УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЧ УСИЛИТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в измерительной аппаратуре в качестве устройства для измерения амплитудных и вносимых фазовых флюктуаций широкополосных усилителей СВЧ сигналов.
Известно устройство формирования сигналов [RU №85771 U1 опубл. 10.08.2009 г.] содержащее опорный генератор, синтезатор сетки частот, первый преобразователь частоты, генератор, формирователь сигнала подстройки частоты, первый формирователь частоты, амплитудный модулятор, второй преобразователь частоты, формирователь модулированных сигналов, второй формирователь частоты, синхронизатор, делитель мощности, устройство управления, фазовращатель, первый аттенюатор, второй аттенюатор.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения параметров усилителей СВЧ сигналов [RU №92546. U1, опубл. 20.03.2010 г.], содержащее опорный генератор, формирователь сигнала подстройки частоты, устройство управления, синтезатор сетки частот, первый формирователь частоты, синхронизатор, фазовращатель, первый преобразователь частоты, амплитудный модулятор, второй преобразователь частоты, делитель мощности, первый аттенюатор, первый генератор, второй аттенюатор. Первый выход опорного генератора соединен с первым входом синтезатора сетки частот, второй выход опорного генератора соединен с первым входом формирователя частоты, четвертый выход опорного генератора соединен с первым входом синхронизатора, пятый выход опорного генератора соединен с входом формирователя сигнала подстройки частоты, выход формирователя подстройки частоты соединен с входом опорного генератора, третий выход устройства управления соединен со вторым входом второго аттенюатора, четвертый выход устройства управления соединен со вторым входом фазовращателя, пятый выход устройства управления подключен ко второму входу первого аттенюатора, восьмой выход устройства управления соединен со вторым входом синхронизатора, девятый выход устройства управления соединен со вторым входом синтезатора сетки частот, вход устройства управления является первым входом устройства для измерения параметров усилителей СВЧ сигналов, выход синтезатора сетки частот соединен с первым входом первого преобразователя частоты, выход формирователя частоты подключен к первому входу амплитудного модулятора, выход синхронизатора соединен со вторым входом амплитудного модулятора, выход фазовращателя соединен с первым входом первого аттенюатора, выход первого преобразователя частоты соединен с первым входом второго преобразователя частоты, выход амплитудного модулятора подключен ко второму входу второго преобразователя частоты, выход второго преобразователя частоты соединен с входом делителя мощности, первый выход делителя мощности соединен с первым входом фазовращателя, второй выход делителя мощности соединен с первым входом второго аттенюатора, отличающийся тем, что дополнительно введены, первый перестраиваемый генератор, второй перестраиваемый генератор, второй сумматор, первый сумматор, второй генератор, третий генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот, причем, третий выход опорного генератора соединен с входом первого перестраиваемого генератора, выход первого перестраиваемого генератора соединен со вторым входом формирователя частоты, первый выход устройства управления соединен с входом второго генератора, второй выход устройства управления соединен с входом третьего генератора, шестой выход устройства управления соединен с входом второго перестраиваемого генератора, седьмой выход устройства управления соединен с входом первого перестраиваемого генератора, десятый выход устройства управления соединен с входом первого генератора, выход второго перестраиваемого генератора соединен со вторым входом второго сумматора, выход первого аттенюатора соединен с первым входом второго сумматора, выход второго сумматора является вторым выходом устройства для измерения параметров усилителей СВЧ сигналов, выход первого сумматора соединен со вторым входом первого преобразователя частоты, выход первого генератора соединен с третьим входом первого сумматора, выход второго генератора соединен с первым входом первого сумматора, выход третьего генератора соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго аттенюатора соединен с первым входом фазового детектора, выход фазового детектора соединен с входом фильтра нижних частот, второй вход фазового детектора является вторым входом устройства для измерения параметров усилителей СВЧ сигналов, выход фильтра нижних частот является первым выходом устройства для измерения параметров усилителей СВЧ сигналов.
Недостатками известных устройств является то, что для проведения измерения фазовых и амплитудных флюктуаций, вносимых усилителями СВЧ в шумы усиливаемых сигналов в широком диапазоне частот, необходимо привлечение дополнительного оборудования.
Технический результат предлагаемой установки для измерения шумовых параметров СВЧ усилителей заключается в достижении возможности измерения фазовых и амплитудных шумов вносимых СВЧ усилителями в широком диапазоне частот в непрерывном и импульсном режиме.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что установка для измерения шумовых параметров СВЧ усилителей содержит синтезатор, опорный генератор, синхронизатор, первое устройство управления, преобразователь частоты, амплитудный модулятор, формирователь частот, делитель мощности, сумматор, второй аттенюатор, первый аттенюатор, фазовращатель. Выход синтезатора соединен с первым входом преобразователя частоты, первый выход опорного генератора соединен со вторым входом синтезатора, второй выход опорного генератора соединен с первым входом синхронизатора, третий выход опорного генератора соединен с первым входом формирователя частот, первый выход первого устройства управления соединен с первым входом синтезатора, третий выход первого устройства управления соединен со вторым входом синхронизатора, выход формирователя частот соединен со вторым входом амплитудного модулятора.
Новым в предлагаемом установке для измерения шумовых параметров СВЧ усилителей является введение модулятора, преобразователя, вольтметра, устройства согласующего, устройства интерфейсного, первого коммутатора, калибратора, индикатора уровня, исследуемого усилителя, анализатора спектра. Кроме того новым является введение первого вентиля, усилителя импульсного, второго усилителя низкой частоты второго вентиля, первой детекторной секции, второй детекторной секции, второго устройства управления, второго коммутатора, пятого коммутатора, первого усилителя низкой частоты, третьего коммутатора, балансного устройства, четвертого коммутатора, третьего аттенюатора, шестого коммутатора, фильтра высоких частот и персонального компьютера. Четвертый выход опорного генератора соединен с первым входом модулятора, выход модулятора соединен со вторым входом формирователя частот, первый выход синхронизатора соединен с первым входом амплитудного модулятора. Второй выход синхронизатора соединен со вторым входом модулятора, третий выход синхронизатора соединен с первым входом устройства согласующего, второй выход первого устройства управления соединен с третьим входом модулятора. Выход преобразователя соединен со вторым входом усилителя импульсного, выход преобразователя частоты соединен с входом делителя мощности, выход амплитудного модулятора соединен со вторым входом преобразователя частоты, выход устройства согласующего соединен со вторым входом исследуемого усилителя, выход устройства интерфейсного соединен со вторым входом устройства согласующего. Первый выход первого коммутатора соединен с первым входом усилителя импульсного, второй выход первого коммутатора соединен с входом калибратора, выход калибратора соединен со вторым входом первого коммутатора. Первый выход делителя мощности соединен с входом второго вентиля, второй выход делителя мощности соединен с первым входом исследуемого усилителя, первый выход исследуемого усилителя соединен с первым входом сумматора, n-ный выход исследуемого усилителя соединен с n-ным входом сумматора. Выход сумматора соединен с входом первого вентиля, выход первого вентиля соединен с входом второго аттенюатора, выход усилителя импульсного соединен со вторым входом пятого коммутатора, первый выход второго усилителя низкой частоты соединен с входом индикатора уровня. Второй выход второго усилителя низкой частоты соединен с входом анализатора спектра, выход второго вентиля соединен с входом первого аттенюатора, выход первой детекторной секции соединен с третьим входом второго коммутатора, выход второй детекторной секции соединен с первым входом второго коммутатора, первый выход второго устройства управления соединен со вторым входом третьего коммутатора, второй выход второго устройства управления соединен с первым входом четвертого коммутатора. Третий выход второго устройства управления соединен со вторым входом второго коммутатора, четвертый выход второго устройства управления соединен с первым входом шестого коммутатора, пятый выход второго устройства управления соединен с первым входом пятого коммутатора. Шестой выход второго устройства управления соединен с третьим входом первого коммутатора, выход второго коммутатора соединен с первым входом первого коммутатора, с входом преобразователя, с входом вольтметра, выход второго аттенюатора соединен с входом фазовращателя, первый выход пятого коммутатора соединен с входом третьего аттенюатора, второй выход пятого коммутатора соединен с входом первого усилителя низкой частоты, выход первого усилителя низкой частоты соединен со вторым входом шестого коммутатора, выход первого аттенюатора соединен с первым входом третьего коммутатора, выход третьего коммутатора соединен с первым входом балансного устройства, первый выход балансного устройства соединен с входом первой детекторной секции, второй выход балансного устройства соединен с входом второй детекторной секции, выход четвертого коммутатора соединен со вторым входом балансного устройства, выход фазовращателя соединен со вторым входом четвертого коммутатора, выход третьего аттенюатора соединен с третьим входом пятого коммутатора, первый выход шестого коммутатора соединен с входом второго усилителя низкой частоты, второй выход шестого коммутатора соединен с входом фильтра высокой частоты, выход фильтра высокой частоты соединен с третьим входом шестого коммутатора, выход персонального компьютера соединен с входом устройства интерфейсного.
На фиг.1 представлена функциональная схема установки для измерения шумовых параметров СВЧ усилителей.
Установка для измерения шумовых параметров СВЧ усилителей, содержит синтезатор 1, опорный генератор 2, модулятор 3, синхронизатор 4, первое устройство управления 5, преобразователь 6, вольтметр 7, преобразователь частоты 8, амплитудный модулятор 9, формирователь частот 10, устройство согласующее 11, устройство интерфейсное 12, первый коммутатор 13, калибратор 14, индикатор уровня 15, делитель мощности 16, исследуемый усилитель 17, сумматор 18, анализатор спектра 19, первый вентиль 20, усилитель импульсный 21, второй усилитель низкой частоты 22, второй вентиль 23, первая детекторная секция 24, вторая детекторная секция 25, второе устройство управления 26, второй коммутатор 27, второй аттенюатор 28, пятый коммутатор 29, первый усилитель низкой частоты 30, первый аттенюатор 31, третий коммутатор 32, балансное устройство 33, четвертый коммутатор 34, фазовращатель 35, третий аттенюатор 36, шестой коммутатор 37, фильтр высоких частот 38, персональный компьютер 39.
Выход синтезатора 1 соединен с первым входом преобразователя частоты 8.
Первый выход опорного генератора 2 соединен со вторым входом синтезатора 1.
Второй выход опорного генератора 2 соединен с первым входом синхронизатора 4.
Третий выход опорного генератора 2 соединен с первым входом формирователя частот 10.
Четвертый выход опорного генератора 2 соединен с первым входом модулятора 3.
Выход модулятора 3 соединен со вторым входом формирователя частот 10.
Первый выход синхронизатора 4 соединен с первым входом амплитудного модулятора 9.
Второй выход синхронизатора 4 соединен со вторым входом модулятора 3.
Третий выход синхронизатора 4 соединен с первым входом устройства согласующего 11.
Первый выход первого устройства управления 5 соединен с первым входом синтезатора 1.
Второй выход первого устройства управления 5 соединен с третьим входом модулятора 3.
Третий выход первого устройства управления 5 соединен со вторым входом синхронизатора 4.
Выход преобразователя 6 соединен со вторым входом усилителя импульсного 21.
Выход преобразователя частоты 8 соединен с входом делителя мощности 16.
Выход амплитудного модулятора 9 соединен со вторым входом преобразователя частоты 8.
Выход формирователя частот 10 соединен со вторым входом амплитудного модулятора 9.
Выход устройства согласующего 11 соединен со вторым входом исследуемого усилителя 17.
Выход устройства интерфейсного 12 соединен со вторым входом устройства согласующего 11.
Первый выход первого коммутатора 13 соединен с первым входом усилителя импульсного 21.
Второй выход первого коммутатора 13 соединен с входом калибратора 14.
Выход калибратора 14 соединен со вторым входом первого коммутатора 13.
Первый выход делителя мощности 16 соединен с входом второго вентиля 23.
Второй выход делителя мощности 16 соединен с первым входом исследуемого усилителя 17.
Первый выход исследуемого усилителя 17 соединен с первым входом сумматора 18.
n-ый выход исследуемого усилителя 17 соединен с n-ым входом сумматора 18.
Выход сумматора 18 соединен с входом первого вентиля 20.
Выход первого вентиля 20 соединен с входом второго аттенюатора 28.
Выход усилителя импульсного 21 соединен со вторым входом пятого коммутатора 29.
Первый выход второго усилителя низкой частоты 22 соединен с входом индикатора уровня 15.
Второй выход второго усилителя низкой частоты 22 соединен с входом анализатора спектра 19.
Выход второго вентиля 23 соединен с входом первого аттенюатора 31.
Выход первой детекторной секции 24 соединен с третьим входом второго коммутатора 27.
Выход второй детекторной секции 25 соединен с первым входом второго коммутатора 27.
Первый выход второго устройства управления 26 соединен со вторым входом третьего коммутатора 32.
Второй выход второго устройства управления 26 соединен с первым входом четвертого коммутатора 34.
Третий выход второго устройства управления 26 соединен со вторым входом второго коммутатора 27.
Четвертый выход второго устройства управления 26 соединен с первым входом шестого коммутатора 37.
Пятый выход второго устройства управления 26 соединен с первым входом пятого коммутатора 29.
Шестой выход второго устройства управления 26 соединен с третьим входом первого коммутатора 13.
Выход второго коммутатора 27 соединен с первым входом первого коммутатора 13.
Выход второго коммутатора 27 соединен с входом преобразователя 6.
Выход второго коммутатора 27 соединен с входом вольтметра 7.
Выход второго аттенюатора 28 соединен с входом фазовращателя 35.
Первый выход пятого коммутатора 29 соединен с входом третьего аттенюатора 36.
Второй выход пятого коммутатора 29 соединен с входом первого усилителя низкой частоты 30.
Выход первого усилителя низкой частоты 30 соединен со вторым входом шестого коммутатора 37.
Выход первого аттенюатора 31 соединен с первым входом третьего коммутатора 32.
Выход третьего коммутатора 32 соединен с первым входом балансного устройства 33.
Первый выход балансного устройства 33 соединен с входом первой детекторной секции 24.
Второй выход балансного устройства 33 соединен с входом второй детекторной секции 25.
Выход четвертого коммутатора 34 соединен со вторым входом балансного устройства 33.
Выход фазовращателя 35 соединен со вторым входом четвертого коммутатора 34.
Выход третьего аттенюатора 36 соединен с третьим входом пятого коммутатора 29.
Первый выход шестого коммутатора 37 соединен с входом второго усилителя низкой частоты 22
Второй выход шестого коммутатора 37 соединен с входом фильтра высоких частот 38.
Выход фильтра высоких частот 38 соединен с третьим входом шестого коммутатора 37.
Выход персонального компьютера 39 соединен с входом устройства интерфейсного 12.
Работает установка для измерения шумовых параметров СВЧ усилителей следующим образом. Управление работой части схемы установки, являющейся источником входного сигнала для исследуемого усилителя 17 и состоящей из синтезатора 1, модулятора 3, синхронизатора 4, преобразователя частоты 8, амплитудного модулятора 9, формирователя частот 10 и опорного генератора 2 осуществляется посредством первого устройства управления 5. Опорный генератор 2 формирует на своих четырех (с первого по четвертый) выходах сигнал Fоп, поступающий, соответственно, на второй вход синтезатора 1, на первый вход синхронизатора 4, на первый вход формирователя частот 10, на первый вход модулятора 3.
Синтезатор 1, из сигнала Fоп на первом входе, формирует на выходе когерентный сигналу Fоп сигнал Fcj в дециметровом диапазоне волн. Частота сигнала Fcj переключается с фиксированным шагом по командам управления, поступающим на первый вход синтезатора 1 с первого выхода первого устройства управления 5. С выхода синтезатора 1 сигнал Fcj поступает на первый вход преобразователя частоты 8, на второй вход которого, с выхода амплитудного модулятора, поступает сигнал Fпр.1. На выходе формирователя частот 10, из сигналов Fопм, на втором входе и из сигнала Fоп, на первом входе, формируется сигнал Fпр.1=Fоп×n+Fопм. С выхода формирователя частоты 10 сигнал Fпр.1 поступает на первый вход амплитудного модулятора 9, на выходе которого, при поступлении на второй вход модулирующего импульса с первого выхода синхронизатора 4, происходит амплитудная модуляция сигнала Fпр.1. С выхода амплитудного модулятора 9 сигнал Fпр.1 поступает на вход преобразователя частоты 8.
На выходе преобразователя частоты 8 из сигналов Fпр.1 и Fcj формируется сетка частот Foi=Fcj+Fпр.1. С выхода преобразователя частоты 8 сигнал Foi поступает на вход делителя мощности 16.
На выходе модулятора 3, из сигнала Fоп на его первом входе, посредством преобразований в цифровом синтезаторе, частота которого управляется кодами, формируемыми процессором в реальном времени, и по программе, «зашитой» в ПЗУ и активируется кодами управления, формируется сигнал Fопм, частота которого может перестраиваться на величину Fопм, +/-ΔF синхронно управляющему импульсу, поступающему на второй вход со второго выхода синхронизатора 4, по сигналу управления, поступающего на третий вход со второго выхода первого устройства управления 5. С выхода модулятора 3 сигнал Fопм поступает на второй вход формирователя частот 10.
Управление работой исследуемого усилителя 17 с сумматором 18, осуществляется с персонального компьютера 39 через устройство интерфейсное 12 и устройство согласующее 11.
1
Со второго выхода делителя мощности 16 сигнал Foi поступает на первый вход исследуемого усилителя 17. В рассматриваемом случае исследуемый усилитель 17 содержит в своем составе делитель мощности, распределяющий мощность, поступающую на первый вход исследуемого усилителя 17, на входы с первого по n-ый усилителей, независимых и управляемых командами на их включение последовательное или одновременное поступающими на второй вход с выхода устройства согласующего 11. С выходов исследуемого усилителя 17, с первого по n-ый, сигналы Foi÷Foin поступают на входы сумматора 18 соответственно с первого по n-ый. Устройство согласующее 11 управляется через устройство интерфейсное 12 персональным компьютером 39.
Управление работой части схемы установки осуществляющий измерение тонкой структуры спектра усилительных устройств, и состоящей из вольтметра 7, первого коммутатора 13, калибратора 14, индикатора уровня 15, делителя мощности 16, анализатора спектра 19, первого вентиля 20, усилителя импульсного 21, второго усилителя низкой частоты 22, второго вентиля 23, первой детекторной секции 24, второй детекторной секции 25, второго коммутатора 27, второго аттенюатора 28, пятого коммутатора 29, первого усилителя низкой частоты 30, первого аттенюатора 31, третьего коммутатора 32, балансного устройства 33, четвертого коммутатора 34, фазовращателя 35, третьего аттенюатора 36, шестого коммутатора 37, фильтра высоких частот 38 осуществляется вторым устройством управления 26.
1
(1÷n)
С выхода сумматора 18 сигналы Foi÷Foin последовательно, либо сигнал ∑ Foi, представляющий собой сумму мощностей всех поступивших на вход сигналов, поступают через первый вентиль 20 на вход второго аттенюатора 28, затухание сигнала на выходе которого устанавливается в ручном режиме.
1
(1÷n)
С выхода второго аттенюатора 28 сигнал поступает на вход фазовращателя 35, фаза сигнала на выходе которого устанавливается в ручном режиме. С выхода фазовращателя 35 сигнал поступает на второй вход четвертого коммутатора 34. В четвертом коммутаторе 34 сигнал Foi÷Foin последовательно, либо сигнал ∑ Foi, с его входа, при наличии команды на включение поступающей на первый вход со второго выхода второго устройства управления 26, поступает на выход и далее на второй вход балансного устройства 33.
С первого выхода делителя мощности 16 сигнал Foi через второй вентиль 23 поступает на вход первого аттенюатора 31, затухание сигнала на выходе которого устанавливается в ручном режиме. С выхода первого аттенюатора 31 сигнал поступает на первый вход третьего коммутатора 32. В третьем коммутаторе 32 сигнал Foi с его входа, при наличии команды на включение поступающей на первый вход с первого выхода второго устройства управления 26, поступает на выход и далее на первый вход балансного устройства 33.
С первого и второго выходов балансного устройства сигналы поступают, соответственно на вход первой детекторной секции 24 и вход второй детекторной секции 25. Балансное устройство 33 с детекторной секцией 24 и детекторной секцией 25 при одновременном переводе коммутатора 32 и коммутатора 34 в открытое состояние выполняет функцию фазового детектора, а при закрытии одного из коммутаторов 32 или 34 выполняет функцию амплитудного детектора.
Сигналы с выхода первой детекторной секции 24 и с выхода второй детекторной секции 25 поступают соответственно на третий и первый входы второго коммутатора 27. Один из входных сигналов поступает на выход коммутатора 27 в зависимости от команды управления поступающей на второй вход с третьего выхода второго устройства управления 26.
С выхода второго коммутатора сигнал поступает на первый вход первого коммутатора 13, на вход преобразователя 6 и на вход вольтметра 7. Преобразователь 6 служит для обеспечения требуемого динамического диапазона УНЧ, образуя совместно со схемой смещения усилителя импульсного 21 схему автоматического регулирования с замкнутой петлей обратной связи в зависимости от амплитуды и скважности входных видеоимпульсов.
С выхода первого коммутатора 13 сигнал подается на составной УНЧ состоящий из последовательно соединенных усилителя импульсного 21, на второй вход пятого коммутатора 29 и с его второго выхода на вход первого усилителя низкой частоты 30, на второй вход шестого коммутатора 37, а с его первого выхода сигнал поступает на вход второго усилителя низкой частоты 22, имеющий два выхода. Первый выход служит для контроля интегрального уровня исследуемого сигнала и индикации порога перегрузки на индикаторе уровня 15. Второй выход второго усилителя низкой частоты 22 поступает на вход измерительного прибора - анализатора спектра 19. Шестой коммутатор 37 по команде, поступающей на первый вход с четвертого выхода второго устройства управления 26, подключает в цепь формируемого сигнала сменный фильтр высоких частот 38 через третий вход и второй выход. Пятый коммутатор 29 подключает в цепь формируемого сигнала сменный третий аттенюатор 36 с целью ослабления уровня сигнала до уровня, не перегружающего схему УНЧ и подключаемый к первому выходу и третьему входу пятого коммутатора 29 при поступлении на его первый вход команды управления с пятого выхода второго устройства управления 26.
Контроль амплитуды видеоимпульсов осуществляется вольтметром 7.
Для измерения (калибровки) постоянной составляющей сигналов служит калибратор 14, преобразующий уровень постоянной составляющей сигнала в последовательность прямоугольных импульсов с частотой 10 кГц, уровень первой гармоники которой пропорционален уровню постоянной составляющей. Калибратор 14 подключается к цепи УНЧ при поступлении на третий вход команды управления с шестого выхода второго устройства управления 26.
Использование предлагаемого устройства позволяет проводить измерение амплитудных и вносимых фазовых шумов усилителей СВЧ сигналов в широком диапазоне частот