Спосіб вимірювання еквівалентної шумової температури входу підсилювача

Способ измерения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя, заключающийс я в измерении мощнос ти Pi шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя при подключении к его входу со гласованной нагрузки и мощности Рг шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя при подаче на его вход шумового сигнала с шумовой температурой Т, о т л ич а ю щ и й с я тем, что дополнительно измеряют мощность Рз шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки, а эквивалентную шумовую температуру входа усилителя определяют по формуле т - (Р і-Рз)(Т-Т о) To+ . ТоК . к т Тш ~ a(IY-Pi) К7 ' где a - затухание шумового сигнала от источника с шумовой температурой Т до входа измеряемого усилителя, отн.ед.,1 То - температура окружающей среды К; Ку - коэффициент усиления измеряемого усилителя, отн.ед. с > О1 ел о Изобретение относится к области радиоизмерений на СВЧ и может быть использовано для измерения шумовой температуры широкополосных СВЧ усилителей с высокой точностью. Известен способ двух отсчетов и способ постоянного уровня для измерения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя, которые предусматривают выполнение в определенной последовательности следующих взаимосвязанных действий - измеряют отношение М уровней мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя при подключении к его входу согласованной нагрузки и подаче на его вход шумового сигнала с шумовой температурой Т; - определяют шумовую температуру измеряемого усилителя из выражения ш Т - Т _/3(Ти+То)-Т о К, О) если отношение М определяют посредством двух отсчетов уровней мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя по измерителю мощности шумового сигнала, Т *в 1ш Т Тр _. То „ а ( М- 1 ) " ° К у"' * ' если (2) отношение М измеряют методом постоянного уровня по измерительному аттенюатору на выходе измеряемого усилителя О 15570 путем введения его затухания до достижения равенства уровней мощности шумового сигнала по индикатору мощности шумового сигнала, где ее, /? - вносимое затухание тракта от вы- 5 хода опорного источника шума с шумовой температурой Т до входа измеряемого уси лителя и от выхода последнего до входа измерителя мощности шумового сигнала со ответственно, отн.ед.; 10 Ку - коэффициент усиления измеряемого усилителя, отн.ед.; ч То - температура окружающей среды. К; . Ти - эквивалентная шумовая температура входа измерителя мощности шумового 15 сигнала, К. Точность измерения способом постоянного уровня выше, чем способом двух отсчетов, однако он может быть использован для измерения Тш только очень узкополосных 20 СВЧ усилителей, в диапазоне выходных частот которых имеются прецизионные измерительные аттенюаторы. Спос об двух отсчетов может быть использован для измерения Тш более широкополосных усилите- 25 лей, однако и здесь имеется ограничение в связи с ограничением по частотному диапазону опорных источников шумового сигнала. Наиболее близким по сущности к заяв- ЗО ляемому является способ двух отсчетов и способ постоянного уровня [2] для осуществления которого в качестве опорного источника шумового сигнала с шумовой температурой Т использован опорный уси- 35 литель, например из серии измеряемых, согласованный по входу и аттестованный по эквивалентной шумовой температуре входа ТШа и коэффициенту усиления КУа. Эквивалентная шумовая температура Т выхода та- 40 кого опорного усилителя мо жет б ыть опредепена из выражения: Т = {То + Тша)Куа, К (3) Таким образом, при использовании широкополосных опорных СВЧ усилителей в 45 качестве опорного источника шумового сигнала, способ двух отсчетов может быть использован для измерения Тш широкополосных коаксиальных СВЧ усилителей, например в диапазоне (1...18) ГГц. 50 Однако он обладает большой погрешностью измерения Тш из-за сравнительной невысокой точностью определения М по отношению уровней мощности шумовых сигналов Рг 55 р~, так как в этом случае на точность измерения М влияют погрешности измерения самих значений Pi и Рг, а это ограничивает функциональные возможности способа двух отсчетов для измерения Тш в тех диапазонах выходных частот измеряемого усилителя, в которых имеются прецизионные измерители мощности шумовых сигналов. Кроме того, способ двух отсчетов обладает ограниченными функциональными возможностями также из-за наличия в формуле измерения (1) члена, равного "-^—тт^ ------ , которым нельзя пренебу речь даже при Ку = 26 дБ (400 ед. и р - 1, если Ти - 40000К. При этом необходимо следить, что значение/? было близко к 1 (непосредственное подключение измеряемого усилителя к измерителю мощности шумового сигнала), так как в противном случае, при Ку - 26 дБ и Ти =4000 К добавка в выражении (1) будет равна или больше 100/?, 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$, значение Ти должно быть не более (500... 1000К), что практически не всегда возможно. А для уменьшения погрешности в 10 раз (до 3%) значение Ти должно быть в пределах (50...100К), что не реально. Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа для измерения шумовой температуры широкополосных СВЧ усилителей при одновременном повышении точности измерения. Поставленная задача решается тем, что в способе измерения эквивалентной шумовой температуры входа усилителей основан на измерении мощности Pi и Рг шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя при подключении к его входу согласованной нагрузки и подаче на его вход шумового сигнала с шумовой температурой Т соответственно, результат согласно изобретению, измеряют мощность Рз шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки, после чего определяют эквивалентную шумовую температуру входа усилителя Тш из выражения т _ О3*'~ Рз) (Т — То) т , То v , л\ Тш Т (> " ^ С (ft-Pi) ° + *у-'К ' где а, Ку, То - см. выражения (1) и (2). Отсюда очевидно, что по точности измерения заявленный способ соответствует способу постоянного уровня. Это достигаетР і -Р з ся за счет того, что выражение р _ р измеряется с высокой точностью на любом стабильном во времени и линейном даже не 15570 измерителе, а просто индикаторе мощі.ости сти шумового сигнала, К, отн.ед. и Гц соотшумового сигнала, так как при измерении ветственно; разностей Рі-Рз и Р2-Р1 исключается систер - вносимое затухание тракта от выхоматическая погрешность измерения уровня да измеряемого усилителя до входа измеримощности, а при определении отношения 5 теля мощности шумового сигнала, отн.ед. этих разностей исключается погрешность Измеренный в заданной полосе AF уромасштабного коэффициента. вень Р2 мощности шумового сигнала на выЗаявленный способ обладает более шиходе измеряемого усилителя, на вход рокими функциональными возможностями, которого подают шумовой сигнал с выхода т.к. 10 согласованного по входу опорного усилитене требует своего осуществления преля, аттестованного по эквивалентной шумоцизионного измерителя мощности шумововой температуре входа ТШа и коэффициенту го сигнала, а только стабильного во времени усиления Куа. равен: и линейного индикатора мощности и не содержит в своей полной формуле измерения 15 Рг» Кх члена 1 , который наклады вает жесткие ограничения на значение Ку, Ти,/? (см. выше), что в реальных измерительных трактах не всегда возможно. Таким образом, заявленный способ измерения обладает широкими функциональными возможностями для прецизионного измерения Тш не только узкополосных, но и широкополосных коаксиальных СВЧ усилителей с преобразованием и без преобразования частоты, в диапазоне входных частот которых отсутствуют опорные источники шумового сигнала. В этом случае, для измерения Тш широкополосных СВЧ усилителей, опорный усилитель оттестуют по эквивалентной шумовой температуре входа от ряда узкополосных опорных источников шума. Все это исключает необходимость разработки и изготовления сложных, трудоемких и дорогих широкт>полосных коаксиальных генераторов шума. Обоснование заявленного способа заключается в следующем. Измеренный в заданной полосе Af уровень Pi мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя, согласованного по входу, равен (То 4- Тщ) Ку - То ^ т _,_ P i- Ч Вт, (5) где К» 1,38 • 10'23 Вт/град, Гц постоянная Больцмана; То - температура окружающей среды, У; Тш, Ку - эквивалентная шумовая темпе ратура входа и коэффициент усиления из меряемого усилителя, К и отн.ед. соответственно; « Ти, КуИ , Af - эквивалентная шумовая температура входа, коэффициент усиления и полоса пропускания измерителя мощно 20 Р 1 + Т о + Т ш ]К У и -Af. ВТ, (6) где а - вносимое затухание тракта от выхода опорного усилителя до входа измеряемого усилителя, отн.ед. Измеренный в заданной полосе Af уро25 вень Рз мощности шумового сигнала на вы ходе нагрузки, согласованный при температуре окружающей среды То, равен Рз - К(То + Ти)Куи Af, ВТ (7) При этом измеренное отношение раз-30 ности уровней мощности Pt-Рз к разности уровней мощности Рг-Рі равно: Pi - Рз _ [(Т о +Т ш)К у- Т о З' а Pa-Pi [ ( Т о + Т / у у отн.ед. (8) 35 Отсюда путем простого преобразования и с учетом выражения (3), получаем выражение (4) для определения Тш. На чертеже приведен один из возможных вариантов устройства для осуществле40 ния заявленного способа. Предложенный способ измерения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя предусматривает выполнение в определенной последовательности ел еду ю45 щих взаимосвязанных действий: - измеряют в заданной полосе пропускания Af уровень Pi мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя 1, согласованного по входу измерительным 50 приемником шумового сигнала 2 с установленной входной полосой пропускания Af через постоянный ограничительный аттенюатор 3, для чего источник питания 4 измеряемого усилителя 1 включен, а источник 55 питания 5 опорного усилителя 6 выключен; при этом ко входу опорного усилителя б подключена нагрузка согласования 7, а его выход подключен ко входу измеряемого усилителя 1 через постоянный ограничитель 15570 8 6 служит нагрузкой согласованной для измерительного приемника 2); - определяют эквивалентную шумовую температуру входа измеряемого усилителя 5 1 из выражения (4). Предложенный способ целесообразно - измеряют в упомянутой заданной по использовать для прецизионного измерелосе пропускания Af уровень Рг мощности ния эквивалентной шумовой температуры шумового сигнала на выходе измеряемого входа широкополосных коаксиальных СВЧ усилителя 1. на вход которого подают шумо вой сигнал с выхода согласованного по вхо 10 усилителей, при этом в качестве опорного может быть использован один из измеряеду опорного усилителя 6, аттестованного по мых усилителей или узкополосных усилитеэквивалентной шумовой температуре входа лей, для которых в настоя щее время не Тша и коэффициенту усиления Куа (источники созданы прецизионные источники шумовопитания 4 и 5 измеряемого и опорного уси 15 го сигнала. В последнем случае в качестве лителей 1 и 6 включены); опорного может быть использован усили- измеряют в упомянутой заданной по тель с преобразованием частоты, на входлосе пропускания Af уровень Рз мощности ных частотах которого имеются источники шумового сигнала на выходе нагрузки, со шумового сигнала. гласованной при температуре окружающей среды То (источники питания 4 и 6 измеряе 20 При этом не т не обх одимости в раз ра ботке опорных источников шумового сигнамого и опорного усилителей 1 и 6 выключе ла, особенно широкополосных, с шумовой ны, при этом ограничительный аттенюатор температурой Т выше или ниже То . З в выключенном состоянии усилителей 1 и ный аттенюатор 8, который в выключенном состоянии опорного усилителя 6 служит нагрузкой согласованной для измеряемого усилителя 1; Упорядник Замовлення 4190 Техред М.Моргентал Коректор М.Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Киї в-53, Львівська пл.. 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород сул Гагаріна 101