Способ измерения коэффициента шума свч-четырехполюсника

 

Изобретение относится к сверхбысокочастотной (СБЧ) радиоэлектронике . Способ измерения коэффициента шума СВЧ-четырехполюсника заключается в следующем. Сравнивают мощности собственных щумов в режиме рассогласования на входе СВЧ-четырехполюсника с мощностью включенного на его входе внешнего калиброванного генератора шума, фиксируют уровень шумов на выходе-СВЧ-четырехполюсника при нулевой выходной мощности,генератора шума, добиваются удвоения мощности щумов на выходе СВЧ-четырехполюсника, регулируя выходную мощность генератора щума, устанавливают модуль коэффициента отражения F g,, в диапазоне 0,7-0,9, измеряют коэффи циенть шума F, и F при рассогласовании ниже и выи1е волнового сопротивления RO СВЧ-четырехполюсника соответственно , определяют минимальное значение коэффициента щума: F - 1 + 4(F, - 1)F, -1) FMWH - 1 + ... , , . . Спо (F, - 1 + VF-I - if cod имеет расширенные функциональные возможности. 3 ил. р (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 R 29/26

ЗСЕг -=-,, i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4160483/24-21 (22) 12.12.86 (46) 30.06.88. Бюл. М- 24 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М. А. БончБруевича (72) Ю. К. Новиков, В. Б. Назаров,.

К. К. Огородников и В. N. Устименко (53) 621.317.75(088.8) (56) Тимер Ф. Техника измерений на

СВЧ. M. 1963, с. 358.

Крейгель Н. С. Шумовые параметры разноприемных устройств. Энергия, Ленинградское отделение, 1969, с. с. 153-154. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ШУМА СВЧ-ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) радиоэлектронике. Способ измерения коэффициента шума СВЧ-четырехполюсника заключается в следующем. Сравнивают мощности

ÄÄSUÄÄ 1406535 А1 собственных шумов в режиме рассогласования на входе СВЧ-четырехполюсника с мощностью включенного на его входе внешнего калиброванного генератора шума, фиксируют уровень шумов на выходе СВЧ-четырехполюсника при нулевой выходной мощности.генератора шума, добиваются удвоения мощности шумов на выходе СВЧ-четырехполюсника, регулируя выходную мощность

Р„ генератора шума, устанавливают модуль коэффициента отражения F 8 в диапазоне 0,7-0,9, измеряют коэффициенты шума F, и F при рассогласовании ниже и выше волнового сопротивления Ro СВЧ-четырехполюсника соответственно, определяют минимальное значение FN,ö„ коэффициента шума:

4(F, — 1)Fg -1) мин

Cno(F,— 1 + 6,:Т) соб имеет расширенные функциональные возможности. 3 ил.

1406535

Изобретение относится к радиоэлектронике СВЧ, преимущественно при исследовании и проектировании активных устройств СВЧ, а также для контроля их шумовых параметров.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей,. заключающееся в определении минимального коэффициента шума F „„ путем ис-10 мин ключения влияния согласования генера тора шума как по максимуму передаваемой мощности, так и по минимуму.собственных шумов.

На фиг. 1 — 3 изображены эквивалентные схемы шумящего четырехполюсника, поставленного в режим согласования на характеристическое сопротивление по выходу, но отличающиеся различными режимами по входу. 20

Существо способа измерения рассмотрим в процессе анализа эквивалентной схемы шумящего четырехполюсника.

На фиг. 1 приведена эквивалентная схема шумящего четырехполюсника, опи — 25 сываемая известной системой (Л ) параметров. В этой системе собственные шумы четырехполюсника представлены двумя идеальными источниками шума 1 и i, вынесенными на вход четырехпо- 30 люсника, которые совместным действием на входе обеспечивают соответствие мощности реальных шумов на выходе четырехполюсника. Поэтому расчет мощности шума четырехполюсника ведется

35 только во входной части схемы, так как. считается, что сам четырехполюсник не шумит и характеризуется толь— ко сигнальным параметром К вЂ” коэффиP циентом передачи по мощности (в дац- 40 ном случае характеристическим коэффициентом передачи).

Расчетная формула мощности шума входной части схемы, полученная методом наложения, имеет следующий вид. 45

Ж;- Л:;) (Г Г) где Š— выходное сопротивление гене— ратора шума;

R - характеристическое (волнор вое) сопротивление четырехполюсника, 55

R. — оптимальное шумовое сопрош тивление четырехполюсника, и позволяет получить ряд частных случаев при разных значениях И г и комбинациях Л и Н,. Так, если Z = В„, т.е. шумящий полюсник нагружен по входу вапо на характеристическое сопротивление R 0 и если Rш шум четырехполюсника соглас

Бр, то из выражения (1) пол например, четырехсогласо— (волновое)

Б р. т.е. ован с учим

)Zr= R,= Я, (Г +),. гг = Ro

Бр ш

Расчет эквивалентной мощности шума при согласовании по сигналу (Ro = Ег) и расчет мощности шума при согласовании по шуму (Z „= Н,) в обоих случаях Б,„g Б или — g 1. ш р — Р „„(3) ь + ъ г щ

Rîг Нш

Из сравнения выражений (2) и (3) видШ Ш но„что P „г.„) Рмцн, что, в свою очередь, подтверждает правильность выбора математической модели при описании шумящего четырехполюсника. Теперь неСледовательно, мощность выделяемая эквивалентными источниками 1 и м на. входном (характеристическом) сопротивлении Z „= Б р нешумящей части четырехполюсника определяется только произведением 1 i = P н от сопрош ц о тивления Е совсем не завис;; . Это случай, когда измеряемый коэффиц. ент шума, определяемый по известной методике, совпадает с минимальным коэффициентом шума.

В случае несовпадения F „„„„ + Fрг„ нужно считать, что R не равно R ш р

При этом возможны два варианта исследования четырехполюсника, оба зависяULHe от Zг, 1406535 сколько слов о сопоставлении расчетной мощности P с помощью мощности

Вх внешнего калиброванного генератора шума.

На фиг. 1 мощность генератора шума представлена произведением сигнальс ных переменных U T, = P „ и волновым сопротивлением Z В частном случае, когда рассматривается согласование по 1р сигналу Z = R,, мощность P В„равна с калиброванной мощности ГШ (Р, = Р „ } и сопротивление осуществляется корректно в соответствии с формулой измерения 15 с где РВх хол мощность поступающая на 2() вход от выключенного генератора шума (холодные шумы равны КТО); с

Р „ — мощность шума холодных

Вх, гор шумов плюс мощность вклю-25 ченного генератора шума, к алибр ов а ни ая в КТ л .

Откуда получаем ш. значение P corn) Р„ „„, а значит и

Fcorn > Рмин.

Другая ситуация возникает, если мы хотим измерить F „„, Как было определено выше, этот коэффициент шума ш достигается при Р „, т.е. при Z

= R„. Здесь следует заметить, что ни значение В, ни соответственно

Е мы не знаем и поэтому подбор мог жет проходить чисто эмпирически. Но 40 основным противоречием является то, что при измерении, т.е. при сопоставUl лении P „„с помощью калиброванной мощности внешнего г енератора, прохождение мощности не должно претерпевать 45 отражений, чтобы не нарушалась его калибровка. Однако используемый генератор шума хоть и является шумовым, но относительно четырехполюсника, должен рассматриваться как генератор 5р сигнала и прохождение от него осуществляется по сигнальным параметрам, т.е, относительно волнового сопротивления R Таким образом, приходит к парадоксу, с целью достижения миниму- 55 ма собственных шумов Р „„ необходимо ш обеспечить рассогласование по сигналу Е „= В„ф Е, а с целью сравнения этой мощности с помощью внешнего генератора шума необходимо сохранить условие максимального прохождения

Z, = R,, т.е. получаем два несовместимых условия, Чтобы избежать этой ситуации можно поступить следующим образом. Заменим режим согласования по шумам

Z„ = R режимом сильного рассогласования, например, Z „ сi R npu этом автоматически должно выполняться и условие Е„, < В,, если выбрать Zr достаточно малым. Таким образом, оба требования оказываются совместными и появляется возможность без методической погрешности, измерить некоторое значение шума F Естественно при условии, если генератор шума был предварительно откалиброван на известное волновое сопротивление В

Измеренное значение F., не относится к Г ц„, но как любое другое значение F определяется мощностью шума, не зависящей от Zд и составляющей в сильной степени, преобразованной малым значением Z „, ((Rù.

На фиг. 2 представлен исследуемый четырехполюсник в режиме Z r< < R Ф ф Б . В эквивалентном плане это режим заданного напряжения на входе, в котором легко подсчитать как мощность внутренних шумов, так и-входное воздействие от генератора шума.

Как видно из фиг. 1 (s), мощность ш собственных шумов P Вх 1, определяющая измеряемое значение Г„, равна

Ш 2

Рьх (е) -ш/Н о ° .

Тот же результат будет получен и из выражения 1.1), если подставить указанное требование по входу (1 Ег ) вш Нш „ . Hg

Вх ш" ш R о (1 + )2

2r+ R

Ro

= i,/R, Е„(В ф В

Такое совпадение результатов еще раз подтверждает физическую модель с неравнозначностью составляющих шума по току и напряжению и отображающуюся в эквивалентном представлении отlg ношением источников —. = R а ш

Расчет ожидаемого коэффициента шума F обеспечивается общими формула1 ми (4) и (5) с той лишь разницей, 140653) б

Ъ .Г(6 — 1)

Rî

ll ll что мощность шума горячего генератора шума выражается здесь через идеальный источник Е /R и является калиброванной величиной, а в качестве собственной мощности шума вы Ш . R1l)

o УпаеT значение Рех д) 1ш1.ш ! о

Ок онча тельный р езуль тат получаем с помощью форму)ь1 (3), подставив туда ш полученные расчетные значения Р и a(, таким образом, получим

R о (6} циента F< ко шрашу

Г,,= (1 кт ), (7)

Сопоставляя выражения (б) и (7) можно заметить, что мощность собственных шумов, не зависящая от согласования по входу, входит одинаково в оба измерения Г„ и Г), а коэффициент

Кш — характеризующий несогласованRo ность во втором измерении, имеет обратную зависимость. Поэтому обработкой обоих отсчетов легко выделить относительную мощность, не зависящую от Z,.

=,",— = Д,: )) (F, — 1), .о а через. отношение можчо определить параметр c(указывающий на несогласованность шумов.

Ясно, что это значение не равно минимальному Р „„, но в нем легко подметить тенденцию, изменяющую значе-! ние коэффициента шума F. от мощности

1 согласованной части шумов и несогласованной части шумов четырехполюсни-! ка. Первая часть сохраняет свое прежнее значение (1„1. ), другая выража-. ется через предельно простую связь

1 ш — Поэтому, если мы обратимся к о другому (противоположному) рассогласованию по входу, т. е. используем условие Z . > R 9 R при этом мощность горячего" генератора шума вы, ражается через идеальный источник

I R, то в соответствии с фиг. 3, 1

Ol О отображающей выполнение этого усло. вия, получим значение собственной

; мощности шума бх()11 ш ))) R ш о ш и выражение для измеряемого коэффи4(F1 — 1) (Fa. — 1) 0 у;= — -, г —,-- г

Реализация условий сильного рассогласования достигается следующим

15 образом.

Как уже отмечалось, рассогласование появляется на этапе измерения Е

1 и F когда к исследуемому четырех20 полюснику подключается генератор шума с волновым сопротивлением Z „ (R или Z )) R . Естественно, что в этом случае передача от генератора шума в четырехполюсник связана с прохождением мощности через скачок волновых сопротивлений

4 7à — R

P (Z + RyL 1

1 где à — коэффициент отражения по

8w мощности при наличии скачка волновых сопротивлений

Zr1 Z г

35 (с 1 или 7) 1. о о

Наличие такого скачка приводит к отражению основной части мощности шума .обратно в генератор шума, но другая (малая часть) мощности проходит в четырехполюсник. Она является прошедшей волной через скачок, значение которой не зависит от малого разброса

R 9 R . Если прошедшая волна будет

0 прецварительно откалибрована в отно45

Рпоо<и сительных единицах, то ни налиКТ чие ск ачк а, ни о тр аже ни е б ольшой мощности генератора шума не скажутся на

50 процедуре сравнения собственной мощности шумов четырехполюсника с калиброванной мощностью прошедшей волны генератора шума и обеспечит получение достоверного отсчета F1 и F .

5о Реализация заданных волновых сопротивлений генератора шума осуществляется обычной трансформацией волновых. сопротивлений, а калибровка генератора шума с Bo)IHQBbtMH сопротив1406535

Способ измерения коэффициента шума СВЧ-четырехполюсника, заключающийся в том, что сравнивают мощности собственных шумов СВЧ-четырехполюсника с мощностью включенного на его входе внешнего калиброванного генератора шума, фиксируют уровень шумов на выходе измеряемого СВЧ-четырехполюсника при нулевой выходной мощ20

25 лениями Z или Z „ должна проводиться на стандартное волновое сопротивление R» т.е. в тех же условиях, что и при измерениях P u F

1 2 5

В заключение заметим, что входные условия, используемые при измерениях

F H F H paBHble Z „

IIâõ!= Оэ? 0.9 °

Формула изобретения ности генератора шума, добиваются удвоения мощности шумов на выходе измеряемого СВЧ-четырехполюсника, регулируя выходную мощность Р,.ц генератора шума, коэффициент шума определяют по известной формуле,.о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, заключающихся в определении минимального коэффициента шума

FNuH четырехполюсника, операцию срав нения проводят в режиме рассогласования на входе четырехполюсника, устанавливают модуль коэффициента отражения в диапазоне значений (F „j

0,7-0,9, измеряют коэффициент шума, F при рассогласовании ниже волнового сопротивления R СВЧ-четырехполюсника и F< при рассогласовании выше

Р, определяют минимальное значение коэффициента шума по формуле

4 (F — 1) (Р— 1) мин 1 (F — 1 + F- ) 1406535 с»

Ж /

Составитель Н. Михалев

Редактор Ю. Середа Техред Л. Сердюкова Корректор В. Бутяга

Заказ 3189/42

Тираж 772 Подписное

-ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4