RU2088944C1

RU2088944C1 - Correlation method for measuring low-frequency fluctuations of shf devices

Info

Publication number: RU2088944C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Чернов
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Исток"
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1997-08-27

Abstract

FIELD: radio-measuring technology. SUBSTANCE: detection of examined SHF oscillation is carried out by two independent SHF detectors. Variable components U_1~(t) and U_2~(t) of their output voltages include voltages of examined SHF oscillation U_fl~(t) and voltages of inherent noises of detectors detected by fluctuation. Voltages detected by fluctuations U_fl~(t) are isolated by way of correlation processing. For this value of normal mutual correlation function r_1,2 between voltage U_1~(t) and U_2~(t) is measured. Then examined SHF oscillation is subjected to additional calibrated modulation and relation of value U_1~(t) and U_2~(t) is changed to obtain equality of voltages included in them and having modulation frequency. Then additional calibrated modulation is removed and dispersions D₁ and D₂ of voltages U_1~(t) and U_2~(t) are measured and dispersion of voltage detected by fluctuations in output voltages in this case is found by formula

, where U_fl~(t) is variable component of voltage detected by fluctuations: U_1~(t), U_2~(t) are variable components of output voltages of SHF detectors: D₁, D₂ are dispersions of output voltages of SHF detectors;

are root-mean-square values of variable components of voltages U_1~(t), U_2~(t); r_1,2 is normal mutual correlation function between variable components of output voltages U_1~(t) and U_2~(t) of independent SHF detectors. EFFECT: improved authenticity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к способам измерения низкочастотных флуктуаций СВЧ приборов. The invention relates to a radio metering technique, and in particular to methods for measuring low-frequency fluctuations of microwave devices.

Известен корреляционный способ измерения низкочастотных флуктуаций СВЧ приборов, заключающийся в попеременном суммировании и вычитании выходных напряжений двух СВЧ детекторов, осуществляющих детектирование исследуемого СВЧ колебания [1]
Известный способ не обеспечивает высокой точности измерений, когда величина измеряемых шумов меньше уровня собственных шумов детекторов и измерительного устройства, так как при этом осуществляется вычитание очень близких по величине напряжений.A known correlation method for measuring low-frequency fluctuations of microwave devices, which consists in alternately summing and subtracting the output voltages of two microwave detectors that detect the studied microwave oscillations [1]
The known method does not provide high measurement accuracy when the measured noise is less than the level of the noise of the detectors and the measuring device, since this subtracts very close voltages.

Наиболее близким к предлагаемому является корреляционный способ измерения низкочастотных флуктуаций СВЧ приборов, в соответствии с которым осуществляют детектирование исследуемого СВЧ колебания двумя независимыми СВЧ детекторами, из переменных составляющих выходных напряжений которых U_1~(t) и U_2~(t), содержащих напряжения продетектированных флуктуаций исследуемого СВЧ колебания U_фл~(t) и напряжения собственных шумов соответствующего детектора, путем корреляционной обработки выходных напряжений двух независимых СВЧ детекторов U_1~(t) и U_2~(t), проводимой при наличии и отсутствии дополнительной калиброванной модуляции исследуемого СВЧ колебания, выделяют напряжения продетектированных флуктуаций U_фл~(t) исследуемого СВЧ колебания и определяют дисперсию напряжения U_фл~(t) [2, c. 111]
Недостатком этого способа измерения является низкая точность измерения вследствие возникновения ошибок при калибровке. При малых мощностях калибровочного сигнала, соизмеримых с уровнем измеряемых флуктуаций, возникает неоднозначность уровня модуляции (за счет собственных шумов модулятора). При мощности калибровочного сигнала, много большей мощности измеряемых флуктуаций (как правило, используется такой режим калибровки, так как большой уровень модуляции можно оценить метрологическими средствами поверки), возникает потребность в калиброванном ослаблении выходных напряжений СВЧ детекторов, поступающих на коррелятор. Требуемая величина калиброванного ослабления может достигать величины 60-80 дБ, причем погрешности введения этих ослаблений перемножаются и результирующая погрешность может оказаться недопустимо большой. При этом показание индикатора коррелятора, используемого для реализации данного способа, должно быть пропорциональным дисперсиям напряжений входных сигналов. Это не позволяет использовать корреляторы, не реагирующие на величину дисперсии входных сигналов, например полярные [3]
При разработке предлагаемого способа была поставлена задача повышения точности измерений. Для решения поставленной задачи в корреляционном способе измерения низкочастотных флуктуаций СВЧ приборов, в котором осуществляют детектирование исследуемого СВЧ колебания двумя независимыми СВЧ детекторами, из переменных составляющих выходных напряжений которых U_1~(t) и U_2~(t), содержащие напряжения продетектированных флуктуаций исследуемого СВЧ колебания U_фл~(t) и напряжения собственных шумов соответствующего детектора, путем корреляционной обработки выходных напряжений двух независимых СВЧ детекторов U_1~(t) и U_2~(t), проводимой при наличии и отсутствии дополнительной калиброванной модуляции исследуемого СВЧ колебания, выделяют напряжения продетектированных флуктуаций U_фл~(t) исследуемого СВЧ колебания и определяют дисперсию напряжения U_фл~(t), новым является то, что для осуществления корреляционной обработки переменных составляющих выходных напряжений двух независимых СВЧ детекторов U_1~(t) и U_2~(t) при снятой дополнительной калиброванной модуляции исследуемого СВЧ колебания измеряют величину нормированной взаимнокорреляционной функции r_1,2 между переменными составляющими выходных напряжений независимых СВЧ детекторов U_1~(t) и U_2~(t), которая пропорциональна напряжению продетектированных флуктуаций U_фл~(t), при наличии же дополнительной калиброванной модуляции исследуемого СВЧ колебания изменяют соотношение величин переменных составляющих выходных напряжений двух независимых СВЧ детекторов до получения равенства содержащихся в них напряжений, имеющих частоту модуляции, затем снимают дополнительную калиброванную модуляцию и измеряют дисперсии D₁, D₂ переменных составляющих выходных напряжений СВЧ детекторов U_1~(t) и U_2~(t), а дисперсию напряжения продетектированных флуктуаций в выходных напряжениях детекторов при этом определяют по формуле

,
где U_фл~(t) переменная составляющая напряжения продетектированных флуктуаций;
U_1~(t) и U_2~(t) переменные составляющие выходных напряжений СВЧ детекторов;
D₁, D₂ дисперсии выходных напряжений СВЧ детекторов;

среднеквадратические значения переменных составляющих напряжений U_1~(t) и U_2~(t);
r_1,2 нормированная взаимнокорреляционная функция между переменными составляющими выходных напряжений независимых СВЧ детекторов U_1~(t) и U_2~(t).Closest to the proposed one is a correlation method for measuring low-frequency fluctuations of microwave devices, according to which the studied microwave oscillations are detected by two independent microwave detectors, from the variable components of the output voltages of which are U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t) containing the detected voltages fluctuations of the test microwave oscillation _fl U _~ (t) and intrinsic noise voltage corresponding detector by the correlation processing of the output voltages of two independent microwave detectors ₁ U _~ (t) ₂ U _~ (t), carried out in the presence and absence of the additional modulation of the test calibrated microwave oscillation emit the detected voltage fluctuations _fl U _~ (t) of the test microwave oscillation and determining the variance of voltage _fl U _~ (t) [2, c. 111]
The disadvantage of this measurement method is the low accuracy of the measurement due to errors during calibration. At low powers of the calibration signal, commensurate with the level of the measured fluctuations, the modulation level is ambiguous (due to the intrinsic noise of the modulator). With the power of the calibration signal, much greater than the power of the measured fluctuations (as a rule, such a calibration mode is used, since a high level of modulation can be estimated by metrological verification tools), there is a need for a calibrated attenuation of the output voltages of the microwave detectors fed to the correlator. The required value of the calibrated attenuation can reach 60-80 dB, and the errors of introducing these attenuations are multiplied and the resulting error may be unacceptably large. In this case, the indication of the correlator indicator used to implement this method should be proportional to the variances of the voltage of the input signals. This does not allow the use of correlators that do not respond to the dispersion of the input signals, for example, polar [3]
When developing the proposed method, the task was to increase the accuracy of measurements. To solve the problem in a correlation method for measuring low-frequency fluctuations of microwave devices, in which the studied microwave oscillations are detected by two independent microwave detectors, from the variable components of the output voltages of which are U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), containing the voltage of the detected fluctuations of the investigated Microwave oscillations U _{fl ~} (t) and noise voltage of the corresponding detector by correlation processing of the output voltages of two independent microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t) carried out at If there is no additional calibrated modulation of the investigated microwave oscillations, they isolate the detected fluctuation voltages U _{fl ~} (t) of the studied microwave oscillations and determine the variance of the voltage U _{fl ~} (t), new is that for the implementation of the correlation processing of the variable components of the output voltages of two independent microwave detectors ₁ U _~ (t) and U _{2 ~} (t) with the test microwave oscillation removed more modulation calibrated measured value of the normalized cross-correlation function between the variables r _1,2 coc ulation output voltages independent microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), which is proportional to the voltage of the detected fluctuation U _{fl ~} (t), in the presence of the additional calibrated modulation investigated microwave oscillation change ratio values variable output voltages constituting two independent Microwave detectors, until the equal voltage contained in them having a modulation frequency is obtained, then they remove additional calibrated modulation and measure the variances D ₁ , D _{2 of the} variable components of the output voltage microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), and the variance of the voltage of the detected fluctuations in the output voltages of the detectors is determined by the formula

,
where U _{fl ~} (t) is the variable component of the voltage of the detected fluctuations;
U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t) are alternating components of the output voltages of microwave detectors;
D ₁ , D ₂ dispersion of the output voltage of the microwave detectors;

RMS values of the variable voltage components U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t);
r _1.2 normalized cross-correlation function between the variable components of the output voltages of the independent microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t).

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа. The drawing shows a block diagram of a device for implementing the proposed method.

Устройство содержит коррелятор 1, к выходу которого подключен индикатор 2, коммутатор каналов 3, к выходу которого подключен индикатор 4, при этом первые и вторые входы коррелятора 1 и коммутатора каналов 3 подключены к первой и второй входным клеммам устройства. The device comprises a correlator 1, the output of which is connected to an indicator 2, a channel 3 switch, to the output of which an indicator 4 is connected, while the first and second inputs of the correlator 1 and the channel 3 switch are connected to the first and second input terminals of the device.

Коррелятор 1 в данном устройстве не участвует в режиме калибровки, а используется только в режиме измерения для определения нормированной взаимнокорреляционной функции между входными сигналами. Correlator 1 in this device is not involved in the calibration mode, but is used only in the measurement mode to determine the normalized cross-correlation function between the input signals.

Коммутатор каналов 3 выполняет следующие функции: регулируемое усиление и центрирование входных сигналов, поочередную подачу входных сигналов на вход второго индикатора, а также суммирование и вычитание входных сигналов. Channel 3 switch performs the following functions: adjustable gain and centering of the input signals, alternately supplying the input signals to the input of the second indicator, as well as summing and subtracting the input signals.

В качестве второго индикатора могут быть использованы низкочастотные анализаторы спектра или селективные вольтметры. As a second indicator, low-frequency spectrum analyzers or selective voltmeters can be used.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. В соответствии с законом сложения дисперсий [4, c. 562; 5] справедливо соотношение

где

дисперсия суммы (разности) напряжений U_1~(t) и U_2~(t);

дисперсии (D) напряжений U_1~(t) и U_2~(t) соответственно;
r_1,2 нормированная взаимнокорреляционная функция между напряжениями U_1~(t) и U_2~(t).The essence of the proposed method is as follows. In accordance with the law of addition of dispersions [4, p. 562; 5] fair ratio

Where

variance of the sum (difference) of stresses U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t);

variance (D) of stresses U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), respectively;
r _1,2 normalized cross-correlation function between voltages U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t).

Здесь напряжения U_1~(t) и U_2~(t) представляют собой переменные составляющие выходных напряжений двух независимых СВЧ детекторов, осуществляющих детектирование СВЧ колебания.Here, the voltages U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t) are the variable components of the output voltages of two independent microwave detectors that detect microwave oscillations.

Перепишем выражение (1) для случаев суммы и разности напряжений

относительно r_1,2

Решая систему из уравнений (2) и (3) относительно r_1,2 получаем

Так как дисперсия суммы нескольких статистически независимых (некоррелированных) случайных величин равна сумме их дисперсий [4, c. 563] то дисперсию суммы напряжений U_1~(t) и U_2~(t) можно представить в виде

где

дисперсии напряжений собственных шумов детекторов;

дисперсия суммы напряжений продетектированных флуктуаций, содержащихся в выходных напряжениях детекторов.We rewrite expression (1) for the cases of the sum and difference of stresses

relative to r _1,2

Solving the system of equations (2) and (3) with respect to r _1,2, we obtain

Since the variance of the sum of several statistically independent (uncorrelated) random variables is equal to the sum of their variances [4, p. 563] then the variance of the sum of the stresses U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t) can be represented as

Where

voltage dispersion of intrinsic noise of detectors;

variance of the sum of the voltages of the detected fluctuations contained in the output voltages of the detectors.

Дисперсию разности напряжений U_1~(t) и U_2~(t) в случае равенства содержащихся в них напряжений продетектированных флуктуаций можно представить в виде

Из уравнений (5) и (6) имеем

При этом с учетом (7) выражение (4) можно записать в виде

или

Формула (9) предусматривает определение дисперсии суммы напряжений продетектированных флуктуаций, содержащихся в выходных напряжениях обоих детекторов. При этом дисперсии напряжений продетектированных флуктуаций

в выходных напряжениях каждого детектора равны между собой.The variance of the voltage difference U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t) in the case of equal voltage of the detected fluctuations contained in them can be represented as

From equations (5) and (6) we have

Moreover, taking into account (7), expression (4) can be written as

or

Formula (9) provides for the determination of the variance of the sum of the stresses of the detected fluctuations contained in the output voltages of both detectors. In this case, the variance of stresses detected fluctuations

in the output voltages of each detector are equal to each other.

Для определения дисперсии напряжения продетектированных флуктуаций

, содержащихся в выходных напряжениях каждого детектора в соответствии с законом сложения дисперсий (формула (1)) для случая r_1,2=1 (так как напряжения измеряемых флуктуаций полностью коррелированы) величины

можно связать соотношением

Тогда с учетом (10) дисперсии напряжений продетектированных флуктуаций, содержащихся в выходных напряжениях каждого детектора, можно определить по формуле

Корень квадратный из дисперсии напряжения равен среднеквадратическому значению переменной составляющей напряжения, поэтому в случае отсчета измеряемых величин в среднеквадратических значениях напряжений формулы (9) и (11) удобно привести к виду

где U_скфлΣ, U_скфл, U_ск1, U_ск2 среднеквадратические значения переменных составляющих напряжений U_флΣ~(t), U_фл~(t),U_1~(t),U_2~(t).To determine the variance of the voltage of detected fluctuations

contained in the output voltages of each detector in accordance with the dispersion addition law (formula (1)) for the case r _1,2 = 1 (since the voltages of the measured fluctuations are completely correlated)

can be related by

Then, taking into account (10), the variance of the stresses of the detected fluctuations contained in the output voltages of each detector can be determined by the formula

The square root of the voltage dispersion is equal to the rms value of the variable component of the voltage, therefore, in the case of measured values in the rms stresses, formulas (9) and (11) are conveniently reduced to

where U _{cfl Σ} , U _cfl , U _ck1 , U _ck2 rms values of the variable voltage components U _{flΣ ~} (t), U _{fl ~} (t), U _{1 ~} (t), U _{2 ~} (t).

Таким образом удается определить дисперсии (либо среднеквадратические значения) напряжений продетектированных флуктуаций. Thus, it is possible to determine the variances (or rms values) of the stresses of the detected fluctuations.

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом. A device for implementing the proposed method works as follows.

На входные клеммы устройства подаются сигналы с выходов двух СВЧ детекторов, осуществляющих детектирование исследуемого СВЧ колебания. The input terminals of the device receive signals from the outputs of two microwave detectors that detect the studied microwave oscillations.

При этом в случае измерения флуктуаций амплитуды СВЧ колебания используются амплитудные детекторы, при измерении флуктуаций частоты - частотные детекторы, а при измерении флуктуаций фазы, вносимых СВЧ усилителем, фазовые детекторы. Так как собственные шумы СВЧ детекторов статистически независимы (некоррелированы), то в выходных сигналах детекторов коррелированными являются только напряжения, пропорциональные измеряемым низкочастотным флуктуациям исследуемого СВЧ колебания. In this case, when measuring fluctuations in the amplitude of microwave oscillations, amplitude detectors are used, when measuring fluctuations in frequency, frequency detectors are used, and when measuring phase fluctuations introduced by a microwave amplifier, phase detectors are used. Since the intrinsic noise of microwave detectors is statistically independent (uncorrelated), only the voltages proportional to the measured low-frequency fluctuations of the investigated microwave oscillations are correlated in the output signals of the detectors.

При описании работы данного устройства предполагается, что в состав СВЧ детекторов входят малошумящие низкочастотные усилители, усиление которых достаточно для устранения влияния собственных шумов описываемого устройства на результаты измерений. When describing the operation of this device, it is assumed that microwave detectors include low-noise low-frequency amplifiers, the amplification of which is sufficient to eliminate the influence of the noise of the described device on the measurement results.

Для калибровки данного устройства исследуемое СВЧ колебание подвергается дополнительной калиброванной модуляции. При этом вначале необходимо сбалансировать коммутатор каналов 3. Для этого, поочередно подавая на вход индикатора 4 калибровочный сигнал с первого, а затем со второго входов коммутатора каналов 3 и изменяя усиление этих сигналов, устанавливается их равенство. Балансировка коммутатора каналов 3 может быть также осуществлена в режиме вычитания входных каналов по минимуму напряжения на его выходе. To calibrate this device, the studied microwave oscillation is subjected to additional calibrated modulation. In this case, it is first necessary to balance the switch of channels 3. To do this, by alternately applying a calibration signal to the input of indicator 4 from the first and then from the second inputs of the switch of channels 3 and changing the gain of these signals, their equality is established. The balancing of the channel 3 switch can also be carried out in the mode of subtracting the input channels to minimize the voltage at its output.

После этого сбалансированный коммутатор каналов 3 может быть переведен в режим суммирования входных сигналов. При этом по показанию индикатора 4 фиксируют калибровочный отсчет, соответствующий известному уровню модуляции. Калибровочный отсчет можно также произвести по выходному сигналу одного из СВЧ детекторов. After that, the balanced channel switch 3 can be switched to the summation mode of the input signals. In this case, according to the indicator 4, a calibration readout is fixed, corresponding to a known modulation level. Calibration readout can also be performed by the output signal of one of the microwave detectors.

Далее дополнительная модуляция исследуемого СВЧ колебания снимается. При этом в выходном сигнале коммутатора каналов 3 присутствуют переменные составляющие напряжений обоих каналов U_1~(t) и U_2~(t), каждое из которых включает в себя собственные шумы соответствующего детектора (которые между собой некоррелированы) и коррелированные составляющие напряжений U_фл~(t), которые являются результатом детектирования измеряемых низкочастотных флуктуаций СВЧ колебания. В сбалансированном коммутаторе каналов 3 напряжения U_фл~(t) в каналах равны.Further, additional modulation of the investigated microwave oscillations is removed. Moreover, in the output signal of the channel 3 switch there are alternating voltage components of both channels U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), each of which includes the intrinsic noise of the corresponding detector (which are uncorrelated with each other) and the correlated voltage components U _{fl ~} (t), which are the result of the detection of the measured low-frequency fluctuations of the microwave oscillations. In a balanced channel switch 3 voltage U _{fl ~} (t) in the channels are equal.

Для определения дисперсии (среднего значения квадрата переменной составляющей сигнала) напряжений продетектированных флуктуаций U_фл~(t), содержащихся в переменных составляющих выходных напряжений СВЧ детекторов, необходимо измерить дисперсии напряжений U_1~(t) и U_2~(t), а также нормированную взаимнокорреляционную функцию r_1,2 между ними.To determine the variance (the average value of the squared variable component of the signal) of the detected fluctuation voltages U _{fl ~} (t) contained in the variable components of the output voltages of the microwave detectors, it is necessary to measure the variances of the voltages U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), and also normalized cross-correlation function r _1,2 between them.

Дисперсии напряжений U_1~(t) и U_2~(t) измеряются индикатором 4 при поочередной коммутации каналов. Функция r_1,2 измеряется коррелятором 1 (отсчет ее величины производится по индикатору 2).The voltage dispersion U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t) are measured by indicator 4 during alternate switching of channels. Function r _1,2 is measured by correlator 1 (its value is counted by indicator 2).

Вычисление дисперсии напряжения U_фл~(t) при этом производится по формуле (11).The calculation of the voltage dispersion U _{fl ~} (t) in this case is carried out according to formula (11).

В случаях, когда уровень измеряемых низкочастотных флуктуаций исследуемого СВЧ колебания соизмерим или превышает уровень собственных шумов детекторов, коррелятор 1 можно не использовать. При этом работа данного устройства может осуществляться в соответствии с формулой (7). In cases where the level of the measured low-frequency fluctuations of the investigated microwave oscillations is comparable to or exceeds the level of the intrinsic noise of the detectors, correlator 1 can be omitted. In this case, the operation of this device can be carried out in accordance with the formula (7).

Частотная селекция входных сигналов может осуществляться либо раздельно в корреляторе 1 и индикаторе 4, либо на входе устройства. В данном случае место и способ осуществления частотной селекции принципиального значения не имеют. Frequency selection of input signals can be carried out either separately in the correlator 1 and indicator 4, or at the input of the device. In this case, the place and method of performing frequency selection are of no fundamental importance.

Устройство, реализующее предложенный способ измерения, позволяет осуществить проверку работоспособности коррелятора 1 и коммутатора каналов 3 без использования дополнительного оборудования путем сравнения показаний индикатора 2 (при r_1,2 порядка 0,1-1 с величиной, рассчитанной по формуле (4)).A device that implements the proposed measurement method allows checking the operability of the correlator 1 and the channel 3 switch without using additional equipment by comparing the readings of indicator 2 (at r _{1.2 of the} order of 0.1-1 with the value calculated by formula (4)).

Реализация предложенного способа с применением данного устройства позволяет также определять нормированную взаимнокорреляционную функцию r_а,ч(фл) между флуктуациями амплитуды и частоты сигнала генератора в присутствии шумов детекторов. Для этого на один вход устройства подают сигнал с выхода амплитудного детектора, а на другой вход с выхода частотного детектора (частотный детектор при этом должен эффективно подавлять собственные флуктуации амплитуды исследуемого колебания). Предварительно описанным выше способом должны быть определены дисперсии напряжений продетектированных флуктуаций, (в соответствии с выражением (11)) и дисперсии выходных напряжений детектора (включающих как напряжение продетектированных флуктуаций, так и собственные шумы соответствующего детектора). Далее необходимо измерить нормированную взаимнокорреляционную функцию r_а,ч между выходными напряжениями амплитудного и частотного детекторов.Implementation of the proposed method using this device also allows you to determine the normalized cross-correlation function r _{a, h (fl)} between fluctuations in the amplitude and frequency of the generator signal in the presence of detector noise. To do this, a signal from the output of the amplitude detector is fed to one input of the device, and a signal from the output of the frequency detector to the other input (the frequency detector should effectively suppress intrinsic fluctuations of the amplitude of the studied oscillation). The previously described method must be used to determine the variance of the voltage of the detected fluctuations (in accordance with expression (11)) and the variance of the output voltage of the detector (including both the voltage of the detected fluctuations and the intrinsic noise of the corresponding detector). Next, it is necessary to measure the normalized cross-correlation function r _{a, h} between the output voltages of the amplitude and frequency detectors.

Определение функции r_а,ч(фл) при этом осуществляется в соответствии с нижеследующими преобразователями.The determination of the function r _{a, h (fl)} in this case is carried out in accordance with the following converters.

По аналогии с выражением (4) функцию r_a,r можно выразить в следующем виде:

где U_a~(t),U_ч~(t) - переменные составляющие выходных напряжений амплитудного и частотного детекторов соответственно, включающие напряжение продетектированных флуктуаций и шумы соответствующего детектора.By analogy with expression (4), the function r _{a, r} can be expressed in the following form:

where U _{a ~} (t), U _{h ~} (t) are the variable components of the output voltages of the amplitude and frequency detectors, respectively, including the voltage of the detected fluctuations and the noise of the corresponding detector.

Дисперсии суммы (разности) напряжений U_a~(t) и U_ч~(t) можно выразить в виде суммы дисперсий составляющих их статистически независимых напряжений

где U_ша~(t), U_шч~(t) переменные составляющие напряжений собственных шумов амплитудного и частотного детекторов соответственно;
U_фл.а~(t), U_фл.ч~(t) переменные составляющие напряжений, продетектированных флуктуаций (амплитудных и частотных соответственно).Dispersions of the sum (difference) of stresses U _{a ~} (t) and U _{h ~} (t) can be expressed as the sum of the variances of the statistically independent stresses composing them

where U _{w ~} (t), U _{w ~} (t) are the variable components of the intrinsic noise voltages of the amplitude and frequency detectors, respectively;
U _{fl.a ~} (t), U _{fl.h ~} (t) are the variable components of the voltages detected by the fluctuations (amplitude and frequency, respectively).

В соответствии с законом сложения дисперсий дисперсии суммы и разности напряжений

можно выразить в виде

Подставляя в выражение (14) соотношения (15) и (16) с учетом (17) и (18) получаем

или

Таким образом, при измерении нормированной взаимнокорреляционной функции r_a,ч(фл) между флуктуациями амплитуды и частоты сигнала генератора удается учесть влияние собственных шумов детекторов на результаты измерений.In accordance with the law of addition of dispersions of variances of the dispersion of the sum and voltage difference

can be expressed as

Substituting relations (15) and (16) into expression (14), taking into account (17) and (18), we obtain

or

Thus, when measuring the normalized cross-correlation function r _{a, h (fl)} between fluctuations in the amplitude and frequency of the generator signal, it is possible to take into account the effect of the noise of the detectors on the measurement results.

Аналогичным образом можно также измерить нормированную взаимнокорреляционную функцию между флуктуациями амплитуды и фазы, вносимых СВЧ усилителем. In a similar way, the normalized cross-correlation function between the amplitude and phase fluctuations introduced by the microwave amplifier can also be measured.

Описанное выше устройство, реализующее предложенный способ измерения, проверено экспериментально при измерении низкочастотных флуктуаций СВЧ приборов см-диапазона в диапазоне модулирующих частот 3-500 кГц. The device described above, which implements the proposed measurement method, was tested experimentally when measuring low-frequency fluctuations of cm-band microwave devices in the range of modulating frequencies of 3-500 kHz.

Источники информации
1. Малахов А.Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М. Наука, 1968, с. 582.Sources of information
1. Malakhov A.N. Fluctuations in self-oscillating systems. M. Science, 1968, p. 582.

2. Корнилов С. А. и др. Исследование корреляционного метода измерения низкочастотных флюктуаций в СВЧ приборах. Вопросы радиоэлектроники. Серия 1. Электроника. N 1, 1965, с. 103-118. 2. Kornilov S. A. et al. Study of the correlation method for measuring low-frequency fluctuations in microwave devices. Questions of radio electronics. Series 1. Electronics. N 1, 1965, p. 103-118.

3. Валитов Р.А. и Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. М. Советское радио, 1970, с. 177. 3. Valitov R.A. and Sretensky V.N. Radio engineering measurements. M. Soviet Radio, 1970, p. 177.

4. Корн Г. и Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М. Наука, Главная редакция физ.-мат. литературы, 1984. 4. Korn G. and Korn T. Handbook of mathematics for scientists and engineers. M. Nauka, Main Edition of the Phys.-Math. literature, 1984.

5. ГОСТ 16465-70. Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения. Гос. ком. стандартов Сов. мин. СССР, М. 1970. 5. GOST 16465-70. Radio engineering measuring signals. Terms and Definitions. Gos. com standards Sov. min USSR, M. 1970.

Claims

Correlation method for measuring low-frequency fluctuations of microwave devices, according to which the studied microwave oscillations are detected by two independent microwave detectors, from the variable components of the output voltages of which are U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), containing the voltage of the detected fluctuations of the studied Microwave oscillations U _{fl ~} (t) and noise voltage of the corresponding detector, by correlation processing of the output voltages of two independent microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), carried out in the presence and absence additional calibrated modulation of the investigated microwave oscillations, the detected fluctuation voltage U _{fl ~} (t) of the studied microwave oscillations is isolated and the voltage variance U _{fl ~} (t) is determined, characterized in that for the correlation processing of the variable components of the output voltages of two independent microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t) with removed additional calibrated modulation of the studied microwave oscillations, measure the value of the normalized cross-correlation function γ _1,2 between the variable components of the output voltage of independent microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), which is proportional to the detected fluctuation voltage U _{fl ~} (t), in the presence of additional calibrated modulation of the studied microwave oscillations, change the ratio of the variables of the output voltage components of two independent Microwave detectors to obtain the equality of the contained voltages having a modulation frequency, then remove the additional calibrated modulation and measure the variance D ₁ , D _{2 of the} variable components of the output voltages of the microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), and the variance of the voltage of the detected fluctuations in the output voltages of the detectors is determined by the formula

where U _{fl ~} (t) is the variable component of the voltage of the detected fluctuations;
U _{1 ~} (t), U _{2 ~} (t) - alternating components of the output voltages of microwave detectors;
D ₁ , D ₂ dispersion of the output voltage of the microwave detectors;

RMS values of the variable voltage components;
U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t), γ _1,2 is the normalized cross-correlation function between the variable components of the output voltages of the independent microwave detectors U _{1 ~} (t) and U _{2 ~} (t).