Формирователь СВЧ сигналов с известными индексами модуляций

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(72) Авторы Дзисяк Андрей Богданович Гусинский Александр Владимирович Кострикин Анатолий Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(57) Формирователь СВЧ-сигналов с известными индексами модуляций, содержащий направленный ответвитель, вход первичного канала которого является входом формирователя, вход вторичного канала соединен с согласованной нагрузкой, выход вторичного канала через первый регулируемый аттенюатор, вентиль, балансный амплитудный модулятор и регулируемый фазовращатель соединен со вторым входом СВЧ-сумматора, выход которого является выходом формирователя генератор модулирующего напряжения, выход которого соединен с модулирующим входом балансного амплитудного модулятора,второй регулируемый аттенюатор, вход которого соединен с выходом первичного канала направленного ответвителя, а выход - с первым входом СВЧ-сумматора, причем первый и второй регулируемые аттенюаторы являются высокоточной мерой воспроизведения ослабления вход первичного канала направленного ответвителя выполнен с возможностью подключения малошумящего СВЧ-генератора при градуировке формирователя, выход СВЧ-сумматора выполнен с возможностью подключения последовательно соединенных СВЧ амплитудного детектора, нагрузочного резистора и вольтметра переменного тока для установки показаний регулируемого фазовращателя, обеспечивающих выполнение условий амплитудной или угловой модуляции СВЧ-сигнала на первом этапе градуировки, или СВЧ-ваттметра для определения параметров модуляции при использовании метода замещения на втором этапе градуировки. 14894 1 2011.10.30 Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах и может быть использовано при калибровке измерителей флуктуаций СВЧ-сигналов. Известен формирователь СВЧ-сигналов с известным индексом амплитудной модуляции 1, содержащий генератор модулирующего напряжения, амплитудный модулятор при градуировке к выходу формирователя подключено устройство для анализа СВЧспектра, содержащее смеситель, гетеродин, усилитель промежуточной частоты, анализатор спектра сигналов промежуточной частоты, а ко входу - малошумящий СВЧ-генератор. Однако данный формирователь обладает существенными недостатками его невозможно использовать при калибровке измерителя флуктуаций СВЧ-сигналов в режимах измерения частотных, вносимых фазовых флуктуаций по известному индексу угловой модуляции СВЧ-сигнала и точность воспроизведения с его помощью индекса амплитудной модуляции СВЧ-сигнала существенно ограничена из-за невысокой точности устройства для анализа СВЧ-спектра. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому формирователю является выбранный в качестве прототипа формирователь (в прототипе он назван блоком модуляции) 2, который содержит направленный ответвитель, вход первичного канала которого является входом формирователя, а выход соединен с первым входом СВЧ-сумматора вход вторичного канала направленного ответвителя соединен с согласованной нагрузкой,а выход через регулируемый аттенюатор, вентиль, балансный амплитудный модулятор,регулируемый фазовращатель соединен со вторым входом СВЧ-сумматора, выход которого является выходом формирователя к модулирующему входу балансного амплитудного модулятора подключен генератор модулирующего напряжения при градуировке формирователя к его выходу подключен СВЧ-анализатор спектра, а ко входу - малошумящий СВЧ-генератор. Недостатком прототипа является невысокая точность воспроизведения с его помощью индексов амплитудной и угловой модуляций СВЧ-сигналов, которая ограничена из-за невысокой точности СВЧ-анализатора спектра. Задача изобретения - повышение точности воспроизведения с помощью формирователя СВЧ-сигналов с известными индексами амплитудной и угловой модуляций. Задача достигается тем, что известный формирователь СВЧ-сигналов с известными индексами модуляций, содержащий направленный ответвитель, вход первичного канала которого является входом формирователя вход вторичного канала направленного ответвителя соединен с согласованной нагрузкой, а выход через первый регулируемый аттенюатор, вентиль, балансный амплитудный модулятор, регулируемый фазовращатель соединен со вторым входом СВЧ-сумматора, выход которого является выходом формирователя к модулирующему входу балансного амплитудного модулятора подключен генератор модулирующего напряжения при градуировке ко входу формирователя подключен малошумящий СВЧ-генератор, отличающийся тем, что введен второй регулируемый аттенюатор, который, как и первый регулируемый аттенюатор, является высокоточной мерой воспроизведения ослабления вход второго регулируемого аттенюатора соединен с выходом первичного канала направленного ответвителя, а выход - с первым входом СВЧсумматора градуировка формирователя состоит из двух этапов, при этом на первом этапе к его выходу подключены последовательно соединенные СВЧ-амплитудный детектор,нагрузочный резистор и вольтметр переменного тока для установки таких показаний регулируемого фазовращателя, чтобы выполнялись условия амплитудной или угловой модуляции СВЧ-сигнала, а на втором этапе - СВЧ-ваттметр для определения параметров модуляции при использовании метода замещения. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый формирователь отличается наличием нового функционального узла - второго регулируемого аттенюатора,а также дополнительными функциональными связями формирователя. 14894 1 2011.10.30 Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что в существующих формирователях точность воспроизведения индексов амплитудной и угловой модуляций СВЧ-сигналов ограничены из-за невысокой точности используемых при градуировке СВЧ-анализаторов спектра. Анализ метрологических характеристик современных анализаторов спектра СВЧ диапазона длин волн ( 4407, 4448, 856,30,40,3182,360 и других) показал, что погрешности измерений уровней гармоник спектра СВЧ-сигнала в диапазоне частот 2578 ГГц составляют не более(3,1-4,5) дБ, а в диапазоне частот 78-118 ГГц -(3,8-5,2) дБ. В заявляемом формирователе благодаря использованию высокоточных мер воспроизведения ослабления регулируемых поляризационных аттенюаторов, имеющих погрешность воспроизведения ослабления не более(0,1-0,9) дБ в диапазоне частот 25-53 ГГц и(0,25-2,5) дБ в диапазоне частот 53-178 ГГц, а также тому, что вместо прямой градуировки формирователя по показаниям СВЧ-анализатора спектра реализуют градуировку с использованием метода замещения при применении СВЧ-ваттметра (он выступает в этом случае не как средство измерения, а как индикаторное устройство), удается повысить точность воспроизведения индексов модуляции в 2-3 раза. На фиг. 1 приведена структурная схема формирователя, на фиг. 2 - структурная схема,собираемая при определении условий формирования амплитудной или угловой модуляций, на фиг. 3 - структурная схема, собираемая при определении параметров модуляции. Структурная схема формирователя (фиг. 1) содержит направленный ответвитель 1 второй регулируемый аттенюатор 2 СВЧ-сумматор 3 согласованную нагрузку 4 первый регулируемый аттенюатор 5 вентиль 6 балансный амплитудный модулятор 7 регулируемый фазовращатель 8 генератор модулирующего напряжения 9. Структурная схема, собираемая при определении условий формирования амплитудной или угловой модуляций (фиг. 2), содержит формирователь 10 малошумящий СВЧгенератор 11 амплитудный СВЧ-детектор 12 нагрузочный резистор 13 вольтметр переменного тока 14. Структурная схема, собираемая при определении параметров модуляции (фиг. 3), содержит формирователь 10 малошумящий СВЧ-генератор 11 СВЧ-ваттметр 15. Формирователь СВЧ-сигналов с известными индексами модуляции (фиг. 1) содержит СВЧ направленный ответвитель 1, вход первичного канала которого является входом формирователя, а выход через второй регулируемый аттенюатор 2 соединен с первым входом СВЧ-сумматора 3 выход вторичного канала направленного ответвителя 1 через первый регулируемый аттенюатор 5, вентиль 6, балансный амплитудный модулятор 7,регулируемый фазовращатель 8 соединен со вторым входом СВЧ-сумматора 3, выход которого является выходом формирователя к модулирующему входу балансного амплитудного модулятора 7 подключен генератор модулирующего напряжения 9. Формирователь работает следующим образом. Методика градуировки формирователя состоит из двух этапов. На первом этапе необходимо установить показания фазовращателя 8 (фиг. 1), при которых выполняются условия формирования амплитудной или угловой модуляции СВЧ-сигнала. При амплитудной модуляции СВЧ-сигнала после амплитудного детектора 12 напряжения боковых модуляционных составляющих суммируются на нагрузочном резисторе 13 (фиг. 2), а при угловой модуляции - компенсируют друг друга. Ко входу формирователя 10 подключается малошумящий СВЧ-генератор 11, а к выходу - последовательно соединенные амплитудный СВЧ-детектор 12, нагрузочный резистор 13, вольтметр переменного тока 14. На модулирующий вход балансного амплитудного модулятора 7 подается максимальное напряжение с выхода генератора модулирующего напряжения 9. Регулируя фазовый сдвиг фазовращателя 8, добиваются максимального показания вольтметра14. Показание фазовращателя 8 1 будет соответствовать условию формирования амплитудной модуляции СВЧ-сигнала. Регулируя фазовый сдвиг фазовращателя 8, добиваются минимального показания вольт 3 14894 1 2011.10.30 метра 14. Показание фазовращателя 8 2 будет соответствовать условию формирования угловой модуляции СВЧ-сигнала. На втором этапе градуировки к выходу формирователя 10 подключается СВЧваттметр 15 (фиг. 3) и определяются параметры модуляции при использовании метода замещения. На фазовращателе 8 устанавливается показание 1, соответствующее условию формирования амплитудной модуляции СВЧ-сигнала. На модулирующий вход балансного амплитудного модулятора 7 подается максимальное напряжение с выхода генератора модулирующего напряжения 9. На аттенюаторе 2 устанавливается максимальное вносимое ослабление несущей СВЧ-сигнала, а на аттенюаторе 5 - минимальное вносимое ослабление сигналов боковых модуляционных составляющих СВЧ-сигнала 0 дБ (степень подавления несущей в балансном амплитудном модуляторе 7 составляет не менее (25-30) дБ). Фиксируется показание СВЧ-ваттметра 15 . Далее, на аттенюаторе 5 устанавливается максимальное вносимое ослабление сигналов боковых модуляционных составляющих СВЧ-сигнала, а на модулирующий вход балансного амплитудного модулятора 7 прекращают подачу модулирующего напряжения (уменьшают его значение до нулевого уровня). На аттенюаторе 2 устанавливают такое вносимое ослабление несущей СВЧ-сигнала 2 К (в дБ), при котором показание СВЧ-ваттметра 15 также будет равно . Значение 2 К фиксируется. Таким образом, при наличии модулирующего напряжения на модулирующем входе балансного амплитудного модулятора 7, вносимых ослаблениях аттенюатора 50 дБ и аттенюатора 2 2 воспроизводится амплитудно-модулированный СВЧ-сигнал, имеющий равные по амплитуде несущую и боковые модуляционные составляющие СВЧ-сигнала. Воспроизведение СВЧ-сигналов с известными индексами модуляции осуществляется следующим образом. При выставленном показании фазовращателя 8 1 (условие формирования амплитудной модуляции СВЧ-сигнала), вносимых ослаблениях аттенюатора 5 1 (в дБ) и аттенюатора 2 2 (в дБ) индекс амплитудной модуляции СВЧ-сигнала . определяется из формулы 221 20 При выставленном показании фазовращателя 8 2 (условие формирования угловой модуляции СВЧ-сигнала), вносимых ослаблениях аттенюатора 5 1 и аттенюатора 2 2 индекс угловой модуляции СВЧ-сигнала У. в радианах определяется из формулы 221 Точность воспроизведения индексов модуляции СВЧ-сигнала определяется, главным образом, точностью воспроизведения вносимых ослаблений с помощью высокоточных поляризационных аттенюаторов 2 и 5. Предлагаемый формирователь реализован в НИЛ 1.9 Научно-исследовательская лаборатория аппаратуры и устройств СВЧ Учреждения образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники для измерителя флуктуации 78-118. Диапазон рабочих частот - (78,33-118,1) ГГц. В формирователе используются два высокоточных поляризационных аттенюатора АП-20, имеющих диапазон воспроизводимого ослабления (0-50) дБ с погрешностью не более 0,25 дБ в диапазоне 0-5 дБ и 0,05 А, где А - значение воспроизводимого ослабления в диапазоне 5-50 дБ. Источники информации 1. Горелов А.И. и др. Об измерении малых коэффициентов амплитудной модуляции на сверхвысоких частотах. Вопросы радиоэлектроники Сер. РИТ. Вып.2, 1965. - С. 78-85. 4 14894 1 2011.10.30 2. Измеритель флуктуаций импульсных сигналов СВЧ 3-19. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. . 406.007. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5