RU2694451C2

RU2694451C2 - Device for measuring amplitude-phase noise of microwave radio-pulse signal sources with high duty cycle of transmitters of high-coherence detection and communication systems

Info

Publication number: RU2694451C2
Application number: RU2017142821A
Authority: RU
Inventors: Алексей Борисович Шталев
Original assignee: Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега"
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-07-15
Also published as: RU2017142821A3; RU2017142821A

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: device for measuring amplitude-phase (AF) noise of microwave radio pulse signal sources with high duty cycle of high-coherence detection and communication systems relates to measurement equipment and can be used to control level of amplitude-phase (AF) noise at different stages of manufacture and operation of transmitters of location systems and communication. Device consists of interconnected mixer, amplifier with cutoff, intermediate frequency filter and emitter follower. Intermediate frequency filter is a quartz filter with the possibility of filtering the zero harmonic of the carrier frequency with AF noise adjacent to it, provided that: Frf/Fr=integer; 2Fr≥Pf≥Fr, where: Frf is quartz filter central frequency; Fr is repetition frequency of radio pulses; Pf is the pass band of the quartz filter.

EFFECT: wider dynamic range and high reliability of measurements when measuring the AF noise of the radio pulse signal.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля уровня амплитудно-фазовых (АФ) шумов на различных стадиях изготовления и эксплуатации передатчиков систем локации и связи.The invention relates to a measuring technique and can be used to control the level of amplitude-phase (AF) noise at various stages of manufacturing and operation of the transmitters of the location and communication systems.

Целью изобретения является совершенствование методов измерения АФ шумов радиоимпульсного сигнала позволяющих расширить динамический диапазон и повысить достоверность измерений.The aim of the invention is to improve the methods for measuring the AF of the noise of a radio pulse signal allowing to expand the dynamic range and improve the accuracy of measurements.

Известен способ измерения фазовых шумов с помощью фазового детектора (Agilent. Измерения параметров радиолокационных станций) Большинство фазовых детекторов является балансными смесителями, которые требуют как высокочастотного (ВЧ), так и опорного сигнала. Когда ВЧ и опорный сигналы находятся в квадратуре по отношению друг к другу и подаются на балансный смеситель, то выход промежуточной частоты (ПЧ) представляет меру мгновенной разности фаз между двумя сигналами. В большинстве исполнений квадратурное отношение фаз поддерживается, используя узкополосную систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Мгновенная разность фаз представляется мгновенным изменением напряжения около нуля вольт. При использовании двойного балансного смесителя в квадратуре амплитудный шум подавляется, в то время как фазовый шум измеряется. Напряжение шума (выход ПЧ) затем усиливается и обрабатывается по спектру для определения шума и паразитных сигналов как функции частотной отстройки. Системы для измерения фазовых шумов также обычно содержат отдельный детектор амплитудно-модулированного сигнала (АМ-детектор) для измерения амплитудных шумов и амплитуды паразитных сигналов как функции частотной отстройки. AM-детектор может базироваться на диодах или смесителе.A known method of measuring phase noise using a phase detector (Agilent. Measuring parameters of radar stations) Most phase detectors are balanced mixers that require both high-frequency (HF) and reference signals. When the RF and reference signals are in quadrature with respect to each other and fed to a balanced mixer, the intermediate frequency (IF) output is a measure of the instantaneous phase difference between the two signals. In most designs, the quadrature phase relation is supported using a narrowband phase locked loop (PLL) system. The instantaneous phase difference appears to be an instantaneous change in voltage around zero volts. When using a double balanced quadrature mixer, amplitude noise is suppressed, while phase noise is measured. The noise voltage (IF output) is then amplified and processed across the spectrum to determine noise and spurious signals as a function of frequency offset. Phase noise measurement systems also typically contain a separate amplitude modulated signal detector (AM detector) for measuring amplitude noise and amplitude of spurious signals as a function of frequency offset. The AM detector can be based on diodes or a mixer.

Известен измеритель шумовых характеристик СВЧ и ВЧ передатчиков, по патенту RU 2099729, МПК⁶ G01R 29/26, состоящий из делителя мощности, соединенных последовательно балансного смесителя, узкополосного фильтра низкой частоты (ФНЧ), усилителя постоянного тока (УПТ), первого аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и ЭВМ, а также широкополосного ФНЧ и второго АЦП, введены направленный ответвитель, линия задержки, регулируемый аттенюатор, два регулируемых фазовращателя, НЧ коммутатор на три входа и один выход, усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, три полосовых фильтра, СВЧ сумматор, делитель мощности на 3, при этом входом устройства служит вход направленного ответвителя, первый выход которого соединен с входом делителя мощности, а второй через первый регулируемый фазовращатель с гетеродинным входом балансного смесителя, тогда как первый выход усилителя мощности через линию задержки и второй регулируемый фазовращатель соединен с первым входом СВЧ сумматора, а второй выход делителя мощности через регулируемый аттенюатор со вторым входом СВЧ сумматора, выход которого является сигнальным входом балансного смесителя, при этом выход балансного смесителя также через широкополосный ФНЧ и регулируемый усилитель поступает на вход делителя мощности на 3, каждый из выходов которого через соответствующий полосовой фильтр соединен с соответствующим входом НЧ коммутатора, выход которого через первый АЦП соединен с ЭВМ, которая управляет управляющими входами НЧ коммутатора и регулируемого усилителя.Known noise characteristics of microwave and RF transmitters, according to patent RU 2099729, IPC ⁶ G01R 29/26, consisting of a power divider connected in series balanced mixer, narrow-band low-frequency filter (LPF), DC amplifier (UFT), the first analog-digital converter (ADC) and computer, as well as a broadband low pass filter and a second ADC, introduced a directional coupler, delay line, adjustable attenuator, two adjustable phase shifters, a low-frequency switch for three inputs and one output, an amplifier with adjustable coefficient There are three bandpass filters, a microwave adder, a power divider by 3, while the input of the device is the input of the directional coupler, the first output of which is connected to the input of the power divider, and the second through the first adjustable phase shifter with the heterodyne input of a balanced mixer, while the first output of the power amplifier through the delay line and the second adjustable phase shifter is connected to the first input of the microwave adder, and the second output of the power divider through an adjustable attenuator with the second input of the microwave adder, the output of which is The signal input of the balanced mixer, the output of the balanced mixer also through a broadband LPF and adjustable amplifier enters the input of the power divider at 3, each of the outputs of which is connected via a corresponding band-pass filter to the corresponding input of the low-frequency switch, the output of which is through the first ADC which controls the control inputs of the woofer switch and adjustable amplifier.

Недостатком выбранных аналогов является ограниченный диапазон уровней измеряемых шумовых характеристик и высокая стоимость самого устройства.The disadvantage of the selected analogs is the limited range of levels of the measured noise characteristics and the high cost of the device itself.

Ближайшим аналогом является способ обнаружения импульсных сигналов в условиях воздействия помех (патент RU 2037841 С1, МПК⁶G01S 7/292, опуб. 19.06.1995.), выбранный за прототип.The closest analogue is a method for detecting pulsed signals under the influence of interference (patent RU 2037841 C1, IPC ⁶ G01S 7/292, published on 06/19/1995.), Chosen for the prototype.

Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.

Известно, что способы оптимального обнаружения импульсных сигналов основаны на операциях согласованной со спектром сигнала линейной фильтрации или той или иной корреляционной обработки. В результате этих операций обеспечивается наибольшее отношение сигнал/шум (ОСШ), а отсюда наилучшее качество обнаружения сигнала по тому или иному вероятностному критерию.It is known that the methods of optimal detection of pulsed signals are based on the operations of a linear filtering or one or another correlation processing coordinated with the spectrum of the signal. As a result of these operations, the highest signal-to-noise ratio (SNR) is ensured, and hence the best quality of signal detection by one or another probability criterion.

Сущность изобретения заключается в том, что принимают сигнал, обеспечивая при этом избыточную полосу пропускания

приемника по сравнению с шириной основного спектра импульсного сигнала длительностью

где

больше или равно

принятый сигнал задерживают на время

при выполнении условия

где d - целое число; f_c - несущая частота сигнала, суммируют незадержанный и задержанный сигнал с последующей фильтрацией в квазиоптимальном фильтре, полоса пропускания

которого удовлетворяет условию

много меньше

а центральная частота f_p=f_c, выделяют огибающую, сравнивают с пороговым уровнем и по превышении порогового уровня обнаруживают сигнал.The essence of the invention lies in the fact that they receive a signal, while providing an excess bandwidth

receiver compared to the width of the main spectrum of a pulse signal duration

Where

more or equal

received signal is delayed by time

under the condition

where d is an integer; f _c - the carrier frequency of the signal, summarize the delayed and delayed signal, followed by filtering in a quasi-optimal filter, bandwidth

which satisfies the condition

much less

and the center frequency f _p = f _c , allocate the envelope, compare it with the threshold level and detect the signal when the threshold level is exceeded.

Устройство, реализующее способ, содержит усилитель промежуточной частоты (УПЧ) приемника, устройство задержки на интервал

усилитель, компенсирующий потери в устройстве задержки, сумматор, усилитель, нагруженный на квазиоптимальный фильтр, усилитель, детектор, решающее (пороговое) устройство, формирователь управляющих "обнулением" импульсов, устройство "обнуления" выходных цепей усилителей.A device that implements the method contains an intermediate frequency amplifier amplifier amplifier, an interval delay device

amplifier, compensating for losses in the delay device, adder, amplifier loaded on a quasi-optimal filter, amplifier, detector, decisive (threshold) device, driver for resetting the pulses, resetting the output circuits of the amplifiers.

Недостатком выбранного аналога является ограниченный диапазон уровней измеряемых шумовых характеристик.The disadvantage of the selected analog is a limited range of levels of the measured noise characteristics.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в расширении динамического диапазона измеряемых АФ шумов радиоимпульсного сигнала.The technical result of the invention consists in expanding the dynamic range of the measured AF noise of the radio pulse signal.

Сущность изобретения выражается совокупностью существенных признаков, а именно в применении кварцевого фильтра для компенсации понижения чувствительности измерения для импульсного сигнала с высокой Q-скважностью.The invention is expressed by a set of essential features, namely in the use of a quartz filter to compensate for the decrease in measurement sensitivity for a pulse signal with a high Q-duty cycle.

Указанный технический результат достигается следующим образом.This technical result is achieved as follows.

Как известно спектр радиоимпульсного сигнала состоит из большого количества гармонических составляющих и прилегающего к каждой из них СПМШ АФ шумов (см. фигуру 1). Относительный уровень СПМШ при каждой составляющей одинаковый, по этому достаточно выделить нулевую гармонику несущей частоты радиоимпульсного сигнала с помощью кварцевого фильтра с высокой добротностью на промежуточной частоте Fn4 с последующим подавление несущей на известную величину. Для этого необходимо выполнить два условия:As is well known, the spectrum of a radio pulse signal consists of a large number of harmonic components and an SPMSh AF noise adjacent to each of them (see Figure 1). The relative level of the SPMS for each component is the same; therefore, it is sufficient to single out the zero harmonic of the carrier frequency of the radio pulse signal using a high-quality quartz filter at the intermediate frequency Fn4 with subsequent suppression of the carrier by a known value. To do this, you must fulfill two conditions:

1. Fпч/Fп=целое число;1. Fpch / Fp = integer;

2. 2Fп≥Пф≥Fп, где: Fпч - центральная частота кварцевого фильтра;2. 2Fp≥Pf≥Fp, where: Fpch - the central frequency of the quartz filter;

Fп - частота повторения радиоимпульсов;Fp - frequency of repetition of radio pulses;

Пф - полоса пропускания кварцевого фильтра.Pf - bandwidth of the quartz filter.

Таким образом, на выходе кварцевого фильтра имеем непрерывное колебание с частотой Fпч и АФ шумами подлежащими измерению. Этот сигнал можно подавать на анализатор спектра непрерывного сигнала.Thus, at the output of the quartz filter, we have a continuous oscillation with a frequency Fpch and AF noise to be measured. This signal can be fed to the spectrum analyzer of a continuous signal.

На фигуре 1 изображено взаимное расположение спектрального сигнала и полосы пропускания кварцевого фильтра.The figure 1 shows the relative position of the spectral signal and the bandwidth of the quartz filter.

На фигуре 2 представлена структурная схема устройства для измерения АФ шумов источников СВЧ радиоимпульсного сигнала с высокой скважностью в составе: соединенные последовательно 1 - смесителя, 2 - усилителя с отсечкой, 3 - кварцевого фильтр промежуточной частоты, 4 - эмиттерного повторитель, а также 5 - малошумящего гетеродина непрерывных колебаний, 6 - анализатора спектра промежуточной частоты (ПЧ), 7 - фазового детектора, 8 - генератора кварцевого, 9 - осциллографа, 10 - усилителя низкой частоты (УНЧ), 11 - анализатора спектра низкой частоты (НЧ).The figure 2 shows a block diagram of a device for measuring the AF of noise of microwave sources of a radio pulse signal with a high porosity consisting of: 1 connected in series - a mixer, 2 - an amplifier with a cut-off, 3 - an intermediate frequency quartz filter, 4 - an emitter follower, and 5 - a low-noise heterodyne of continuous oscillations, 6 - intermediate frequency spectrum (IF) spectrum analyzer, 7 - phase detector, 8 - quartz oscillator, 9 - oscilloscope, 10 - low frequency amplifier (ULF), 11 - low frequency spectrum analyzer (LF).

В предлагаемом устройстве используются стандартные компоненты.In the proposed device uses standard components.

В качестве малошумящего гетеродина непрерывных колебаний могут быть применены генераторы сигналов фирмы Agilent E82570-UNX и фирмы Rode @Schwarz SMA100A-B22.As a low-noise heterodyne of continuous oscillations, Agilent E82570-UNX and Rode @Schwarz SMA100A-B22 signal generators can be used.

Claims

A device for measuring the amplitude-phase (AF) noise of microwave sources of a radio pulse signal with a high porosity of high-coherent location and communication systems, consisting of a mixer connected in series, an amplifier with a cut-off, an intermediate frequency filter, an emitter follower, and continuous oscillations including a low-noise heterodyne, spectrum analyzer intermediate frequency (IF), phase detector, quartz oscillator, oscilloscope, low frequency amplifier (ULF), low frequency spectrum analyzer (LF), different te That the intermediate frequency filter is a crystal filter to perform a filtering of the zero carrier frequency harmonics adjacent thereto AF noise provided:

Fpch / Fp = integer;

2Fp≥Pf≥Fp,

where: Fpch - the central frequency of the quartz filter;

Fp - frequency of repetition of radio pulses;

Pf - bandwidth of the quartz filter.