analyzer 19 are obtained. The allowable voltage of the reference oscillations is set by the attenuator 17. The spectrum of the noise dc voltage at the output of the balanced detector 15 proportional to the frequency noise of the tested microwave generator is determined

низкочастотным анализатором 19 спектра . В балансном детекторе 15 подавл ютс  амплитудные шумы, которые имеютс  в сигнале, поступающем на смеситель с выхода усилител  14 промежуточной частоты.low frequency analyzer 19 spectrum. In the balanced detector 15, the amplitude noises that are present in the signal to the mixer from the output of the intermediate frequency amplifier 14 are suppressed.

Шумы, подлежащие измерению, содержатс  в колебани х на выходе усилител  14 как флюктуации фазы колебаний промежуточной частоты. Поэтому преобразование колебаний, подводимых к детектору 15  вл етс  фазовым детектированием и максимальный сигнал на выходе низкочастотного анализатора 19 спектра получаетс  при разности фаз колебаний, подводимых к детектору 15, равной 90°.The noise to be measured is contained in the oscillations at the output of the amplifier 14 as fluctuations in the phase of the oscillations of the intermediate frequency. Therefore, the conversion of the oscillations supplied to the detector 15 is phase detection and the maximum signal at the output of the low-frequency analyzer 19 of the spectrum is obtained when the phase difference of the oscillations supplied to the detector 15 is 90 °.

Калибровку измерител  можно провести любым из известных методов. Calibration of the meter can be done by any of the known methods.

К измерителю подключаетс  СВЧ-генератор с электрической перестройкой частоты. С помощью вспомогательного генератора низкой частоты осуществл етс  модул ци  частоты вспомогательного СВЧ-генератора до такой величины , при которой в спектре колебаний, наблюдаемом по анализатору 20, несуща  исчезает. Аттенюатор 10 при этом должен быть полностью закрыт или фазовращатель 11 разрегулирован, чтобы исключить подавление несущей в компенсаторе 3. Частоту модулирующего напр жени  F выбирают в диапазоне примерно от 10 до 100 кГц. Амплитуда девиации .частоты вспомогательного СВЧ-генератора при этой модул ции равна д 2,405 7„, Затем напр жение, модулирующее частоту вспомогательного СВЧ-генератора уменьшаетс  в любое фиксированное число раз (например, в 100; 1000 и т.д.). Соответственно с этим уменьшаютс  амплитуды девиации частоты д. Этим девиаци м частоты соответствуют определенные показани  низкочастотного анализатора 19 спектра. Каждое из них  вл етс  калиброванным и соответствует спектральной плотности флюктуации частоты: An electrically tuned microwave generator is connected to the meter. With the help of an auxiliary low frequency generator, the frequency of the auxiliary microwave generator is modulated to such a value that the carrier disappears in the oscillation spectrum observed by the analyzer 20. At the same time, the attenuator 10 must be completely closed or the phase shifter 11 is deregulated in order to eliminate carrier suppression in the compensator 3. The frequency of the modulating voltage F is chosen in the range of about 10 to 100 kHz. The amplitude of the deviation of the frequency of the auxiliary microwave generator with this modulation is d 2.405 7 ". Then the voltage modulating the frequency of the auxiliary microwave generator decreases any fixed number of times (for example, 100; 1000, etc.). Accordingly, the amplitudes of the frequency deviation d are reduced. To these frequency deviations, certain indications of the low-frequency analyzer 19 of the spectrum correspond. Each of them is calibrated and corresponds to the spectral density of the frequency fluctuations:

Gдf (F) 22РаGff (F) 22Pa

где лГо - полоса частот анализа низ- 50 кочастотного анализатора 19 спектра (размерность i. измер емых величин ). Предельна  чувствительность предлагаемого измерител  по уровн м из- jj мер емьк частотных шумов СВЧ-генератора ограничиваетс  Ьвумами балансного детектора 15, нормированнымиwhere LP is the frequency band of analysis of the low-frequency spectrum analyzer 19 (dimension i. of measured values). The limiting sensitivity of the proposed meter according to the levels of the measured frequency noise of the microwave generator is limited by the balance of the detector 15, normalized

к квадрату эффективного значени  . напр жени  несущей подводимых к нему колебаний. Спектральна  плотность этих шумов на частоте 1 кГц дл  разных типов детекторов лежит в пределах минус 140-170 дБ/Гц. Предельна  чувствительность измерител  по уровню входной СВЧ-мощности соответствует чувствительности супергетеродинного приемника, котора  при коэффициенте шума пор дка единиц децибел и при полосе частот анализа пор дка 10 Гц составл ет величину пор дка минус 150-160 дБ относительно милливатта. Чувствительность измерител  как по величинам измер емых частотных шумов, так и по минимальным значени м СВЧ-мощности генератора измерител  вьш1е, чем у прототипа , на 30-40 дБ.to the square of the effective value. voltage carrier carrying fluctuations. The spectral density of these noises at a frequency of 1 kHz for different types of detectors lies within the range of minus 140-170 dB / Hz. The ultimate sensitivity of the meter in terms of the input microwave power level corresponds to the sensitivity of the superheterodyne receiver, which, when the noise ratio is in the order of few decibels and in the analysis frequency band in the order of 10 Hz, is in the order of minus 150-160 dB relative to milliwatts. The sensitivity of the meter, both in terms of the measured frequency noise, and in the minimum values of the microwave power of the generator of the meter, than the prototype, is 30–40 dB.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Измеритель спектров частотных шумов маломощных СВЧ-генераторов, содержащий последовательно соединенные первый направленный ответвитель, вход которого  вл етс  входом устройства , резонатор и компенсатор несущей, последовательно соединенные второй направленный ответвитель, сумматор СВЧ-колебаний, третий направленньй ответвитель, детектор, усилитель промежуточной частоты, балансньш детектор и низкочастотный анализатор спектра, между вторым выходом первого направленного ответвител  и вторым входом компенсатора несущей включены последовательно соединенные первый аттенюатор и первый фазовращатель, между третьим выходом первого направленного ответвител  и вторым входом сумматора включены последовательно соединенные второй аттенюатор и второй фазовращатель , генератор промежуточной частоты, между выходом которого и вторым входом балансного детектора включены последовательно соединенные третий аттенюатор и третий фазовращатель , вторые выходы второго и третьего направленных отв.етвителей соединены с входами соответственно первого и второго анализаторов спектра , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности , между компенсатором несущей и вторым направленным ответвителем S включены последовательно соединенные малошум щий усилитель и модул тор фазы, а выход гене12672796 ратора .промежуточной частоты подключен к выходу модул ции модул тора фазы.A frequency noise spectrum meter for low-power microwave generators containing a series-connected first directional coupler whose input is the device input, a resonator and a carrier compensator, a series-connected second directional coupler, a microwave oscillation adder, a third directional coupler, a detector, an intermediate frequency amplifier, a balancer detector and low-frequency spectrum analyzer, between the second output of the first directional coupler and the second input of the carrier compensator included n therefore, the first attenuator and the first phase shifter are connected between the third output of the first directional coupler and the second input of the adder are connected in series the second attenuator and the second phase shifter, an intermediate frequency generator, between the output of which and the second input of the balanced detector are connected in series the third attenuator and the third phase shifter, the second outputs The second and third directional taps are connected to the inputs of the first and second analyzers, respectively. It is characterized in that, in order to increase the sensitivity, a series-connected low-noise amplifier and a phase modulator are connected between the carrier compensator and the second directional coupler S, and the intermediate frequency is connected to the output modulator of the phase modulator.