Способ определения затухания

) ОПИСАНИЕ ИЗОБ тел ьств авторско нагрузнц согласованной при температуре окружающей среды, уровень Р мощности шумового сигна 3ла на выходе измеряемого четырехполюсника при подаче на его вход шумового сигнала с выхода согласованного по входу опорного усилителя и уровень Р мощности шумового сигнала на выходеаизмеряемого четырехполюсник согласованного по входу. При этом определяют отношение у (Р -Р )/(Р -Р Х после чего определяют вносимое3 а 1 2затухание в ипи коэффициент .усиления К измеряемого четырехподосника из, вырУажеее а=а /ас Д э,отн. ед;К осРу/а отн.ед;где2 1 у 1 га иа - вносимое затухав 1 е тракта от выхода2опорного усилителя до входа измерителя мощности шумового сигнала соответственно, отн.ед; Д - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого четырехполюсника до входа измерителя мощности шумового сигнала, отнед 1 ил е ДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ СТВО СССР (ГОСПАТЕНТ ССС(72) Очковский ИИБережной ВА(56) Авторское свидетельство СССРНГ 1581032, кл 6 01 й 29/26, 1988.(4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ (57) Изобретение может быть использовано дпя измерения затухания ипи коэффициентов усилия СВЧ-четырехполюсников. Цель изобретения расширение области использования вплоть до измерения малых и больших затуханий и коэффициентов усилений в диапазоне частот более 78,33 ГГц при сохранении высокой точности измерения Дпя этого измеряют в заданной полосе пропуаания уровен Р мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу опорного усилителя, уровень Р мощности шумового сигнала на выход2Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для измерения затухания или коэффициентаусиления СВЧ-четырехполюсников в диапазоне частот более 78,33 Гц. 5Целью изобретения является расширение области использования способа.Предлагаемый способ определения затухания основан, как и способ-прототип, наизмерении в заданной полосе пропускэния "0уровня Р 1 мощности шумового сигнала навыходе согласованного по входу опорногоусилителя,Цель достигается тем, что измеряют вупомянутой заданной полосе пропускэния 15уровень Рг мощности шумового сигнала навыходе нагрузки. согласованной при температуре окружающей среды, уровень Рз мощности шумового сигнала на выходеизмеряемого четырехполюсника при подаче на его вход шумового сигнала с выходасогласованного по входу опорного усилителя и уровень Р 4 мощности шумового сигналана выходе измеряемого четырехполюсника,согласованного по входу. При этом определяют отношение у разности уровней Рз - Р 4мощности к разности уровней Р 1 - Рг мощности, после чего определяют вносимое затухание а или коэффициент усиления Куизмеряемого четырехполюсника из выражений а2а =, отн. ед,а ефесеа Р уК =у а2 отн, ед.,(2) 40(ь )=+"а к 3 а а где а 1 и аг - вносимое затухание тракта от выхода опорного усилителя до входа измеряемого четырехполюсника и до входа измерителя мощности шумового сигнала соответственно, отн.едР- вносимое затухание тракта от выхода измеряемого четырехполюсникэ до входа измерителя мощности шумового сигнала, отн,ед.При этом интервал, в котором с вероят ностью 0,95 находится допустимая суммарная относительная погрешность да(дку) измерения затухания а (коэффициента усиленйя Ку) четырехполюсника, определяют из выражения где да 1, даг, дри ду- предельное значение погрешности определенияа 1, аг, р иусоответственно, %.Так, если а =3 дБ=2 ед, а 1- агдБ,да 1 =даг=1 5% Р=О дБ дф 1%у=5 едду 3,5%,то да 2,8%Если КО=30 дБ=1000, а 1= аг =10 дБ,да, =даг=1,5%, ф=20 дБ=100 ед.,д 35%, у=10, ду3,5%, тод ку4,3%=0,2 дБ,Отсюда очевидно, что по точности измерения больших затуханий (более 3 дБ) и коэффициента усиления усилителейпредлагаемый способ соответствует известным, а использование его для прецизионного измерения малых затуханий требуеттщательного согласования в измерительном тракте и прецизионного измерения значений а 1,аг иОднако данный способ обладает посравнению со способом-прототипом болееширокой областью использования, так какпозволяет измерять не только малые, но ибольшие затухания четырехполюсников, атакже коэффициент усиления четырехполюсников-усилителей в реальных условияхих эксплуатации, при этом он не требует длясвоего осуществления ни опорных источников шумового сигнала, ни прецизионныхизмерительных эттенюаторов, ни прецизионных измерителей мощности шумовогосигнала, поэтому может быть использован вдиапазоне СВЧ-более 18, 33 Ггц.Для осуществления способа достаточноиметь стабильный во времени опорный усилитель в заданном диапазоне частот с известными коэффициентом усиления ишумовой темйературой и стабильный вовремени даже не измеритель, а индикатормощности шумового сигнала, так как приопределении разностей уровней Рз-Р 4 и Р 1 Рг исключается систематическая погрешность измерения уровня мощности, а приопределении их отношения у исключаетсяпогрешность масштабного коэффициента.Так, например, при разработке и изготовлении новых СВЧ-усилителей в диапазоне, например, 200 ГГц можно, используяодин из них в качестве опорного усилителя,измерить коэффициент усиления всех остальных усилителей, а в конечном итоге иего самого, а также затухание в этом диа-пазоне частот различных элементов СВЧ(вентилей, переходов, циркуляторов, аттенюаторов и др.).Таким образом, предлагаемый способобладает широкой областью использованиядля прецизионного измерения затухания икоэффициента усиления СВЧ-четырехпо1662243 люсников в диапазоне частот более 78, 33 ГГц, в котором отсутствуют генераторы стандартных сигналов, опорные источники шумового сигнала, прецизионные измерительные аттенюаторы, прецизионные изме рители мощности гармонического и шумового сигналов, Он исключает необходимость разработки изготовления сложных, трудоемких и дорогих перечисленных приборов в указанном диапазоне частот. 10Обоснование заявленного способа заключается в следующем. Измеренные в заданной полосе пропускания Ь уровень мощности шумового сигнала на выходе согласованного по входу опорного усилителя 15(Т +Т )К -ТР = К + Т + Т К фДГ, Вт,а , о и) упг .20Г Рз =К где К,38 10 Вт/град Гц - постоянная Больцмана;То-температура окружающей среды, К; Тшо, Куо - эквивалентная шумовая тем пература входа и коэффициент усиления опорного усилителя, К и отн,ед, соответственно; с (Т +Т )К -Т+т+т К ДГ, Вт о и уп При этом отношение разности уровней30 Рз-Р 4 мощности к разности уровней Р - Рг мощности Р/ р/3 4У р р1 грр3 4Р -Р1 г агд а аф а фК35 а ф 40 Отсюда путем простого преобразования получают выражение (1) для определения затухания а измеряемого четырехполюсника и выражение (2) для определения коэффициента усиления Ку четырехполюсника-усилителя.На чертеже приведен один из возможных вариантов устройства для осуществления способа.(Т +Т )К -Т 45 -К" +Т+Т ф К М Вт Рф о и Уп если четырехполюсник-усилитель с коэффициентом усиления Ку, 50 если четырехполюсник обладает коэффициентом усиления Ку, где Тш - эквивалентнаяшумовая температура входа измеряемогочетырехполюсника-усилителя, К. Измеренный в заданной полосе пропускания уровень мощности шумового сигнала на выходе измеряемого четырехполюсника, согласованного по входу,Р 4 К(То+Тп)КупЫ, Вт,если четырехполюсник обладает затуханием,Тп, Куп, Л- эквивалентная шумовая температура входа, коэффициент усиления и полоса пропускания измерителя мощности шумового сигнала, К, отн,ед, и Гц соответственно,Измеренный в заданной полосе пропускэния Ьуровень мощности шумового сигнала на выходе нагрузки, согласованной при температуре окружающей среды То,Р 2=К(То+Тп)КупЬ , Вт . Измеренный в заданной полосе пропускания Ь 1 уровень мощности шумового сигнала.на выходе измеряемого четырехполюсника при подаче на его вход шумового сигнала с выхода согласованного по входу опорного усилителя+То +Тп КупЬ, ВТ,если четырехполюсник обладает затуханием а.По предлагаемому способу измеряют взаданной полосе пропускания Ь уровеньР 1 мощности шумового сигнала на выходесогласованного по входу опорного усилителя 1 измерительным приемником 2 шумового сигнала с установленной входнойполосой пропускания Л 1 через постоянныйограничительный аттенюатор 3 и СВЧ-переключатель 4 в положении 1-11, 11-И, для чегоисточник 5 питания опорного усилителя 10включен, а к его входу подключена согласованная нагрузка 6.Измеряют в заданной полосе пропускания Ауровень Р 2 мощности шумового сигнала на выходе согласованной нагрузки при 15температуре окружающей среды Т, (источник5 питания опорного усилителя 1 выключен,при этом ограничительный 3 аттенюатор ввыключенном состоянии усилителя служитсогласованной нагрузкой для измерительного приемника 2 в положении СВЧ-переключателя 4- 11, 111 - И.Измеряют в заданной полосе пропускания Л 1 уровень Рз мощности шумовогосигнала на выходе измеряемого четырехполюсника 7 при подаче на его вход шумовогосигнала с выхода согласованного по входуопорного усилителя 1 (источник 5 питаниявключен. СВЧ-переключатель находится вположении 1-11, 1 НЧ, при этом источник 8 30питания четырехполюсника-усилителя 7включен, его выход подключен к входу измерительного приемника 2 через ограничительный аттенюатор 9),Измеряют в заданной полосе пропускания Ьуровень Р 4 мощности шумовогосигнала на выходе измеряемого четырехполюсника, согласованного по входу(СВЧ-переключатель находится в положении 1 - 11,Н - 1 Ч, источник питания 5 опорного усилителя 1 выключен, а источник 8 питания измеряемого четырехполюсника-усилителя 7включен, при этом ограничительный атте;нюатор 3 в выключенном состоянии опорно.45Формула изобретенияСПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАТУХАНИЯпутем измерения в заданной полосе пропускания уровня Р мощности шумовогосигнала на выходе согласованного по входу опорного усилителя, отличающийся тем,что, с целью расширения области его использования, измеряют в упомянутой заданной полосе пропускания уровень Р 2мощности шумового сигнала на выходе нагрузки, согласованной при температуре окружающей среды, уровень Рз мощностишумового сигнала на выходе измеряемогочетырехполюсника при подаче на его входшумового сигнала с выхода согласованного усилителя 1 служит согласованной нагрузкой для измеряемого четырехполюсника).Определяют отношение азиз выраженияР -Р Т =, отн.ед,гОпределяют затухание а, если измеряемый четырехполюсник обладает затуханием, или коэффициент усиления Ку, если измеряемый.четырехполюсник - усилитель, из выражения (1) или (2) соответственно.Предложенный способ целесообразно использовать для прецизионного измерения малого (3 дБ) и большого (более 3 дБ) затухания и коэффициента усиления СВЧ- четырехполюсников в рабочем диапазоне частот более 78, 33 ГГц, что исключает необходимость разработки и изготовления в этом диапазоне генераторов гармонического сигнала или опорных источников шумового сигнала, прецизионных измерительных аттенюаторов и измерителей мощности гармонического или шумового сигнала, сложных в изготовлении и дорогостоящих, что экономит миллионы рублей.Более того, так как предлагаемый способ не предусматривает для измерения а или Ку сравнения этих величин с затуханием эталонных аттенюаторов или с отношением мощностей прецизионных измерителей мощности, то он может быть использован как эталонный метод для поверки методов измерения а и Ку) и самих значений а и Ку четырехполюсников в любом диапазоне частот.Для доведения способа до промышленногоо использования не требуется доработка существуюЩей измерительной аппаратуры.го по входу опорного усилителя и уровень Р 4 мощности шумового сигнала на выходе измеряемого четырехполюсника, согласованного по входу, при этом определяют отношение у разности уровней Рз - Р 4 мощности к разности уровней Р - Р 2 мощности, после чего определяют затухание а или коэффициент усиления Ку измеряемого четырехполюсника из выраженийаа 17 угде а и а 2 - вносимое затухание тракта от выхода опорного усилителя до1662243 10 ль Л,Сорок Морге нтал Состав Техред орректор "О. Кравцова.Юрчиков дэкт 3 1077 Тираж Подписи НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 входа измеряемого четырехполюсника и до входа измерителя мощности шумового сигнала соответственно, отн,ед.; ф - вносимое затухание тракта от выхода измеряемого четырехполюсника довхода измерителя мощности шумового сигнала, отн,ед.