Способ измерения коэффициента шума свч-четырехполюсника

(19) И 1) 35 А 51)4 0 0 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ Цъ ЕТЕЛЬСТ ехнически азаров,.стименко ерений на е параметрь Энергия, 1969, с,тивт - (ф НТА к све лек ффициента аключаетс ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР(71) Ленинградский элекинститут связи им. профБруевича(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФШУМА СВЧ-ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА(57) Изобретение относитсявысокочастотной (СВЧ) радинике, Способ измерения коэшума СВЧ-четырехполюсникася в следующем. Сравнивают собственных шумов в режиме рассогласования на входе СВЧ-четырехполюсника с мощностью включенного на его входе внешнего калиброванного генера тора 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 Рв диапазоне 0,7-0,9, измеряют коэффициенты шума Р, и Р при рассогласовании ниже и выше волнового сопро ления Во СВЧ-четырехполюсника соо ветственно, определяют минимальное значение Рч коэффициента шума:4(Р, - 1)Р -1)минСпо(Р, - 1 + Р -Т) соб имеет расширенные функциональные возможности. 3 ил.Изобретение относится к радиоэлектронике СВЧ, преимущественно при исследовании и проектировании активных устройств СВЧ, а также для контроля5 их шумовых параметров.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, заключающееся в определении минимального коэффициента шума Упутем исключения 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, 20Существо способа измерения рассмотрим в процессе анализа эквивалентной схемы шумящего четырехполюсника.На фиг. 1 приведена эквивалентная схема шумящего четырехполюсника, описываемая известной системой Л 1 параметров, В этой системе собственные шумы четырехполюсника представлены двумя идеальными источниками шума 1 и, вынесенными на вход четырехпо люсника, которые совместным действием на входе обеспечивают соответствие мощности реальных шумов на выходе четырехполюсника, Поэтому расчет мощности шума четырехполюсника ведется только во входной части схемы, так как. считается, что сам четырехполюсник не шумит и характеризуется толь - ко сигнальным параметром К - коэффиР циентом передачи по мощности (в дан О ном случае характеристическим коэффициентом передачи).Расчетная формула мощности шума входной части схемы, полученная методом наложения, имеет следующий вид: 45Ж;- Ю"(Е %) где Е - выходное сопротивление генератора шума;Б - характеристическое (волноювое) сопротивление четырехполюсника;Б, - оптимальное шумовое сопроштивление четырехполюсника, и позволяет получить ряд частных случаев при разных значениях И г инапример, четырехсогласо - (волновое)Б о т.е. ован с комбинациях Бщ и Б Так если Е г = Б , т,е. шумящий полюсник нагружен по входу вано на характеристическое сопротивление Б, и если Ба шум четырехполюсника соглас Б , то из выражения (1) пол учим К,=Б,=Б,Следовательно, мощность выделяемая эквивалентными источниками 1 р и на входном (характеристическом) сопротивлении Е= Б р нешумящей части четырехполюсника определяется только произведением 1= Р н от сопроШш ц отивления Е совсем не завися г. Этогслучай, когда измеряемый коэффициент шума, определяемый по известной методике, совпадает с минимальным коэффициентом шума.В случае несовпадения Р+ Ррг нужно считать, что Б не равно Б При этом возможны два варианта исследования четырехполюсника, оба зависящие от Е рф Бш Расчет эквивалентной мощности шума при согласовании по сигналу (Бр= Ег) и расчет мощности шума при согласовании по шуму (Е= Бщ) в обоих случаях Б, Ф Б или - Ф 1БщБр- Р (3)Б г Бш Бо г Бш Из сравнения выражений (2) и (3) видно что Р,) Р ц, что, в свою очеШ щредь, подтверждает правильность выбора математической модели при описании шумящего четырехполюсника, Теперь не 1406535сколько слов о сопоставлении расчетной мощности Р с помощью мощностибхвнешнего калиброванного генератора шума.На фиг. 1 мощность генератора шума представлена произведением сигнальсных переменных 111 Т = Р и волновым сопротивлением 2. В частном случае, когда рассматривается согласование по 1 О сигналу Е, = В мощность Рравнас калиброванной мощности ГШ (Рш Рв ) и сопротивление осуществляется корректно в соответствии с формулой измерения 15 сгде Р- мощность, поступающая на 2 Овход от выключенного генератора шума (холодныешумы равны КТО);сР- мощность шума холодныхВх, горшумов плюс мощность вклю ченного генератора шума,калиброванная в КТ,Откуда получаемш.значение Рс,.) Р, а значит иРсоглРмснДругая ситуация возникает, если мыхотим измерить Р, Как было определено выше, этот коэффициент шумашдостигается при Р мя, т. е. при 2 г == В, Здесь следует заметить, чтони значение В , ни соответственноЕ мы не знаем и поэтому подбор могжет проходить чисто эмпирически. Но 40основным противоречием является то,что при измерении, т.е. при сопоставлении Рс помощью калиброванноймощности внешнего генератора, прохождение мощности не должно претерпевать 45отражений, чтобы не нарушалась егокалибровка, Однако используемый генератор шума хоть и является шумовым,но относительно четырехполюсника.,должен рассматриваться как генератор БОсигнала и прохождение от него осуществляется по сигнальным параметрам,т.е, относительно волнового сопротивления В,. Таким образом, приходит кпарадоксу, с целью достижения минимума собственных шумов Рнеобходимообеспечить рассогласование по сигналу Е= ВБ , а с целью сравненияэтой мощности с помощью внешнего генератора шума необходимо сохранитьусловие максимального прохожденияЕ, = Б т,е. получаем два несовместимых условия,Чтобы избежать этой ситуации можно поступить следующим образом. Заменим режим согласования по шумам2 = Б режимом сильного рассогласования, например, Е г сс В , приэтом автоматически должно выполнятьсяи условие Е, сВ если выбрать Егдостаточно малым, Таким образом, обатребования оказываются совместнымии появляется возможность без методической погрешности, измерить некоторое значение шума У . Естественнопри условии, если генератор шума былпредварительно откалиброван на известное волновое сопротивление ВИзмеренное значение Р., не относится к Г ц, но как любое другое значение Г , определяется мощностью шума, не зависящей от Ед и составляющей в сильной степени, преобразованной малым значением 2 , (с Вщ,На фиг. 2 представлен исследуемыйчетырехполюсник в режиме Е г (сВ, ФФ Б . В эквивалентном плане это режимзаданного напряжения на входе, в котором легко подсчитать как мощностьвнутренних шумов, так и.входное воздействие от генератора шума,Как видно из фиг, 1 (6), мощностьшсобственных шумов Р 611, определяющаяизмеряемо е значение Р, р авиашРьх Я 1 -шБ оТот же результат будет получен и из выражения (1), если подставить указанное требование по входу= ,/В,2(В Ф ВТакое совпадение результатов еще раз подтверждает физическую модель с не- равнозначностью составляющих шума ф по току и напряжению и отображающуюся в эквивалентном представлении от 1 цношением источников - . = ВшшРасчет ожидаемого коэффициента шума Р обеспечивается общими формулами (4) и (5) с той лишь разницей,1406535 бъ .,ГЖК, (Р, - 1) 5и и что мощность шума горячего генератора шума выражается здесь через идеальный источник Е /К и является калиброванной величиной, а в качестве собственной мощности шума выш . Кш ступает значение Рвхд) = щ.ивКо таким образом, получим Ок онча тельный р езуль тат получаем спомощью фо рмулы (3), под с тавив тудашполученные расчетные значения Р и (,(6) циента РКошрашуСопоставляя выражения (б) и (7) можно заметить, что мощность собственных шумов, не зависящая от согласования по входу, входит одинаково в оба измерения Р и Р, а коэффициентКш- характеризующий несогласованКоность во втором измерении,имеет обратную зависимость. Поэтому обработкой обоих отсчетов легко выделить относительную мощность, не зависящую от 2,. а через. отношение можно определить параметр Ы, указывающий на несогласованность шумов,Ясно, что это значение не равно минимальному Р , но в нем легко подметить тенденцию, изменяющую значение коэффициента шума Р от мощности1согласованной части шумов и несогласованной части шумов четырехполюсника. Первая часть сохраняет свое прежнее значение (1 ), другая выражается через предельно простую связь Кш- Поэтому, если мы обратимся кодругому (противоположному) рассогласованию по входу, т. е. используем условие 2 г т ККш, при этом мощностьгорячего" генератора шума вьг, ражается через идеальный источник1 К , то в соответствии с фиг. 3,о офотображающей выполнение этого усло. вия, получим значение собственной , мощности шумабх (61 ав К ш оШи выражение для измеряемого коэффиРеализация условий сильного рассогласования достигается следующим 15образом,Как уже отмечалось, рассогласование появляется на этапе измерения Ри Р, когда к исследуемому четырехполюснику подключается генератор шума с волновым сопротивлением 2сс Кили 2М К . Естественно, что вэтом случае передача от генераторашума в четырехполюсник связана с прохождением мощности через скачок волновых сопротивлений2 г. КоМ, - ,о, =1- Г,30где Г - коэффициент отражения поВммощности при наличии скачка волновых сопротивлений2 гт 2 г 35(с 1 или1.оКоНаличие такого скачка приводит к отражению основной части мощности шумаобратно в генератор шума, но другая(малая часть) мощности проходит в четырехполюсник. Она является прошедшей волной через скачок, значение которой не зависит от малого разбросаК,К . Если прошедшая волна будетопрецварительно откалибрована в отноРпооысительных единицах , то ни налиКТчие скачка, ни отражение большой 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 Р и Р 5 с Реализация заданных волновых сопротивлений генератора шума осуществляется обычной трансформацией волновых. сопротивлений, а калибровка генератора шума с волновымн сопротив140 б 535 20 С Рх лениями Х или Хдолжна проводиться на стандартное волновое сопротивление К т.е. в тех же условиях, что и при измерениях Р и Р1 2 5В заключение заметим, что входные условия, используемые при измерениях Г, и Р 2 и равные Е сК с 7, всдиапазоне СВЧ желательно перевести в более привычный параметр СВЧ - в коэффициент отражения по входу (Г 8) поэтому в соответствии с известной формулой получим значение модуля 1 Гвх= Оэ 0 9. 15Формула изобретения 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 мощности 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 щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, заключающихся в определении минимального коэффициента шума Учетырехполюсника, операцию сравнения проводят в режиме рассогласования на входе четырехполюсника, устанавливают модуль коэффициента отражения в диапазоне значений (Рвх)0,7-0,9, измеряют коэффициент шума, Р при рассогласовании ниже волнового сопротивления ВСВЧ-четырехполюсника и Р 2 при рассогласовании выше Р , определяют минимальное значение коэффициента шума по формуле 4 (Р - 1) (Р- 1)мин 1 (Р - 1 + Р - ).ВНИИПИ Государственного комитета СССпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д,/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгор Проек