Способ определения эквивалентной шумовой температуры входа усилителя

 

Изобретение может быть использовано для измерения шумовой температуры СВЧ-усилителей. Цель изобретения - расширение области использования и повышение точности измерения - достигается за счет исключения систематической погрешности измерения уровня мощности, что позволяет реализовать способ без использования прецезионного измерителя мощности. Для этого измеряют уровень P₁ мощности шумового сигнала на выходе согласованного по выходе согласованного по входу и аттестованного по эквивалентной шумовой температуре T_ша входа опорного усилителя в заданной полосе пропускания, подают шумовой сигнал с выхода согласованного по входу измеряемого усилителя на вход упомянутого опорного усилителя и измеряют в упомянутой заданной полосе пропускания уровень P₂ мощности шумового сигнала на выходе опорного усилителя, а также измеряют в упомянутой заданной полосе пропускания уровень P₃ мощности шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки при температуре окружающей среды T_o . После чего измеряют отношение γ разности уровней P₂ и P₁ к разности уровней P₁ и P₃ и определяют шумовую температуру T_ш измеряемого усилителя из выражения где α - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого усилителя до входа опорного усилителя на частоте измерения T_ш , отн.ед; K_у - коэффициент усиления измеряемого усилителя на частоте измерения T_ш , отн.ед. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано для определения шумовой температуры СВЧ-усилителей. Целью изобретения является расширение области использования и повышение точности измерения за счет исключения систематической погрешности измерения уровня мощности, что позволяет реализовать способ без использования прецизионного измерителя мощности. На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации способа. Устройство содержит опорный усилитель 1, измерительный приемник 2 шумового сигнала, через первый аттенюатор 3 подключенный к выходу опорного усилителя 1, источник 4 питания опорного усилителя, источник 5 питания измеряемого усилителя 6, измеряемый усилитель 6, ко входу которого подключена согласованная нагрузка 7, а выход которого через второй аттенюатор 8 подключен ко входу опорного усилителя 1. Существо способа заключается в следующем. Измеренный в заданной полосе пропускания Δf уровень Р₁ мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу и аттестованного по эквивалентной шумовой температуре Т_ша входа опорного усилителя равен P₁ = K + T_o+T_тр K_тр·Δf, Вт, (I) где К = 1,38˙ 10^-23 Вт/град Гц - постоянная Больцмана; К_уа - коэффициент усиления опорного усилителя на частоте измерения эквивалентной шумовой температуры Т_ш измеряемого усилителя, отн.ед.; К_тр, Δ f - коэффициент усиления и полоса пропускания измерительного тракта на частоте измерения Т_ш, отн.ед. и Гц соответственно; β - вносимое затухание тракта от выхода опорного усилителя, до входа измерительного тракта на частоте измерения Т_ш, отн.ед.; Т_о, Т_тр - шумовая температура окружающей среды и шумовая температура измерительного тракта соответственно. При подаче шумового сигнала с выхода согласованного по входу измеряемого усилителя на вход опорного усилителя измеренный в заданной полосе пропускания Δ f уровень Р₂ мощности шумового сигнала на выходе опорного усилителя равен P₂ = K + T_o+T_тр K_трΔf, Вт . (2) 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.. Измеренный в заданной полосе пропускания Δ f уровень Р₃ мощности шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки при температуре окружающей среды Т_о равен Р₃ = К(Т_о + Т_тр)К_тр Δf, Вт. (3) При этом измеренное отношение разности уровней Р₂ и Р₁ к разности уровней Р₁ и Р₃ мощности шумовых сигналов равно
γ = = ,
(4)
отн. ед. Отсюда путем простого преобразования получаем выражения для определения Т_ш
T_ш= T_o+T_ша- T_o+ , K ,
(5) которое при К_уа ≥26 дБ преобразуется к виду
T_ш= (T_o+T_ша)-T_o+ , K
(6)
Способ измерения шумовой температуры усилителя предусматривает выполнение в определенной последовательности следующих взаимосвязанных действий. Измеряют в заданной полосе пропускания уровень Р₁ мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу и аттестованного по эквивалентной шумовой температуре входа Т_ша опорного усилителя 1 измерительным приемником 2 шумового сигнала с установленной входной полосой пропускания Δ f через постоянный ограничительный аттенюатор 3, для чего источник 4 питания опорного усилителя 1 включен, а источник 5 питания измеряемого усилителя 6 выключен. При этом вход измеряемого усилителя подключен к выходу согласованной нагрузки 7, а выход - ко входу опорного усилителя 1 через постоянный ограничительный аттенюатор 8, который в выключенном состоянии измеряемого усилителя 6 служит нагрузкой согласованной для опорного усилителя 1. Подают шумовой сигнал с выхода согласованного по входу измеряемого усилителя 6 на вход опорного усилителя 1 (источники 4 и 5 питания опорного и измеряемого усилителей 1 и 6 включены) и измеряют в заданной полосе пропускания Δ f уровень Р₂ мощности шумового сигнала на выходе опорного усилителя 1. Измеряют в заданной полосе пропускания Δ f уровень Р₃ мощности шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки при температуре окружающей среды Т_о, источники 4 и 5 питания опорного и измеряемого усилителей 1 и 6 выключены, при этом ограничительный аттенюатор 3 в выключенном состоянии усилителей 1 и 6 служит нагрузкой, согласованной для измерительного приемника 2. Измеряют отношение γ из выражения
γ = , отн.ед. Определяют эквивалентную шумовую температуру входа измеряемого усилителя из выражения (5). Предложенный способ целесообразно использовать для прецизионного измерения эквивалентной шумовой температуры входа СВЧ-усилителей с преобразованием и без преобразования частоты в рабочем диапазоне входных частот более 78,33 ГГц, что исключает необходимость разработки и изготовления в указанных диапазонах частот прецизионных источников шумового сигнала с шумовой температурой Т_ш ниже или выше Т_о, сложных в изготовлении и дорогостоящих.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ШУМОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВХОДА УСИЛИТЕЛЯ путем измерения в заданной полосе пропускания уровня Р₁ мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу и аттестованного по эквивалентной шумовой температуре Т_ша входа опорного усилителя, подачи шумового сигнала с выхода согласованного по входу измеряемого усилителя на вход упомянутого опорного усилителя и измерения в упомянутой заданной полосе пропускания уровня Р₂ мощности шумового сигнала на выходе опорного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования способа при одновременном повышении точности измерения шумовой температуры, измеряют в упомянутой заданной полосе пропускания уровень Р₃ мощности шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки при температуре Т_о окружающей среды, определяют отношение разности уровней Р₂ и Р₁ к разности уровней Р₁ и Р₃ мощности шумовых сигналов и определяют шумовую температуру Т_ш измеряемого усилителя из выражения
T_ш= T_o+T_ша- T_o+ , K
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.

РИСУНКИ

Рисунок 1