Спосіб визначення еквівалентної шумової температури входу підсилювача

Изобретение относится к области радиоизмерений на СВЧ и может быть использовано для измерения шумовой температуры СВЧ-усилителей, в частности широкополосных и в диапазонах частот, не обеспеченных опорными источниками шумового сигнала. Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и совокупности признаков является способ двух отсчето в определения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя, который предусматривает выполнение в определенной последовательности следующи х взаимосвязанных действий: - подают на вход измеряемого усилителя шумовой сигнал с шумовой температурой окружающей cреды То (согласовывают измеряемый усилитель по входу); - подают на вход измеряемого усилителя шумовой сигнал с шумовой температурой Τ ниже или выше То (от опорного источника шумового сигнала); - измеряют отношение Μ уровней мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя; - определяют шумовую температуру измеряемого усилителя из выражения Если отношение Μ определяют посредством двух отсчето в уровней мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя по измерителю мощности шумового сигнала, если отношение Μ измеряют методом постоянного уровня по измерительному аттенюатору на выходе измеряемого усилителя путем введения его затухания до достижения равенства уровней мощности шумового сигнала по измерителю мощности шумового сигнала, где a - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого усилителя до входа измерителя мощности шумового сигнала; β - вносимое затухание тракта от выхода опорного источника шума с шумовой тем-пературой Τ до входа измеряемого усилителя; Ку - коэффициент усиления измеряемого усилителя; Тu - эквивалентная шумовая температура входа измерителя мощности шумового сигнала, К. Недостатком способа является ограничение функциональных возможностей - для измерения Тш узкополосных СВЧ усилителей, в диапазоне входных частот которых, имеются опорные источники шумовых сигналов с шумовой температурой Τ ниже или выше температуры окружающей среды То, а также сложность их реализации (помимо измерителя мощности шумового сигнала необходимо наличие опорных источников шумового сигнала). Способ двух отсчетов обладает большей погрешностью измерения Тш из-за меньшей точности определения значения Μ по отношению уровней мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя, так как в этом случае на точность определения Μ влияет погрешность измерения этих уровней. Этот недостаток может быть устранен путем использования прецизионных измерителей уровня мощности шумовых сигналов (например измеритель мощности типа МЗ-51 с малошумящим СВЧ усилителем из серии измеряемых на входе). Однако способ двух отсчетов обладает дополнительной погрешностью измерения и, соответственно, ограниченными функциональными возможностями или сложностью реализации из-за наличия в формулах измерения (1) и (2) члена, равного которым нельзя пренебречь даже при Ку = 26 дБ (400ед) и a=1, если Тu ≥ 40000К. При этом необходимо добиваться, чтобы значение а было близко к 1 (непосредственно подключение измеряемого усилителя к измерителю мощности шумового сигнала, так как, в противном случае, при К у = 26 дБ и Тu = 40000К добавка в выражении (1) и (2) будет равна или больше 100 а , что может привести к погрешности измерения до 30% и более. Если же Ку = (5-10) дБ (однокаскадные СВЧ усилители), то, при той же 30%-й погрешности (член равен 100 ее ) значение Тu должно быть не более (500-1000)К, что практически не всегда возможно. Для уменьшения погрешности до 3% значение Тu должно быть в пределах (50-100)К, что не реально. А учет значения Тu и α усложняет реализацию способа, так как дополнительно требует прецизионного измерения этих величин и учета и х в формула х (1) и (2). Задачей изобретения является упрощение реализации и расширение функциональных возможностей способа измерения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя при одновременном повышении точности измерения. Задача достигается тем, что в Способе определения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя, основанный на измерении в заданной полосе пропускания уровня мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя, согласованного по входу, посредством измерителя мощности шумового сигнала, согласно изобретения измеряют в упомянутой заданной полосе пропускания уровень мощности шумового сигнала на выходе упомянутого измерителя мощности шумового сигнала, согласованного по входу и аттестованного по эквивалентной шумовой температуре входа Ти, при этом определяют отношение Μ измеренных уровней мощности шумового сигнала, после чего определяют шумовую температуру Тш измеряемого усилителя из выражения: где Ку - коэффициент усиления измеряемого усилителя, отн. ед.; a - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого усилителя до входа измерителя мощности шумового сигнала, отн.ед.; Т0 - температура окружающей среды, К. По сравнению с прототипом заявленный способ обладает более высокой точностью измерения за счет меньшего количества измеряемых параметров в формуле (5) по сравнению с выражениями (1) и (2). При этом заявленный способ проще в реализации, так как не требует для своего осуществления опорного генератора шума с шумовой температурой Τ ниже или выше температуры окружающей среды То, а использует обязательно присутствующий при любом методе измерения Тш измеритель мощности шумового сигнала, аттестованный по эквивалентной шумовой температуре входа Тu. Более того, использование заявленного способа позволит в будущем исключить из употребления огромное количество рабочих опорных генераторов шума, оставив только эталонные экземпляры для аттестации и проверки по Тu измерителей мощности шумового сигнала. По сравнению с прототипом заявленный способ обладает также более широкими функциональными возможностями - для измерения шумовой температуры сверхширокополосных СВЧ усилителей, так как по сравнению с узкополосными опорными генераторами шума с шумовой температурой Τ ниже или выше То, измерители мощности шумового сигнала обладают более широким рабочим диапазоном частот (например: анализатор спектра С4-60) Δf = 0,01-39,6 ГГц). Таким образом, заявленный способ измерения обладает широкими функциональными возможностями — для прецизионного измерения Тш не только узкополосных, но и сверхширокополосных СВЧ усилителей с преобразованием и без преобразования частоты, при этом способ прост в реализации, так как не требует для своего осуществления рабочих опорных генераторов шума с шумовой температурой Τ на выходе ниже или выше температуры окружающей среды Т0. Обоснование заявленного способа. Измеренный в заданной полосе пропускания Δf уровень Р1 мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя, согласованного по входу, посредством измерителя мощности шумового сигнала равен где К = 1,3810-23 Вт/град*Гц - постоянная Больцмана; Куи , Δf - коэффициент усиления и полоса пропускания измерителя мощности шумового сигнала, отн.ед. и Гц соответственно. Измеренный в упомянутой заданной полосе пропускания Δf уровень Р0 мощности шумового сигнала на выходе упомянутого измерителя .мощности шумового сигнала, согласованного по входу, равен: Отсюда, п утем простого преобразования, получаем выражение (5) для определения Тш. На чертеже приведен один из возможных вариантов устройства для осуществления заявленного способа. Предложенный способ определения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя предусматривает выполнение в определенной последовательности следующи х взаимосвязанных действий: - измеряют в заданной полосе пропускания Δf уровень Р1 мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя 1, согласованного по входу (измерителем мощности шумового сигнала 2 с установленной входной полосой пропускания Δf через постоянный ограничительный аттенюатор 3, для чего источник питания 4 измеряемого усилителя 1 включен, а ко входу измеряемого усилителя подключена нагрузка согласованная 5); - измеряют в упомянутой заданной полосе пропускания Δf уровень Р0 мощности шумового сигнала на выходе упомянутого измерителя мощности шумового сигнала 2, согласованного по входу и аттестованного по эквивалентной шумовой температуре входа Тu (для этого источник питания 4 измеряемого усилителя 1 выключен, при этом ограничительный аттенюатор 3 в выключенном состоянии усилителя 1 служит нагрузкой, согласованной для измерителя 2); - определяют отношение Μ измеренных уровней мощности шумового сигнала из выражения (8); - определяют эквивалентную шумовую температур у входа измеряемого усилителя 1 из выражения (5). Согласование по входу измеряемого усилителя и измерителя мощности шумового сигнала может быть достигнуто различными путями: путем подключения их на входе вентиля, моста Ланге или согласованной нагрузки или путем введения глубокой отрицательной обратной связи по первому каскаду усиления. Возможны и другие те хнические решения. Аттестация измерителя мощности шумового сигнала по эквивалентной шумовой температуре входа Тu может быть выполнена одним из известных способов, например способом двух отсче тов (1). Учитывая простоту реализации и высокую точность измерения шумовой температуры предложенным способом его целесообразно использовать для измерения Тш СВЧ усилителей, в частности широкополосных и не обеспеченных опорными источниками шумового сигнала. При этом отпадает необходимость в изготовлении в большом количестве целого ряда рабочих опорных генераторов шума, в частности разработки широкополосных генераторов шума.