Способ определения линейности усиления усилителя

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОСТИ УСИЛЕНИЯ УСИЛИТЕЛЯ, заключающийся в подаче сигнала на вход измеряемого усилителя и измерении мощности сигнала на его выходе, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования способа за счет измерения линейности усиления широкополосных усилителей с большим коэффициентом усиления в процессе измерения шумовой температуры последних, на вход измеряемого усилителя подают шумовой сигнал от эталонного источника шума с шумовой температурой Т₁, подают аналогичный шумовой сигнал также на вход дополнительного однокаскадного усилителя, шумовая температура которого идентична шумовой температуре измеряемого усилителя, измеряют уровень мощности шумового сигнала на его выходе на частоте измерения шумовой температуры и изменяют уровень мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя до достижения этого уровня на частоте измерения шумовой температуры, равного измеренному на выходе дополнительного усилителя, после чего подают на вход измеряемого и дополнительного усилителей шумовой сигнал от эталонного источника шума с шумовой температурой Т₂, изменяют уровень мощности шумового сигнала на выходе измеряемого или дополнительного усилителя до достижения на их выходе одинакового уровня мощности шумового сигнала на частоте измерения шумовой температуры, измеряют значение _лин этого изменения и определяют значение K_у линейности усиления измеряемого усилителя из выражения
K_у= _лин K , отн.ед.,
если изменение _лин осуществляют на выходе измеряемого усилителя, или из выражения
K_у= , отн.ед.,
если изменение _лин осуществляют на выходе дополнительного усилителя,
где К_у - коэффициент усиления дополнительного усилителя, отн.ед.;
Т₀ - температура окружающей среды, К;
Т - ориентировочная шумовая температура измеряемого и дополнительного усилителя, К;
₁ , ₂ - вносимое затухание тракта от выхода эталонных источников шума с шумовой температурой Т₁ и Т₂ соответственно до входа измеряемого усилителя, отн.ед.

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано для измерения линейности усиления малошумящих широкополосных (0,005, ...4 ГГц и более) СВЧ - усилителей с большим коэффициентом усиления (20,..., 60 дБ и более) в процессе измерения их шумовой температуры при подаче на их вход шумовых сигналов от эталонных источников шума с шумовой температурой Т₁ и Т₂.
Цель изобретения - расширение области использования способа за счет измерения линейности усиления широкополосных малошумящих СВЧ-усилителей (полоса пропускания 0,005,...,4 ГГц и более) с большим коэффициентом усиления (20,...,60 дБ и более) в процессе измерения шумовой температуры последних при подаче на их вход шумовых сигналов от эталонных источников шума с шумовой температурой Т₁ и Т₂.
На чертеже представлена схема устройства, реализующего данный способ.
Устройство для реализации способа содержит эталонный источник 1 шума, выход которого подключен к входу дополнительного однокаскадного узкополосного усилителя 2 через первый переключатель 3. К выходу дополнительного усилителя 2 подключен измерительный аттенюатор 4, а второй вывод первого переключателя 3 подключен к входу измеряемого усилителя 5. Индикатор 6 мощности через второй переключатель 7 подключен к измерительному аттенюатору 4, а через компенсационный аттенюатор 8 - к выходу измеряемого усилителя 5.
Способ измерения состоит в следующем.
При подаче на вход дополнительного усилителя 2 шумового сигнала от эталонного источника 1 шума с шумовой температурой Т₁ уровень мощности шумового сигнала на его выходе на частоте измерения шумовой температуры равен
P₁= K + T_o + T K_и f, (1)
где Т_g, T_u - шумовая температура дополнительного усилителя и индикатора мощности на его выходе, К;
К_g, K_u - коэффициент усиления дополнительного усилителя и индикатора мощности соответственно, отн.ед.;
Т_о - температура окружающей среды, К;
f - полоса пропускания индикатора мощности, Гц;
'₁, _g - вносимое затухание тракта от выхода эталонного источника шума с шумовой температурой Т₁, до входа дополнительного усилителя и от выхода последнего до входа индикатора мощности соответственно, отн.ед.;
К - постоянная Больцмана, Вт/(град Гц).
При подаче на вход измеряемого усилителя 5 шумового сигнала от эталонного источника 1 с шумовой температурой Т₁ и измерении уровня мощности шумового сигнала на его выходе до достижения этого уровня, равного измеренному на выходе дополнительного усилителя на частоте измерения шумовой температуры, этот уровень определяется из выражения
P₁= K + T_o + T K_и f, (2)
где Т_ш - шумовая температура измеряемого усилителя 5, К;
₁, _u - вносимое затухание тракта от выхода эталонного источника шума с шумовой температурой Т₁ до входа измеряемого усилителя 5 и от выхода последнего до входа индикатора 6 мощности соответственно, отн.ед.
При подаче на вход дополнительного усилителя 2 шумового сигнала от эталонного источника 1 шума с шумовой температурой Т₂ уровень мощности шумового сигнала на его выходе на частоте измерения шумовой температуры равен
P₂= K + T_o + T K_и K_и f,
(3)
где К, К_u - линейность усиления (приращение коэффициента усиления) дополнительного усилителя 2 и индикатора 6 мощности соответственно при подаче на вход дополнительного усилителя 2 шумового сигнала с шумовой температурой Т₁ и Т₂, отн.ед;
'₂ - вносимое затухание тракта от выхода эталонного источника 1 шума с шумовой температурой Т₂ до входа дополнительного усилителя 2, отн.ед.
При подаче на вход измеряемого усилителя 5 шумового сигнала от эталонного источника 1 шума с шумовой температурой Т₂ и изменении уровня мощности шумового сигнала на его выходе до достижения этого уровня на частоте измерения шумовой температуры, равного значению уровня мощности шумового сигнала на выходе дополнительного усилителя 2, этот уровень определяется из выражения
P₂= K + T_o + T K_и K_и f, (4)
где К_y - линейность усиления измеряемого усилителя при подаче на его вход шумового сигнала с шумовой температурой Т₁ и Т₂, отн.ед.;
_лин - значение изменения уровня мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя, отн.ед.
При измерении уровня мощности шумового сигнала на выходе дополнительного усилителя 2 до достижения этого уровня на частоте измерения шумовой температуры, равного значению уровня мощности шумового сигнала на выходе измеряемого усилителя, значение _лин в знаменателе выражения (4) отсутствует, а входит в знаменатель выражения (3).
Из равенства выражений (1) и (2) при ₁'= ₁ определяется значение К_y из выражения
K_у= , отн.ед. (5)
Из равенства выражений (3) и (4) определяется при ₂'= ₂ значение произведения К_y К_y из выражения K_у K_у= - , отн.ед. (6)
Из совместного решения выражений (5) и (6) определяется значение К_y из выражения K_у= _лин K = = _лин K отн.ед.
(7)
которое при Т Т_ш преобразуется к виду
K_у= _лин K , отн.ед. (8)
Учитывая, что при использовании в качестве дополнительного усилителя однокаскадного узкополосного усилителя значение К 1, выражение (8) преобразуется к виду
K_у= _лин , отн.ед. (9)
Если изменение _лин осуществляют на выходе дополнительного усилителя 2/ то
K_у= , отн.ед. (10)
Таким образом, в результате выполнения операций (1)-(4), изменяя уровень мощности шумового сигнала на выходе измеряемого или дополнительного усилителя до достижения на их выходе одинакового уровня мощности шумового сигнала, мы фактически компенсирует изменение (уменьшение) коэффициента усиления измеряемого усилителя по отношению к коэффициенту усиления дополнительного усилителя.
А так как в качестве последнего используют однокаскадный (К_y не более 12, . . . 18 дБ) узкополосный усилитель, то его линейность усиления практически равна 1.
Изобретение может быть использовано для измерений линейности малошумящих широкополосных СВЧ-усилителей с большим коэффициентом усиления (20-60 дБ и более) в процессе измерения их шумовой температуры. Цель измерения - расширение области использования - достигается за счет измерения линейности усиления широкополосных малошумящих СВЧ-усилителей с большим коэффициентом усиления в диапозоне мощностей, при которых они используются в измерительной аппаратуре. Для этого подают шумовой сигнал от эталонного источника шума с шумовой температурой T₁ на вход дополнительного однокаскадного усилителя 2, шумовая температура которого индентична шумовой температуре измеряемого усилителя 5, и измеряют уровень мощности шумового сигнала на его выходе на частоте измерения шумовой температуры измеряемого усилителя 5. Затем подают аналогичный шумовой сигнал на вход измеряемого усилителя 5 и изменяют уровень мощности шумового сигнала на его выходе до достижения этого уровня на частоте измерения шумовой температуры, равного измеренному на выходе дополнительного усилителя 2. После этого подают на вход измеряемого и дополнительного усилителя 2 шумовой сигнал от эталонного источника шума 2 с шумовой температурой T₂ , изменяют уровень мощности шумового сиганала на выходе измеряемого или дополнительного усилителя до достижения на их выходе одинакового уровня мощности шумового сигнала на частоте измерения шумовой температуры. 1 ил.