Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Генератор

шума

Измеряемый четырехполюсник

>

Измерительное устройство

Модулятор генератора шума

Рис. 13.4. Упрощенная структурная схема модуляционного метода измерения коэффициента шума четырехполюсника

используется модуляционный метод выделения и измерения сигналов.

Метод обладает достаточно высокой чувствительностью, что позволяет использовать при измерениях относительно маломощные меры шума, а также включать их в измерительные тракты через направленные ответвители. Последнее в свою очередь делает возможным:

производить измерения коэффициента шума при работе приемного устройства на реальную нагрузку (антенну);

осуществлять измерения шумовых параметров без нарушения функционирования приемного устройства;

исключать дополнительную погрешность измерения, обусловленную изменением выходного сопротивления генератора шума при его работе в режиме модуляции.

На рис. 13.4 приведена упрощенная структурная схема метода измерения. Принцип измерения иллюстрируется на рис. 13.5, на котором показан характер изменения во времени относительных температур шума, приведенных к входу измеряемого устройства.

При модуляции генератора шума (включении и выключении) относительная температура шума, приведенная к входу измеряемого четырехполюсника, изменяется от Tr.JTo + TJTo + TJTo или Гг.ш + Р,-1-Д до Го/Го -I- TJTo + Т„г/Та или + А, где А = (Fh3m - 1) /С; Тг. ш - температура шума генератора; tr. щ - избыточная относительная, температура шума генератора; Г,, - температура шума измеряемого четырехполюсника; - коэффициент шума четырех-

Т/Тп

Рис. 13.5. Временная диаграмма изменения температуры шума на входе измеряемого четырехполюсника

полюсника; F„3m - коэффициент шума измерительного устройства; - нормальная температура (293 К).

Шумовой сигнал на выходе четырехполюсника промодулирован частотой модуляции генератора шума. Как видно из рис. 13.5, глубина модуляции тем больше, чем меныпе мощность шумов измеряемого четырехполюсника. Во всех вариантах модуляционного метода селективно выделяются низкочастотные составляющие частоты модуляции, пропорциональные ц, и Гг.ш-1-+ Рч + А или Рч + А. Одна из величин (tr.J фиксируется с помощью автоматического регулирования усиления (АРУ) усилителя измерительного устройства, а другая используется для определения коэффициента шума измеряемого четырехполюсника. Применение при этом узкополосных устройств (синхронных и частотных детекторов, фильтров и др.) позволяет избавиться от шумового фона и увеличить чувствительность к первой гармонике низкочастотной составляющей модулированных сигналов.

Известно большое число различных вариантов модуляционного метода, удовлетворяющих многим требованиям, предъявляемым к измерениям шумовых параметров четырехполюсников. В зависимости от требуемой точности и пределов измерения, особенностей исследуемых устройств, наличия средств измерений и пр. может быть технически реализован тот или иной вариант метода.

Модуляционный метод с программной модуляцией генератора шума и измеряемого устройства. В основе метода использовано раздельное во времени измерение относительной температуры шума градуированного генератора шума и исследуемого устройства. Упрощенная структурная схема, поясняющая принцип измерения, и характер изменения во времени относительной температуры шума приведены на рис. 13.6. Измерения проводятся в два этапа. На первом осуществляется калибровка выходного индикатора измерительного устройства в относительных единицах температуры шума (переключатель П установлен в положении Калибровка). В этом режиме генератор шума модулируется сигналами типа «меандр», измеряемый четырехполюсник не модулируется. Относительная температура шума, приведенная к входу четырехполюсника (рис. 13.6,6), изменяется от Тш/То + Т/То + Тпр/ТаС до То/То + TjTo + Tr,p/ToG, где Г„р - температура шума приемника; С - коэффициент усиления измеряемого четырехполюсника.

Переменная составляющая, выделенная



Генератор шума

Измеряемый, четырехпотснак

1Измерение

Т/То

ТгшПо

Калибровка

Ъ/То

Jo±

Т,/То

Приемник

Квадратичный детектор

Модулятор

Т/Т(А

То/То

Усилитель частоты модуляции

То+Т/То

Тпр/ТоЕ- Тв+Т„р/Тв& t

Рис. 13.6. Структурная схема измерения шумовых параметров четырехполюсников модуляционным методом с программной модуляцией (а) и временные диаграммы изменения относительной температуры шума в режимах калибровки (б) и измерения (в)

узкополосным усилителем частоты модуляции из разностного сигнала и пропорциональная относительной температуре шума генератора [I/= к(Гг.ш - 7о)/Го], используется для калибровки выходного индикатора F. Изменением усиления приемника показание индикатора F устанавливается равным относительной температуре используемого для измерений генератора шума.

При модуляции испытуемого четырехполюсника (режим Измерение) генератор шума выключен. Относительная темпфатура шума, приведенная к входу четырехполюсника (рис. 13.6, в), изменяется от TjTg + TJTg-i-+ T„p/T„G до TITo + TplToG, тт Го-температура шума выхода выключенного четырехполюсника.

Пфеменная составляющая разностного сигнала

1/а = с [(Го + Г)/П - ТуТо] = к (Г, -Ь Д).

(13.10)

Как видно из (13.10), l/j с точностью до Д = ТуТоС равно температуре шума выключенного измеряемого устройства.

Таким образом, если генератор шума и измфяемое устройство поочередно модулировать сериями импульсов и на выходе усилителя частоты модуляции синхронно с помощью переключателя раздельно выделять сигналы, пропорциональные Гг „, и Г,,, а сПОМОЩЬЮ АРУ сигналы, пропорциональные Тр.ш. поддфживать постоянными, ТО по линейной шкале индикатора F можно осуществлять непрерывное измерение коэффициента шума четырехполюсника.

Основными недостатками метода являются сложность системы коммутации сиг-

налов и модуляции ГШ и измеряемого четырехполюсника, а также наличие постоянной составляющей погрешности Д.

Рассмотренный вариант модуляционного метода предусматривает при проведении измерений модулировать исследуемый СВЧ четырехполюсник. Однако не все СВЧ устройства могут модулироваться, а во многих случаях модуляция крайне нежелательна во избежание выхода их из строя. В этом случае для реализации метода могут использоваться внешние СВЧ модулирующие устройства. Эти модуляторы должны быть широкополосными (диапазон частот модулятора должен иметь полосу рабочих частот измеряемого устройства), а модуляционные характеристики должны быть достаточно близки к характеристикам модулированных сигналов ГШ.

Для измерения шумовых параметров СВЧ четьфсхполюсников может использоваться вариант модуляционного метода, в котором модуляция измерительных сигналов осуществляется в блоках промежуточной частоты. Однако в этом случае коэффициент шума СВЧ усилителя

fi = f,-Kf„p-l)/G,.

Дополнительная погрешность за счет шумов, вносимых измерительным устройством в измерения шумовых параметров СВЧ четырехполюсников с большими коэффициентами шума и усиления, является незначительной по фавнению с другими составляющими погрешности метода. В то же время при измерении шумовых параметров малошумящих устройств дополнительная погрешность может быть достаточно большой. Для ее снижения или исключения пред-



пок компенсации

Ф азоврашатепь

Усипитель частоты Гн

Синхронный детектор

Усилитель частоты fg

•лок измерителя

Генератор опорного напряжения fg

Генератор промежуточной (-, частоты

I-------

СВЧ блок измерителя

Квадратичный детектор

Измерительный канал

Усилитель частоты

Предварительный усилитель

Синхронный детектор

Измерение

Испытуемый усилитель

Калибровка

Генератор опорного ~ i напряжения Гн

Генератор шума

Модулятор

Квадратичный детектор

Синхронный детектор

Усилитель частоты Гн

Канал АРУ

Рис. 13.7. Структурная схема модуляционного метода измерения коэффициента шума СВЧ усилителей с автоматической компенсацией собственного шума измерительного устройства

ложен ряд методов, основанных на использовании вспомогательных сигналов компенсации.

Модуляционный метод измерения шумовых параметров четырехполюсников с автоматической компенсацией собственного шума измерительного устройства. Структурная схема метода измерения приведена на рис. 13.7. В режиме калибровки выходного индикатора F избирательные каскады каналов- АРУ и измерительного, настроенные на частоту /н, выделяют сигналы генератора шума. Эти сигналы используются для калибровки индикатора F в единицах коэффициента шума и обеспечивают работу схемы АРУ. В режиме измерений благодаря противофазной модуляции УПЧ измеригельного канала из сигналов, поступающих на вход усилителя, выделяется сигнал от генератора шума. Компенсационный сигнал, сформированный в блоке компенсации из сигнала промежуточной частоты, модулируется частотой /в и дополнительно в УПЧ частотой /„ и подается на вход усилителя частоты /„ из-

мерительного канала. На выходе синхронного детектора измерительного канала действуют сигналы, пропорциональные коэффициенту шума исследуемого четырехполюсника и измерительного устройства, а также компенсационный сигнал. Изменением амплитуды и фазы последнего сигнала в блоке компенсации добиваются равенства его сигналу, пропорциональному шумам измерительного устройства. Показания выходного индикатора F((/= F4 - l/GJ будут с точностью до 1/G, равны коэффициенту шума измеряемого устройства.

Основными составляющими погрешности измерения коэффициента шума СВЧ четырехполюсника модуляционным методом являются:

погрешность градуировки генератора шума 5г. ш;

погрешность из-за рассогласования в высокочастотном тракте;

погрешность за счет неполной компенсации шумов измерительного устройства

(бссх);



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 [131] 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0789