СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ШУМОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВХОДА УСИЛИТЕЛЯ Советский патент 1995 года по МПК G01R29/26 

Изобретение касается электроизмерений, в частности радиоизмерений на СВЧ, и может быть использовано для измерения шумовой температуры СВЧ-усилителей с преобразованием частоты в диапазоне входных частот более 78,33 ГГц.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ измерения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя, который осуществляется следующим образом.

Измеряют в заданной полосе пропускания уровни Р₁, Р₂, Р₀ мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу и аттестованного по эквивалентной шумовой температуре входа Т_ша опорного усилителя, на выходе упомянутого опорного усилителя, на вход которого подают шумовой сигнал с выхода согласованного по входу измеряемого усилителя, и на выходе нагрузки, согласованной при температуре окружающей среды Т_о, соответственно.

Определяют шумовую температуру Т_ш измеряемого усилителя из выражения
T_ш= (T_o+T_ша)-T_o+ (1) где α - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого усилителя до входа опорного усилителя на частоте измерения Т_ш, отн. ед.;
К_у - коэффициент усиления измеряемого усилителя на частоте измерения Т_ш, отн. ед.

Однако этот способ обладает ограниченными функциональными возможностями, так как обеспечивает измерение шумовой температуры усилителей СВЧ с преобразованием частоты только при наличии дополнительного опорного усилителя в диапазоне выходных частот измеряемого усилителя, а также не обеспечивает высокой точности измерения шумовой температуры указанных СВЧ-усилителей при малом (менее 30 дБ) коэффициенте усиления последних.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей при одновременном повышении точности измерения за счет использования опорного генератора шума в диапазоне выходных частот измеряемого усилителя, шумовой температурой на выходе которого можно варьировать в широких пределах, в том числе и в сторону уменьшения ниже, температуры окружающей среды.

Предлагаемый способ измерения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя основан, как и способ-прототип, на измерении в заданной полосе пропускания уровня мощности шумового сигнала Р₀ нагрузки при температуре окружающей среды Т_о.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют в заданной полосе пропускания уровень мощности шумового сигнала Р₁ на выходе согласованного по входу измеряемого усилителя и уровень мощности шумового сигнала Р₂ на выходе опорного источника шумового сигнала с шумовой температурой Т. При этом определяют отношение γ разности уровней Р₁ и Р₀ к разности уровней Р₂ и Р₀. После этого определяют шумовую температуру Т_ш измеряемого усилителя из выражения
T_ш= (T-T_o)-T_o+ ,K (2) где α₁, α₂ - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого усилителя и опорного источника шумового сигнала соответственно до входа измерителя мощности шумового сигнала на частоте измерения Т_ш, отн. ед.;
К_у - коэффициент усиления измеряемого усилителя на частоте измерения Т_ш, отн. ед.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит измеряемый усилитель 1, измеритель мощности шумового сигнала 2, ограничительный аттенюатор 3, источник питания 4 измеряемого усилителя, согласованную нагрузку 5, которая подключена к входу измеряемого усилителя, и опорный источник шумового сигнала 6 с шумовой температурой Т. Вход измерителя мощности шумового сигнала периодически подключен или к выходу измеряемого усилителя через ограничительный аттенюатор 3, или к выходу опорного источника шумового сигнала.

Сущность способа заключается в следующем.

Измеренный в заданной полосе пропускания Δ f уровень P₁ мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу и аттестованного по коэффициенту усиления К_у измеряемого усилителя равен
P₁= K + T_o+T × K_тр·Δf, Вт (3) где K=1,38 ˙10^-23 Вт/град Гц - постоянная Больцмана;
Т_тр, К_тр, Δ f - эквивалентная шумовая температура входа, коэффициент усиления и полоса пропускания измерителя мощности шумового сигнала на частоте измерения Т_ш, К, отн.ед и Гц соответственно;
α₁ - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого усилителя до входа измерителя мощности шумового сигнала на частоте измерения Т_ш, отн. ед.

Измеренный в заданной полосе пропускания Δ f уровень Р₂ мощности шумового сигнала на выходе опорного источника шумового сигнала с шумовой температурой Т равен
P₂= K + T_o+TK_тр·Δf, Вт (4) где α₂ - вносимое затухание тракта от выхода опорного источника шумового сигнала до входа измерителя мощности шумового сигнала, отн. ед.

Измеренный в заданной полосе пропускания Δ f уровень Р₀ мощности шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки при температуре окружающей среды Т_о равен
P₀=K(Т_о+Т_тр) К_тр ˙ Δ f, Bт (5)
При этом отношение γ разности уровней мощности Р₁-Р₀ к разности уровней мощности Р₂-Р₀ равно
γ = = отн.ед. (6)
Отсюда, путем простого преобразования, получают выражение (2) для определения Т_ш.

Предложенный способ измерения шумовой температуры усилителя предусматривает выполнение в определенной последовательности следующих взаимосвязанных действий:
- измеряют в заданной полосе пропускания в диапазоне выходных частот измеряемого усилителя 1 уровень Р₁ мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу и аттестованного по коэффициенту усиления К_у измеряемого усилителя 1 (измерителем 2 мощности шумового сигнала с установленной входной полосой пропускания Δ f через постоянный ограничительный аттенюатор 3, для чего источник питания 4 усилителя 1 включен, а его вход подключен к выходу согласованной нагрузки 5;
- измеряют в заданной полосе пропускания Δ f уровень Р₂ мощности шумового сигнала на выходе опорного источника шумового сигнала 6;
- измеряют в заданной полосе пропускания Δ f уровень Р₀ мощности шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки при температуре окружающей среды Т_о (источник питания 4 измеряемого усилителя 1 выключен, при этом ограничительный аттенюатор 3 в выключенном состоянии усилителя 1 служит согласованной нагрузкой для измерительного приемника 2);
- определяют отношение γ из выражения
γ = , отн.ед
- определяют эквивалентную шумовую температуру входа измеряемого усилителя из выражения (2).

Предложенный способ целесообразно использовать для прецизионного измерения эквивалентной шумовой температуры входа СВЧ-усилителей с преобразованием частоты в рабочем диапазоне входных частот более 78,33 ГГц, а выходных - менее 78,33 ГГц, что исключает необходимость разработки и изготовления в диапазонах частот более 78,33 ГГц прецизионных источников шумового сигнала с шумовой температурой Т ниже или выше Т_о, сложных в изготовлении и дорогостоящих.

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности при одновременном повышении точности измерения шумовой температуры СВЧ-усилителей. Для этого измеряют в заданной полосе пропускания уровни P₁, P₂ и P_o мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу измеряемого усилителя, на выходе опорного источника шумового сигнала с шумовой источника шумового сигнала с шумовой температурой Т и на выходе согласованной нагрузки при температуре окружающей среды T_o соответственно и определяют отношение γ разности уровней P₁ и P_o к разности уровней P₂ и P_o. Затем определяют шумовую температуру T_ш усилителя из выражения - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого усилителя и опорного источника шумового сигнала соответственно до входа измерителя мощности шумового сигнала на частоте измерения T_ш относительно.ед; K_у - коэффициент усиления измеряемого усилителя на частоте измерения T_ш относительно.ед. 1 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ШУМОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВХОДА УСИЛИТЕЛЯ путем измерения в заданной полосе пропускания уровня мощности шумового сигнала P₀ на выходе согласованной нагрузки при температуре окружающей среды Т_о, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при одновременном повышении точности измерения, измеряют в заданной полосе пропускания уровень мощности шумового сигнала P₁ на выходе согласованного по входу измеряемого усилителя и уровень мощности шумового сигнала P₂ на выходе опорного источника шумового сигнала с шумовой температурой Т, при этом определяют отношение γ разности уровней P₁ и P₀ к разности уровней P₂ и P₀ мощности шумового сигнала, после чего определяют шумовую температуру Т_ш измеряемого усилителя из выражения

где α₁, α₂ - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого усилителя и опорного источника шумового сигнала соответственно до входа измерителя мощности шумового сигнала на частоте измерения Т_ш, отн.ед;
К_у - коэффициент усиления измеряемого усилителя на частоте измерения Т_ш, отн.ед.