Устройство для измерения спектральной плотности мощности шума Советский патент 1991 года по МПК G01R29/26 

О

о о чэ со ю

Изобретение относится к радиоизмерениям в СВЧ-диапазоне и может быть использовано для измерения спектральной плотности мощности шума (СПМШ) при градуировке генераторов шума (ГШ), а также для измерения шумов антенны либо другого объекта.

Цель изобретения - увеличение точности измерений СПМШ независимо от качества СВЧ-элементов при одновременном обеспечении возможности работы устройства в автоматическом режиме.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит многозначную меру 1 комплексного коэффициента отражения (ККО), образцовый генератор 2 шума (01 Ш), градуируемый генератор 3 шума (ГГШ), активный четырехполюсник 4 (АЧ), содержащий взаимные шестиполюсники 5i, 52 и 5з. ферритовые вентили 6i, 62 и 6з, а также четвертый ферритовый вентиль 64, подключенный к выходу активного четырехполюсника 4, который, кроме того, включает дополнительные генераторы 7i, 2 и 7з шума (Г Ш) и управляемые источники 8i, 82 и 8з питания генераторов шума. Выход четвертого ферритового вентиля 64 подключен ко входу измерительного приемника 9, выход которого подключен к информационному входу управляющего вычислительного блока (УВБ) 10, состоящего из канала 11 измерительной информации, электронной вычислительной машины 12 (ЭВМ) и дешифратора 13.

Канал 11 измерительной информации содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14 и стандартный интерфейс 15. Выходы многозначной меры 1 ККО, ОГШ 2 и ГГШ 3 подключены к входу активного четырехполюсника 4 через входной блок 16.

Мера 1 ККО на каждой рабочей частоте должна иметь не менее четырех различных

известных значений ККО Г, к 11, I 4.

При использовании в качестве шестипо- люсников направленных ответвителей сигнал от ГШ 7-| должен ответвляться в сторону выхода АЧ 4, а сигналы от ГШ 2 и 7з - в сторону входа АЧ, что обеспечивается соответствующей ориентацией ответвителей. В качестве измерительного приемника 9 можно использовать любой из одноканальных радиометрических приемников (например, модуляционного), для которых интенсивность выходных сигналов пропорциональна избыточной СПМШ любого из генераторов шума, включенного на входе приемника 9.

Канал 11 измерительной информации обеспечивает преобразование выходного сигнала приемника 9 в коды ЭВМ 12 и состоит из АЦП 14 и стандартного интерфейса 15 с ЭВМ.

Перед измерениями СПМШ необходимо отградуировать АЧ 4. С этой целью мера 1 ККО подсоединяется к входу АЧ 4, для каждого значения комплексного коэффициента отражения меры Гк УВБ 10 обеспечивает:

а)поочередное включение дополнительных ГШ 7i, 727П и измерение с помощью

приемника 9 отношений а сигналов от ГШ 72,...,7П к сигналу от ГШ 7i:

«12,k A12

5

1 +0.2 ГкГ

«1п.к Ain

11 + Qi Ы2 . п +йпГк 2 „

0)

И + 01 Гк

. К

1. I, I 4 , п 3.

где

А- G2. ,п I Sfe ) I 2

Al,2, ,1nТГПэ ;

Gi IS32)|2

0.1,2. .n Sll s2i sЈl n)

MF)

Gi,2. ,n - избыточные СПМШ дополнительных ГШ 7i7 n;

Sy - коэффициенты матриц рассеяния соответствующих каждому из дополнительных генераторов шума;

б) вычисление параметров активного четырехполюсника Ai2Ain, 0.1Qn решением системы (1).

Избыточность числа уравнений в системе (1) при I 4 и п 3 повышает точность измерений за счет возможности обработки результатов измерений методом наименьших квадратов, а также позволяет линеари- зовать систему уравнений (1).

После градуировки АЧ 4 к его входу подсоединяется ОГШ 2; УВБ 10 осуществляет.

а)измерение отношения у0 суммарной СПМШ от ОГШ 2 и дополнительного ГШ 7i

к СПМШ образцового ГШ 2;

б)поочередное включение дополнительных ГШ и измерение отношений

Ш2.0 , «13.0, .спп.о сигналов от ГШ 7а7П к

сигналу от ГШ 7ц

в) вычисление комплексного коэффициента отражения ОГШ Г0 решением системы уравнений:

«12,0 А12 И + 02Г01

1 +QI г0

|2

ain,.ll±,. И +См Г012

(2)

Результаты измерений, полученные при работе устройства в режиме градуировки, могут быть записаны в накопитель информации с целью повторного использования.

После градуировки устройства к входу АЧ 4 подсоединяется ГГШ 3, УВБ 10 обеспечивает:

а)измерение отношения уг суммарной СПМШ от ГГШ 3 и дополнительного ГШ 1 к СПМШ от ГГШ 3;

б)поочередное включение дополнительных ГШ и измерение отношений

«12,г , «13.г«1п,г сигналов от ГШ li7П к

сигналу от ГШ 7i;

в)вычисление комплексного коэффициента отражения ГГШ решением системы уравнений:

-Ч , п 3

г) вычисление искомой СПМШ:

г -г 1 |Го1

tir -

11 +01

(4)

1 - Ifrl2 И +Q1 ГГ12 Y 1

где G - известная СПМШ образцового ГШ 2;

См - параметр АЧ 4, соответствующий дополнительному ГШ 7i, включаемому при измерениях у0 и уг.

Упрощенная оценка неисключенной систематической погрешности определения Gr из (А) имеет вид:

Аз 5з2

10

15

20

25

30

35

2ReQi (А Г, - Л Г0) + 2ReACh (Гг - Г0) + + |АГГ|2 + 2ЯеАП ГгН ЛГо12 + 2ЯеЛП Г0.

где АГ0 , АГ, AQi - векторы погрешностей определения величин Г0, Гг, QI при решении системы (1), (2) и (3).

Формула изобретения Устройство для измерения спектральной плотности мощности шума, содержащее активный четырехполюсник, к входу которого подключены через входной блок образцовый и измеряемый генераторы шума, к выходу активного четырехполюсника через ферритовый вентиль подключен вход измерительного радиометрического приемника, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности и производительности измерений, в него введены многозначная мера комплексного коэффициента отражения и управляющий вычислительный блок, а активный четырехполюсник образован из не менее чем трех каскадно соединенных взаимных шестиполюсников, к боковому плечу каждого из которых подключен через ферритовый вентиль дополнительный генератор шума, при этом выход измерительного приемника соединен с сигнальным входом управляющего вычислительного блока, первый, второй и третий управляющие выходы Которого подключены соответственно к управляющим входам источников питания первого, второго и третьего дополнительных генераторов шума, причем выход многозначной меры комплексного коэффициента отражения подключен к третьему входу входного блока.

Изобретение может быть использовано для измерений спектральной плотности мощности шума при градуировке генераторов шума (ГШ), а также для измерения шумов антенны либо другого объекта. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения - достигается тем, что ко входу активного многополюсника (АМ) 4 попеременно с образцовым генератором 2 шума (ГМ) и градуируемым генератором 3 шума подключается многозначная мера 1 комплексного коэффициента отражения, а АМ 4 содержит не менее чем три каскадно соединенных взаимных шестиполюсника, в боковом плече каждого из которых включен через невзаимный ферритовый вентиль 6 дополнительный программно управляемый ЭВМ ГШ 7. Устройство также содержит измерительный приемник 9, вход которого через ферритовый вентиль подключен к выходу АМ. 1 ил.