SU1298695A1 - Meter of phase noise spectrum of microwave amplifier - Google Patents

Abstract

Изобретение обеспечивает повышение чувствительности и точности при определении спектра фазовых шумов СВЧ-усилител  вблизи несущей частоты. Измеритель содержит СВЧ- генератор 1, двойной направленный ответвитель 2, исследуемый СВЧ-уси- литель (ИУ) 3, компенсатор 4 несущей СЕЧ, СВЧ-усилитель 5, модул тор 6фазы, направленные ответвители 7и 9, сумматор 8 мощности, детектор 10, предварительный усилитель 11 промежуточной частоты, компенсатор 12 несущей промежуточной часто-, ты, усилитель 13 промежуточной частоты , низкочастотный ана:шзатор 14. спектра, аттенюаторы 15, 17 и 20. фазовращатели 16, 18 и 21, генератор 19 промежуточной частоты и высокочастотные анализаторы 22 и 23 (ВЧА) спектра. Колебани  СВЧ-генератора 1 при прохождении их через ИУ 3 модулируютс  по амплитуде и фазе его низкочастотными шумами. Спектральна  составл юща  несущей частоты в компенсаторе 4 подавл етс  на 30-40 дБ. Подавление несущей равнозначно увеличению измер емых щумов на 30-40 дБ, При индексе модул ции модул тора 6, равном 2,406, несуща  полностью подавл етс , что наблюдаетс  на ВЧА 22. В сумматоре 8 несуща  восстанавливаетс  с поворотом фазы на 90 относительно ее первоначального значени . После детектировани  и усилени  в компенсаторе 12 вьщеленные детектором 10 колебани  несущей промежуточной частоты подавл ютс  на 60- 70 дБ. В результате мощность составл ющих спектра, обусловленных шумами НУ 3, увеличиваетс  на 60-70 дБ по отношению к мощности несущей. Анализатор 14 осуществл ет анализ. 1 ил. Q (Л с: ю 00 CR :о :пThe invention provides improved sensitivity and accuracy in determining the phase noise spectrum of a microwave amplifier near the carrier frequency. The meter contains a microwave generator 1, a double directional coupler 2, a microwave amplifier under study (IC) 3, a compensator 4 carrier SECh, a microwave amplifier 5, a modulator 6 phases, directional couplers 7 and 9, a power adder 8, a detector 10, a preliminary intermediate frequency amplifier 11, intermediate frequency carrier compensator 12, intermediate frequency amplifier 13, low frequency ana: spectator 14. spectrum, attenuators 15, 17 and 20. phase shifters 16, 18 and 21, intermediate frequency generator 19 and high frequency analyzers 22 and 23 (RFA) spectrum. The oscillations of the microwave generator 1 as they pass through the PS 3 are modulated in amplitude and phase with its low-frequency noise. The spectral component of the carrier frequency in the compensator 4 is suppressed by 30-40 dB. Carrier suppression is equivalent to an increase in the measured noise by 30–40 dB. When the modulation index of modulator 6 is equal to 2.406, the carrier is completely suppressed, as observed at HFA 22. In the adder 8, the carrier recovers with a phase rotation of 90 relative to its initial value. After detection and amplification in the compensator 12, the oscillations of the intermediate frequency carrier allocated by the detector 10 are suppressed by 60-70 dB. As a result, the power of the spectral components due to the noise of the CN 3 increases by 60–70 dB relative to the carrier power. Analyzer 14 performs an analysis. 1 il. Q (Л с: ю 00 CR: о: п

Description

1one

Изобретение относитс  к технике измерени  на СВЧ и может использовать-- с  при измерении шумовых составл ющих спектров колебаний приборов СВЧ вблизи несущей.The invention relates to a measurement technique on a microwave and can be used to measure the noise components of the vibration spectra of microwave devices near the carrier.

Цель изобретени  - повьапение чувствительности и точности при измерении спектра фазовых шумов СВЧ-усили- тел  вблизи несущей частоты.The purpose of the invention is to increase sensitivity and accuracy in measuring the phase noise spectrum of microwave amplifiers near the carrier frequency.

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема измерител  спектра фазовых шумов СВЧ-усилител ,The drawing shows a structural electrical circuit for measuring the spectrum of phase noise of a microwave amplifier,

Измеритель содержит СВЧ-генераторThe meter contains a microwave generator

1,двойной направленный ответвитель1, double directional coupler

2,исследуемый СВЧ-усилитель 3, компенсатор 4. несущей СВЧ, СВЧ-усилитель 5, модул тор 6 фазы, первый направленный ответвнтель 7 сумматор 8 мощности, второй направл енный ответвитель 9, детектор 10, предварительный усилитель 11 промежуточной частоты (ПУПЧ), компенсатор 12 несущей промежуточной частоты, усилитель 13 промежуточной ч астоты (УПЧ), анализатор 14 спектра промежуточной частоты , первый аттенюатор 15 и первый фазовращатель 16, третий аттенюатор . 17 и третий фазовращатель 18, генератор 19 промежуточной частоты (кварце- въй), второй аттенюатор 20 второй фазовращатель 21, высокочастотный анализатор 22 спектра, дополнитель- ньй высокочастотный анализатор 23 спектра.2, microwave amplifier under investigation 3, microwave carrier 4. compensator, microwave amplifier 5, phase modulator 6, first directional coupler 7, power adder 8, second directional coupler 9, detector 10, intermediate frequency preamplifier 11 (CAP), compensator 12 carrier of intermediate frequency, amplifier 13 intermediate frequency (UPCH), analyzer 14 of spectrum of intermediate frequency, first attenuator 15 and first phase shifter 16, third attenuator. 17 and the third phase shifter 18, the intermediate frequency generator (quartz), the second attenuator 20, the second phase shifter 21, the high-frequency analyzer 22 of the spectrum, an additional high-frequency analyzer 23 of the spectrum.

Измеритель спектра фазовых шумов СВЧ-усилител  работает следующим образом .Phase noise spectrum meter microwave amplifier works as follows.

Колебани  СВЧ-генератора 1 при прохождении их через исследуемый СВЧ-усилитель 3 модулируютс  по амплитуде и фазе его низкочастотными шумами. Составл юща  спектра несущей частоты в компенсаторе 4 подавл етс  на 30-40 дБ интерференционным способом колебани ми, ответвленными от СВЧ-генератора 1, регулировкой амплитудых этих колебаний аттенюатором 15 и поворотом их фазы на 180° фазовращателем 16. Это подавление наблюдаетс  на экране высокочастотного анализатора 22 спектра при выключенном генераторе 19 промежуточной частоты. При таком подавлении несущей отношени  мощностей боковых составл ющих спектра СВЧ-колебаний, обусловленных фазовыми тумами исследуемого СВЧ-усилител  3, к мощности несущей оказьшаютс  увеличенными на 30-40 дБ, Вспомогательный малошум 20The oscillations of the microwave generator 1 as they pass through the microwave amplifier 3 under study are modulated in amplitude and phase by its low-frequency noise. The component of the carrier spectrum in the compensator 4 is suppressed by 30-40 dB by the interference method, branched off from the microwave generator 1, adjusting the amplitude of these oscillations by attenuator 15 and turning their phase 180 ° by the phase shifter 16. This suppression is observed on the screen of the high-frequency analyzer 22 of the spectrum when the generator is turned off 19 intermediate frequency. With such suppression of the carrier ratio of the power of the side components of the microwave spectrum due to the phase fogs of the investigated microwave amplifier 3, the carrier power is increased by 30-40 dB. Auxiliary low noise 20

2525

1298695212986952

щий СВЧ-усилитель 5 служит дл  увеличени  уровней, всех составл ющих спектра подводимых к нему колебаний в том числе и несущей, подав- .The microwave amplifier 5 serves to increase the levels of all the components of the spectrum of the oscillations supplied to it, including the carrier, the supply.

5 ленной на 30-40 дБ. Эти колебани  модулируютс  по фазе модул тором 6 с индексом модул ции, равным 2,405. Модулирующее напр жение подводитс  от генератора 19 высокостабильных5 Lenno 30-40 dB. These oscillations are phase modulated by modulator 6 with a modulation index of 2.405. The modulating voltage is supplied from a highly stable generator 19

0 колебаний промежуточной частоты. После увеличени  в компенсаторе 4 измер емых В1умов на 30-40 дБ их уровни оказываютс  значительно большими фазовых шумов модул тора 6 и поэтому0 intermediate frequency oscillations. After an increase in the compensator 4 of the measured B1ums by 30–40 dB, their levels are significantly higher than the phase noise of the modulator 6 and therefore

S5 последними можно пренебречь. 1S5 last can be neglected. one

При модул ции фазы СВЧ-колебанийWhen modulating the phase of the microwave oscillations

с индексомS равным 2,405, несуща  на выходе модул тора 6 полностью подавл етс , что наблюдаетс  высокочастотным СВЧ-анализаторон 22 спектра . Кажда  из дискретных боковых составл ющих спектра колебаний на выходе модул тора 5 фазы  вл етс  квазигармоническим колебанием, флуктуации фазы которого обусловлены фазовыми шумами СВЧ-генератора 1 и исследуемого СВЧ-усилител  3.With an S index of 2.405, the carrier at the output of the modulator 6 is completely suppressed, which is observed by the high-frequency microwave analyzer 22 of the spectrum. Each of the discrete side components of the oscillation spectrum at the output of the phase modulator 5 is a quasi-harmonic oscillation, the phase fluctuations of which are due to the phase noise of the microwave generator 1 and the microwave amplifier 3 under study.

В сумматоре 8 несуща  восстанавливаетс  с поворотом фазы на 90 относительно ее первоначального значени ., Колебани  дл  восстановлени  несущей подвод тс  к сумматору 8 от СВЧ-генератора 1 через аттенюатор 17 и фазовращатель 18, Восстанов35 ленна  несуща  также  вл етс  квазигармоническим колебанием, флуктуа- ции фазы которого обусловлены только фазовыми щумами СВЧ-генератора 1. Восстановление несущей наблюдаетс In the adder 8, the carrier is restored with the phase rotated by 90 relative to its initial value. Oscillations for carrier recovery are fed to the adder 8 from the microwave generator 1 through the attenuator 17 and the phase shifter 18, the Restored carrier is also a quasi-harmonic oscillation, phase fluctuations which are caused only by the phase noise of the microwave generator 1. Carrier recovery is observed

40 дополнительньм высокочастотньм анализатором 23 спектра. При таком соотношении фаз между несущей и боковыми составл ющш-1и спектра колебаний , подводимых к детектору 10,40 additional high-frequency spectrum analyzer 23. With such a phase relationship between the carrier and side components-1 and the spectrum of oscillations supplied to the detector 10,

45 он оказываетс  фазовым, В результате фазового детектировани  СВЧ-колебаний , подводимых к детектору 10, на его выходе по вл ютс  квазигармонические колебани  промежуточной45 it turns out to be phase. As a result of phase detection of microwave oscillations supplied to detector 10, quasi-harmonic oscillations appear at its output

50 частоты, частота несущей которых равна частоте генератора 19. Эти квазигармонические колебани  вьще- л ютс  и усиливаютс  по амплитуде ПУПЧ 11, Флуктуации фазы зтих ко55 лебаний обусловлены только флукту- аци ми фазы исследуемого СВЧ-уси- лител  3. Флуктуаци ми фазы колебаний генератора 19 пренебрегаетс  вследствие их малости по сравнению50 frequencies whose carrier frequency is equal to the oscillator frequency 19. These quasi-harmonic oscillations are amplified and amplified by the amplitude of the SPS 11, the fluctuations of the phase of these oscillations are caused only by fluctuations of the phase of the microwave amplifier being investigated 3. The fluctuations of the oscillator phase 19 is neglected due to their smallness in comparison

30thirty

3129869531298695

на 30-40 дБ фазовыми уемого СВЧ-усилител  торе 12 колебани  неточной частоты подав70 дБ интерференционолебани ми от генерадимыми к второму входу 2 через аттенюатор 20 ь 21, Подавление несус  анализатором 14 одавление несущей приительному увеличению ношений мощностей боющих спектра, обуслови шумами исследуемого 3, к мо0щости несзлцей.by 30–40 dB by the phase amplifier of the microwave amplifier 12 oscillations of an inaccurate frequency of 70 dB interference from oscillations to the second input 2 through an attenuator 20 21, nesus suppression by the analyzer 14 suppression of the carrier for a significant increase in the power of spectral spectrum, caused by the noise of the investigated 3, the bowel

выхода компенсатора УПЧ 13 и анализиру- у анализатором 14 спекfOoutput of the compensator UPCH 13 and analyzed by the analyzer 14 specfO

5five

то пе те пе вы вт ус ан ча ге вы uifi ат и те те сп вб но ко не вы сл хо 1да по ат и ду ног нап тел щей етс 35 исс вхо фаз кот тор с -в тор пра ный тра нап тел уси ком час вхоThen you will not be you, but you will be able to do it at least 35 times and it will take you 35 seconds to get to your feet. com hour

тра.tra.

При общем подавлении несущей на 90-110 дБ анализатором 14 спектра с динамическим диапазоном 50-70 дБ обеспечиваетс  возможность непосредственного измерени  уровней боковых составл ющих спектра вблизи несущей, обусловленных фазовыми шумам  исследуемого СВЧ-усилител  3, если уровни этих составл ющих не меньше величин пор дка минус 150-170 дБ/Гц относительно мощности несущей.With a total carrier suppression of 90-110 dB, a spectrum analyzer 14 with a dynamic range of 50-70 dB makes it possible to directly measure the levels of the lateral components of the spectrum near the carrier, due to the phase noise of the microwave amplifier 3 under study, if the levels of these components are not less than the order values minus 150-170 dB / Hz relative to the carrier power.

Построение измерител  по такой схеме позвол ет увеличить предельную чувствительность измерени , обеспечивает возможность непосредственного измерени  этих составл ющие спектра СВЧ-колебаний на рассто  ни-  х от несущей пор дка 10 Гц при полосе анализа промышленного анализатора спектра колебаний промежуточной частоты 3 Гц, позвол ет проводить непосредственное измерение боковых составл ющих спектра колебаний, обусловленных фазовыми шумами СВЧ-усилител , если мощность СВЧ-колебаний на выходе усилител  имеет величину пор дка долей - единиц микроватта, характерную дл  малошум щих входных СВЧ-усилитёлей.The construction of the meter according to this scheme allows to increase the limiting sensitivity of the measurement, makes it possible to directly measure these components of the microwave spectrum at distances from the carrier order of 10 Hz in the analysis band of an industrial analyzer of the spectrum of the oscillations of the intermediate frequency 3 Hz. measurement of the lateral components of the spectrum of oscillations due to the phase noise of the microwave amplifier, if the power of the microwave oscillations at the output of the amplifier has a value of the order of fractions - microwatts, characteristic of low-noise microwave input amplifiers.

Предлагаемое устройство позвол ет проводить измерение фазовых шумов , вносимых в СВЧ-колебани  любым четырехполюсником, например амплитудным ограничителем, аттенюатором и др.The proposed device allows the measurement of phase noise introduced into microwave oscillations by any two-port network, for example, an amplitude limiter, an attenuator, etc.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Измеритель спектра фазовых шумЪв СВЧ-усилител , содержащий СВЧ-генераfOPhase noise spectrum meter for a microwave amplifier containing a microwave generator 5five 00 5five тор, последовательно соединенные первьй аттенюатор и первый фазовращатель , последовательно соединенные первый направленный ответвитель и высокочастотный анализатор спектра, второй направленный ответвитель, усилитель промежуточной частоты, анализатор спектра промежуточной частоты, последовательно соединенные генератор промежуточной частоты, выход которого соединен с управл ю- uifiM входом модул тора фазы, второй аттенюатор, и второй фазовращатель,, и детектор, отличающийс  тем, что, с целью повьшзени  чувствительности и точности при измерении спектра фазовых шумов СВЧ-усилител  вблизи несущей частоты, введены двойной направленньп ответвитель, вход которого соединен с выходом СВЧ-ге- нератора, а первый выход  вл етс  выходом дл  подсоединени  входа исследуемого СВЧ-усилител , второй выход соединен с входом первого атте- 1даатора, а к третьему подсоединены последовательно соединенные третий аттенюатор, третий фазовращатель и сумматор мощности, включенный между вторым выходом первого HanpaBj.eH- ного ответвител  и входом второго направленного ответвител , последовательно соединенные компенсатор несущей СВЧ, первый вход которого  вл етс  входом дл  подключени  выхода 5 исследуемого СВЧ-усилител , а второй вход подсоединен к выходу первого фазовращател , и СВЧ-усилитель, вход которого подключен к выходу компенсатора несущей СВЧ, а выход соединен с -входом модул тора фазы, выход которого соединен с входом первого направленного ответвител , дополнительный высокочастотньй анализатор спектра , подключенный к выходу второго направленного ответвител , последовательно соединенные предварительный усилитель промежуточной частоты и компенсатор несущей промежуточной частоты, выход которого подключен к входу усилител  промежуточной часто0torus, first connected attenuator and first phase shifter, serially connected first directional coupler and high frequency spectrum analyzer, second directional coupler, intermediate frequency amplifier, intermediate frequency spectrum analyzer, serially connected intermediate frequency generator, the output of which is connected to the uiFM control input of the modulator a phase, a second attenuator, and a second phase shifter, and a detector, characterized in that, in order to increase the sensitivity and accuracy at measuring the phase noise spectrum of the microwave amplifier near the carrier frequency, a double directional coupler is inputted, the input of which is connected to the output of the microwave generator, and the first output is an output for connecting the input of the microwave amplifier under investigation, the second output is connected to the input of the first attenuator , and a third attenuator, a third phase shifter and a power adder connected between the second output of the first HanpaBj.eH coupler and the input of the second directional coupler The connected microwave carrier compensator, the first input of which is the input for connecting the output 5 of the microwave amplifier under investigation, and the second input is connected to the output of the first phase shifter, and the microwave amplifier whose input is connected to the output of the carrier compensator microwave and the output is connected to the input phase modulator, the output of which is connected to the input of the first directional coupler, an additional high-frequency spectrum analyzer connected to the output of the second directional coupler, serially connected preamplifier Tel intermediate frequency and the intermediate frequency carrier compensator whose output is connected to the input of intermediate amplifier chasto0 00 5five 00 5five ты, а второй вход соединен с выходом второго фазовращател , при этом выход усилител  промежуточной частоты подключен к входу анализатора спектра.промежуточной частоты,вход детектора соединен с выходом второго направленного ответвител , а выход - с входом предварительного усилител  промежуточной частоты.The second input is connected to the output of the second phase shifter, while the output of the intermediate frequency amplifier is connected to the input of the spectrum analyzer. The intermediate frequency, the input of the detector is connected to the output of the second directional coupler, and the output is connected to the input of the intermediate frequency preamplifier.