SU1674195A1 - Device for quality control of low-noise amplifier operation - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области радиотехники и может быть использовано при разработке и эксплуатации малошум щих радиоприемных устройств. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечени  контрол  в процессе выполнени  малошум щим усилителем его основных функций. Устройство содержит направленный ответвитель 1, делители мощности 6 и 2, первый и второй аттенюаторы 3 и 4, блок 5 опорного напр жени , элемент задержки 7, фазовращатель 8, вычитатель 9, полосовой фильтр 10, первый и второй коммутаторы 11 и 12, первый и второй блоки детектировани  13 и 14, первый и второй усилители напр жени  15 и 16, первый и второй синхронные детекторы 17 и 18, первый и второй делители напр жени  19 и 20, первый, второй, третий и четвертый разделительные диоды 21 - 24, первый и второй инверторы 25 и 26, первый, второй, третий и четвертый усилители посто нного тока 27 - 30, блок 31 коммутации и блок 32 индикации. 1 ил., 1 табл.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in the development and operation of low-noise radio receivers. The purpose of the invention is to expand the functionality of the device by providing control in the process of performing a low-noise amplifier its main functions. The device contains a directional coupler 1, power dividers 6 and 2, the first and second attenuators 3 and 4, the block 5 of the reference voltage, the delay element 7, the phase shifter 8, the subtractor 9, the band-pass filter 10, the first and second switches 11 and 12, the first and the second detection units 13 and 14, the first and second voltage amplifiers 15 and 16, the first and second synchronous detectors 17 and 18, the first and second voltage dividers 19 and 20, the first, second, third and fourth isolation diodes 21-24, the first and second inverters 25 and 26, first, second, third and fourth amplifiers pos This current is 27-30, switching unit 31 and display unit 32. 1 ill., 1 tab.

Description

,$|J ffr J, $ | J ffr J

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано при разработке и эксплуатации малошум щих сверхвысокочастотных усилительных устройств.The invention relates to radio engineering and can be used in the development and operation of low-noise microwave amplifiers.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства путем осуществлени  контрол  в процессе выполнени  контролируемым малошум щим усилителем его основных функций.The purpose of the invention is to expand the functional capabilities of the device by controlling the basic low-noise amplifier controlled by the low-noise amplifier.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства.The drawing shows a functional diagram of the device.

Устройство содержит направленный от- ветвитель 1, делитель 2 мощности, аттенюаторы 3 и 4, блок 5 опорного напр жени , делитель 6 мощности, элемент 7 задержки, фазовращатель 8, вычитатель 9, полосовой фильтр 10, коммутаторы 11 и 12, блоки 13 и 14 детектировани , усилители 15 и 16 напр жени , синхронные детекторы 17 и 18, делители 19 и 20 напр жени , разделительные диоды 21 - 24, инверторы 25 и 26, усилители 27 - 30 посто нного ток-i, блок 31 коммутации, блок 32 индикации и генератор 33 импульсов.The device contains a directional tap 1, a power divider 2, attenuators 3 and 4, a reference voltage block 5, a power divider 6, a delay element 7, a phase shifter 8, a subtractor 9, a band pass filter 10, switches 11 and 12, blocks 13 and 14 detection, voltage amplifiers 15 and 16, synchronous detectors 17 and 18, voltage dividers 19 and 20, isolation diodes 21-24, inverters 25 and 26, amplifiers 27-30 direct current-i, switching unit 31, display unit 32 and a 33 pulse generator.

Блок 31 коммутации состоит из реле 34 - 37 и контактных групп 38 - 49. Блок 32 индикации состоит из индикаторов 50 - 57. Блок 58  вл етс  контролируемым малошум щим усилителем (МШУ). Блоки 59 и 60 относ тс  с исследуемому тракту и  вл ютс  смесителем и усилителем промежуточной частоты (УПЧ) соответственно.The switching unit 31 consists of relays 34 - 37 and contact groups 38 - 49. The display unit 32 consists of indicators 50 - 57. Block 58 is a low-noise controlled amplifier (LNA). Blocks 59 and 60 are associated with the path under study and are a mixer and an intermediate frequency amplifier (IF amplifier), respectively.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

В процессе эксплуатации радиоприемного тракта на вход МШУ поступает прини- маемый сигнал с шумами антенны, усиливаетс  вместе с собственными шумами МШУ например, на 60 - 80 дБ и далее с выхода МШУ следует через основной канал направленного ответвител  1 на смеситель 59. С выхода смесител  59 смесь сигнала и шума на промежуточной частоте через УПЧ 60 поступает на последующую часть радиоприемного тракта.During the operation of the radio receiving path, the received signal with antenna noise enters the LNA input, amplifies along with the LNA own noise, for example, 60–80 dB and then from the LNA output goes through the main channel of the directional coupler 1 to the mixer 59. From the mixer 59 output the mixture of signal and noise at the intermediate frequency through the OFAC 60 enters the next part of the radio receiving channel.

Часть мощности усиленного сигнала и выходных шумов МШУ ответвл етс  направленным ответвителем 1 с ослаблением, например, на 4 - 4,5 дБ и подаетс  на вход первого депител  2 мощности с коэффициентом передачи по каждому выходу, например , 6- 7 дБ.A portion of the amplified signal power and the output noise of the LNA is diverted by a directional coupler 1 with attenuation of, for example, 4-4.5 dB and is fed to the input of the first power depot 2 with a transmission coefficient over each output, for example, 6-7 dB.

Смесь сигнала и шума с первого выхода первого делител  2 мощности через элемент 7 задержки и фазовращатель 8 поступает на первый вход вычитател  9, а с второго выхода первого делител  2 мощности через переменный аттенюатор 3 - на вход вычитател  9The mixture of signal and noise from the first output of the first power divider 2 through the delay element 7 and the phase shifter 8 is fed to the first input of the subtractor 9, and from the second output of the first power divider 2 through a variable attenuator 3 - to the input of the subtractor 9

Фазовый сдвиг переменного фазовращател  8 и затухание переменного аттеню- атора 3 выбирают такими, чтобы синусоидальные сигналы на входах вычита- тел  9 были равны по амплитуде и синфаз- ны, врем  задержки Пз элемента 7 задержки выбирают из услови  Лз гк , где гк врем  коррел ции шумового сигнала,The phase shift of the variable phase shifter 8 and the attenuation of the variable attenuator 3 are chosen such that the sinusoidal signals at the inputs of the subtractors 9 are equal in amplitude and in-phase, the delay time Pz of the delay element 7 is chosen from the condition Lz rk, where rk is the correlation time noise signal

(Afuj-полоса шумов на выходе МШУ).(Afuj-band noise at the output of the LNA).

При выполнении указанных условий на выходе вычитател  9 имеет место подавление синусоидального сигнала примерно на 20 дБ и наличие шумового сигнала, изменение мощности которого пропорционально изменению собственных шумов МШУ при посто нстве шумового сигнала антенны.When these conditions are met, the output of the subtractor 9 is suppressed by a sinusoidal signal by about 20 dB and the presence of a noise signal, the change in power of which is proportional to the change in the intrinsic noise of the LNA when the noise signal of the antenna is constant.

В полосовом фильтре 10 осуществл етс  отфильтровка синусоидального сигналаIn the band-pass filter 10, a sinusoidal signal is filtered.

от шумов МШУ. Например, при отношении полосы собственных шумов МШУ в полосе пропускани  полосового фильтра 50 соотношение сигнал/шум по мощности на выходе фильтра 10 возрастает не менее чем на 17from noise LNA. For example, when the ratio of the intrinsic noise of the LNA in the passband of the bandpass filter 50, the signal-to-noise ratio in power at the output of the filter 10 increases by at least 17

дБ. При этом мощность сигнала на выходе фильтра 10 пропорциональна мощности принимаемого сигнала.db The power of the signal at the output of the filter 10 is proportional to the power of the received signal.

Мощность шумового сигнала с первого выхода второго делител  6 мощности и мощность синусоидального сигнала с выхода второго переменного аттенюатора 4 поступают соответственно на второй и первый входы первого коммутатора 11. При калибровке устройства эти мощности выравниваютс  с помощью переменного аттенюатора 4 по нулю импульсного напр жени  (напр жени  огибающей) на выходе первого блока 13 детектировани .The power of the noise signal from the first output of the second power divider 6 and the power of the sinusoidal signal from the output of the second variable attenuator 4 are fed to the second and first inputs of the first switch 11, respectively. When calibrating the device, these powers are equalized with the variable attenuator 4 to zero voltage envelope) at the output of the first detection unit 13.

При возникновении неравенства этихWhen the inequality of these

мощностей в процессе эксплуатации на выходе блока 13 по вл етс  импульсное напр жение , которое после усилени  в усилителе 15 импульсного напр жени  преобразуетс  в синхронном детекторе 17 вDuring operation, the output power of the block 13 produces a pulse voltage, which, after amplification of the pulse voltage in the amplifier 15, is converted into a 17 V synchronous detector

напр жение посто нного тока положительной или отрицательной пол рности, причем напр жение положительной пол рности проходит через первый разделительный диод 21 и после усилени  в первом усилителеdirect current voltage of positive or negative polarity, with the positive polarity passing through the first separation diode 21 and after amplification in the first amplifier

27 посто нного тока обеспечивает срабатывание реле 37 посто нного напр жени  блока 31 коммутации. При этом замыкаетс  нормально разомкнутый контакт 47 этого реле и засвечиваетс  индикатор 56 Увеличение мощности принимаемого сигнала блока 32 индикации. Напр жение отрицательной пол рности проходит через второй разделительный диод 22, инвертируетс  в положительную пол рность в первом инверторе 25, усиливаетс  во втором усилителе 28 посто нного тока и обеспечивает срабатывание реле 36 посто нного тока. При этом замыкаетс  нормально разомкнутый контакт 48 этого реле и засвечиваетс  индикатор 57 Уменьшение мощности принимаемого сигнала.27 DC provides the operation of the relay 37 of the DC voltage of the switching unit 31. In this case, the normally open contact 47 of this relay closes and the indicator 56 lights up. The increase in the received signal power of the display unit 32. The negative polarity voltage passes through the second isolation diode 22, is inverted into positive polarity in the first inverter 25, amplified in the second DC amplifier 28 and provides the operation of the DC relay 36. In this case, the normally open contact 48 of this relay closes and the indicator 57 Decreases the power of the received signal is illuminated.

Мощность шумового сигнала с второго выхода второго делител  6 мощности детектируетс  блоком 14 детектировани  и поступает на первый вход второго коммутатора 12, на второй вход которого поступает спорное напр жение of блока 5 опорного напр жени . При калибровке устройства уровни напр жений, поступающих на первый и второй входы второго коммутатора 12, выравниваютс  по нулю импульсного напр жени  на выходе второго коммутатора 12. При по влении неравенства этих напр жений в процессе эксплуатации на выходе второго коммутатора 12 по вл етс  импульсное напр жение , которое после усилени  усилителем 16 импульсного напр жени  преобразуетс  во втором синхронном детекторе 18 в напр жение посто нного тока положительной или отрицательной пол рности , причем напр жение положительной пол рности проходит через третий разделительный диод 23 и после усилени  в третьем усилителе 29 посто нного тока обеспечивает срабатывание реле 35 посто нного напр жени . При этом замыкаетс  нормально разомкнутый контакт 49 реле 35 и засвечиваетс  индикатор 50 Увеличение усилени  последующих каскадов МШУ.The power of the noise signal from the second output of the second power divider 6 is detected by the detection unit 14 and fed to the first input of the second switch 12, to the second input of which the disputed voltage of the reference voltage unit 5 arrives. When the device is calibrated, the voltage levels arriving at the first and second inputs of the second switch 12 are zeroed out of the pulse voltage at the output of the second switch 12. When these voltages appear during operation, the output voltage of the second switch 12 appears at the output of the second switch 12 which, after being amplified by the pulse voltage amplifier 16, is converted in the second synchronous detector 18 to a DC voltage of positive or negative polarity, wherein the voltage of the positive field is NOSTA passes through the third separating diode 23 and after amplification in the third amplifier 29 provides a DC operation of the relay 35 a constant voltage. This closes the normally open contact 49 of relay 35 and the indicator 50 lights up. Increases the gain of subsequent LNA stages.

Напр жение отрицательной пол рности проходит через четвертый разделительный диод 24, инвертируетс  по знаку во втором инверторе 26, усиливаетс  в четвертом усилителе 30 посто нного тока и обеспечивает срабатывание реле 34 посто нного напр жени . При этом замыкаетс  нормально разомкнутый контакт 38 этого реле и засвечиваетс  индикатор 51 Уменьшение усилени  последующих каскадов МШУ.The negative polarity voltage passes through the fourth isolation diode 24, is inverted in sign in the second inverter 26, amplifies in the fourth DC amplifier 30 and provides the operation of the constant voltage relay 34. At the same time, the normally open contact 38 of this relay closes and the indicator 51 Decreases the gain of subsequent LNA stages lights up.

При одновременном наличии напр жений отрицательной пол рности на выходах первого 17 и второго, 18 синхронных детек- тороз срабатывают реле 36 и 34, замыкаютс  контакты 40 и 42 и засвечиваетс  индикатор 52 Уменьшение усилени  первого каскада МШУ.With the simultaneous presence of negative polarity voltages at the outputs of the first 17 and second, 18 synchronous detectors, relays 36 and 34 are activated, contacts 40 and 42 are closed, and indicator 52 Decreases the gain of the first LNA stage is lit.

При одновременном наличии напр жени  положительной пол рности на выходе синхронного детектора 17 и напр жени  отрицательной пол рлости на выходе синхронного детектора 18 срабатывают реле 37 и 34, замыкаютс  контакты 43 и 46 и засвечиваетс  индикатор.54 Уменьшение шумовой температуры МШУ.When a positive polarity voltage is simultaneously present at the output of the synchronous detector 17 and a negative voltage voltage at the output of the synchronous detector 18, relays 37 and 34 are activated, contacts 43 and 46 are closed and the indicator is lit.54 The decrease in the noise temperature of the LNA.

При одновременном наличии напр же ни  отрицательной пол рности на выходеWith simultaneous presence of negative polarity at the output

синхронного детектора 17 и напр жени  положительной пол рности на выходе синхронного детектора 18 срабатывают реле 35 и 36, замыкаютс  контакты 44 и 45 и засвечиваетс  индикатор 55 Увеличение шумовой температуры МШУ.the synchronous detector 17 and the positive-polarity voltage at the output of the synchronous detector 18 triggers relays 35 and 36, contacts 44 and 45 are closed and the indicator 55 lights up. An increase in the noise temperature of the LNA.

В приведенной таблице показано, какому изменению состо ни  МШУ и принимаемого сигнала соответствует соотношение напр жений на входах коммутэторов 11 и 12.The table below shows which change in the state of the LNA and the received signal corresponds to the ratio of the voltages at the inputs of the commutators 11 and 12.

Предлагаемое устройство может выдавать информацию об изменени х шумовой эмпературы, коэффициента усилени  и овн  мощности входных сигналов МШУThe proposed device can provide information about the changes in noise noise, gain and power gain of the input signals of the LNA.

при отклонении каждого из указанных пара- t отров от их номин льных значений не ме- не чем на ± 1 дБ.when each of these para- t deviations deviate from their nominal values by not more than ± 1 dB.

2525

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  контрол  каиества работы малошум щегс усилител , содержащее направленный отеетвитель, первый и рой блоки детектировани , полосопоиA device for monitoring the operation of a low-noise amplifier comprising a directional detector, a first and a swarm of detection units, and a bandwidth. 0 фильтр, первый синхронный детектор, первый и второй усилители напр жени  и блок индикации, выход первого блока детектировани  соединен с еходом первого усилител  напр жени , отличающеес  тем, что,0 filter, the first synchronous detector, the first and second voltage amplifiers and the display unit, the output of the first detection unit is connected to the first voltage amplifier, characterized in that 5 с целью расширени  функциональных возможностей устройства за счет осуществлени  контрол  в процессе выполнени  малошум щим усилителем его основных функций, в него введены первый и второй5 in order to expand the functional capabilities of the device by controlling in the course of the low-noise amplifier its basic functions, the first and second 0 делители мощности, первый и второй аттенюаторы , элемент задержки, фазовращатель , вычитатель, первый и второй коммутаторы, второй синхронный детектор, генератор импульсов, первый и второй де5 лители напр жени , первый и второй инверторы , первый, второй, третий и четвертый разделительные диоды, первый, второй, третий и четвертый усилители посю нного тока, блок коммутации и блок опорного на0 пр жени , вход направленного ответвител   вл етс  входом устройства, первый выход направленного ответвител   вл етс  выходом устройства, второй выход направленного ответвител  соединен с входом первого0 power splitters, first and second attenuators, delay element, phase shifter, subtractor, first and second switches, second synchronous detector, pulse generator, first and second voltage generators, first and second inverters, first, second, third and fourth isolation diodes the first, second, third and fourth amplifiers of the alternating current, the switching unit and the unit of the reference voltage, the input of the directional coupler is the input of the device, the first output of the directional coupler is the output of the device, the second output one directional coupler is connected to the input of the first 5 делител  мощности, первый выход которого через первый аттенюатор подключен к первому входу вычмтател , выход которого соединен с входом второго делителг мощности, первый выход которого подключен к первому входу первого коммутатора, выход которого соединен с входом первого блока детектировани , второй выход первого делител  мощности через последовательно соединенные элемент задержки и фазовращатель подключен к второму входу вычита- тел , третий выход первого делител  мощности через последовательно соединенные полосовой фильтр и второй аттенюатор соединен с вторым входом первого коммутатора, выход блока опорного напр жени  подключен к первому входу второго коммутатора, второй выход второго делител  мощности через второй блок детектировани  соединен с вторым входом второго коммутатора, выход которого через второй усилитель напр жени  подключен к первому входу второго синхронного детектора.У выход первого усилител  напр жени  соединен с первым входом первого синхронного детектора, выход которого подключен к входу первого делител  напр жени , первый выход которого через последовательно соединенные первый разделительный диод и усилитель посто нного тока соединен с первым входом блока коммутации, второй5 power splitters, the first output of which through the first attenuator is connected to the first input of the switch, the output of which is connected to the input of the second power splitter, the first output of which is connected to the first input of the first switch, the output of which is connected to the input of the first detecting unit, serially connected delay element and phase shifter are connected to the second input of the subtractor; the third output of the first power divider is connected via a serially connected bandpass filter and the second attenuator is connected to the second input of the first switch, the output of the reference voltage unit is connected to the first input of the second switch, the second output of the second power divider is connected via the second detection unit to the second input of the second switch, the output of which is connected via the second voltage amplifier to the first input of the second synchronous detector. The output of the first voltage amplifier is connected to the first input of the first synchronous detector, the output of which is connected to the input of the first voltage divider, the first output which, through series-connected first isolation diode and DC amplifier, is connected to the first input of the switching unit, the second выход первого делител  напр жени  через Последовательно соединенные второй разделительный диод, первый инвертор и второй усилитель посто нного тока подключенthe output of the first voltage divider through a serially connected second isolation diode, the first inverter and the second dc amplifier is connected к второму входу блока коммутации, выход второго синхронного детектора соединен с входом второго делител  напр жени , первый выход которого через последовательно соединенные третий разделительный диодto the second input of the switching unit, the output of the second synchronous detector is connected to the input of the second voltage divider, the first output of which is connected through the third dividing diode in series и усилитель посто нного тока подключен к третьему входу блока коммутации, второй выход второго делител  напр жени  через последовательно соединенные четвертый разделительный диод, второй инвертор и четвертый усилитель посто нного тока соединенand the DC amplifier is connected to the third input of the switching unit, the second output of the second voltage divider is connected via a fourth divider diode in series, the second inverter and the fourth DC amplifier are connected с четвертым входом блока коммутации, выходы которого соединены с соответствующими входами блока индикации, первый, второй, третий и четвертый выходы генератора импульсов подключены соответственно к второму входу второго синхронного детектора, к третьему входу второго коммутатора, к третьему входу первого коммутатора и к второму входу первого синхронного детектора.the first input of the switching unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the display unit, the first, second, third and fourth outputs of the pulse generator are connected respectively to the second input of the second synchronous detector, to the third input of the second switch, to the third input of the first switch and to the second input of the first synchronous detector. Соотношение напр женийVoltage ratio на входах коммутаторов 11at the inputs of the switches 11 и 12and 12 Увеличение мощности принимаемого сигналаThe increase in the power of the received signal Уменьшение мощности принимаемого сигналаReduced received power Увеличение усилени  последующих каскадов МШУ ,Increase the gain of subsequent LNA cascades, Уменьшение усилени  последующих каскадов МШУDecrease in gain of subsequent LNA cascades Уменьшение усилени  первого каскада МШУDecrease the gain of the first LNA cascade Увеличение усилени  первого каскада МШУ,Increase the gain of the first LNA cascade, Уменьшение шумовой температуры МШУReducing the noise temperature of the LNA Увеличение шумовой темпе- ратуры МШУIncrease in noise temperature of LNA Засвеченное таблоIlluminated scoreboard Un-l Ul1-2Un-l Ul1-2 5656 Un-i Uii-2Un-i Uii-2 5757 Ul2 1 Ul2-2Ul2 1 ul2-2 5050 Ul2-1 Ul2-2Ul2-1 Ul2-2 5151 5252 5353 5454 5555