Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru wspólczynnika szumu dwuwrotników o niedopaso¬ wanym wyjsciu wykonywanego w ukladzie pomia¬ rowym pozwalajacym na uniezaleznienie wyników pomiaru od szumu wlasnego ukladu pomiarowego, szczególnie przydatny do badania szumu .wzmacnia¬ czy i tranzystorów pracujacych w zakresie bardzo wielkich czestotliwosci.Znane sposoby pomiaru wspólczynnika szumu dwuwrotników o niedopasowanym wyjsciu polega¬ ja na pomiarze wspólczynnika szumu kaskadowe¬ go polaczenia badanego dwuwrotnika z blokami ukladu pomiarowego tworzacymi odbiornik pomia¬ rowy. Wplyw szumu wlasnego odbiornika pomia¬ rowego na dokladnosc pomiaru zalezy od stopnia P dopasowania impedancji wyjsciowej dwuwrotnika do impedancji wejsciowej odbiornika pomiarowego.. Przy stosowaniu metod pomiaru bez eliminacji wplywu szumu wlasnego odbiornika pomiarowego na dokladnosc pomiaru, przedstawionych-w Noise Figure Primer, Hewlett-Packard, Application Note 57, June 22, 1962, zaleznosc, pomiedzy wspólczynni¬ kiem szumu Fx badanego dwuwrotnika a warto¬ scia wspólczynnika szumu Fm pomierzona w ukla¬ dzie pomiarowym jest nastepujaca: 20 25 gdzie Fr jest wspólczynnikiem szumu odbiornika pomiarowego, zaleznym od wyjsciowego wspólczyn- 30 nika odbicia badanego dwuwrotnika r2x, charakte¬ ryzujacego niedopasowanie impedancyjne wyjscia badanego dwuwrotnika, GAx jest dysponowanym wzmocnieniem mocy badanego dwuwrotnika.Dla wyznaczenia wartosci Fr(r2x) nalezy znac cztery parametry szumowe odbiornika pomiarowe¬ go oraz r2x. Wielkosci te sa funkcjami czestotli¬ wosci, wiec szerokopasmowe pomiary sa bardzo uciazliwe.W celu dopasowania impedancyjnego wyjscia ba¬ danego dwuwrotnika stosuje sie strojniki, nazywa¬ ne równiez obwodami dopasowujacymi, które wla¬ czane sa miedzy te wyjscia a wejscie odbiornika pomiarowego. W miejsce Fr(r2x) nalezy wówczas wykorzystywac wielkosc LFr(r2so) gdzie L jest wspólczynnikiem opisujacym straty absorpcyjne strojnika, a r2So jest wyjsciowym wspólczynnikiem odbicia strojnika dla stanu, w którym z wyjscia ba¬ danego dwuwrotnika o wyjsciowym wspólczynniku odbicia T2X jest przekazywana maksymalna moc do wejscia odbiornika pomiarowego. Zwykle jako F^(2rSo) wykorzystywana jest wielkosc: Frminj która jest "minimalnym wspólczynnikiem szumu odbior¬ nika pomiarowego w funkcji impedancji zródla sygnalu dolaczonego do jego wejscia. Wielkosc Fr(r2SO) i Frmin w ogólnym przypadku przyjmuja rózne wartosci, gdyz optymalna impedancja zródla ze wzgledu na przekazywanie maksimum mocy do wejscia odbiornika w ogólnym przypadku nie jest optymalna impedancja ze wzgledu na jego mini- 123 7643 123 764 4 mum wspólczynnika szumu. Prowadzi to do bledów wyznaczania Fx na podstawie zwiazku (a) przy zna¬ jomosci LFrmin, zaniedbywanych w praktyce z po¬ wodu trudnosci okreslania wartosci Fr(r2so)- Ponadto nalezy zauwazyc, ze nawet uproszczona procedura pomiarowa jest nadal uciazliwa, gdyz dla kazdej czestotliwosci pomiarowej nalezy wy¬ konac regulacje strojnika oraz pomierzyc wartosc LFrmin. Zastosowanie w miejsce strojników szero¬ kopasmowych tlumików dopasowujacych mija sie z celem, gdyz zamiast L przy stosowaniu strojników, nalezy wówczas znac dysponowane tlumienie mocy wnoszone przez tlumiki, a ta wielkosc jest funkcja r2x, podobnie jak wspólczynnik szumu Fr i wyzna¬ czenie jej jest równie uciazliwe.Znane jest równiez z * polskich opisów patento¬ wych nr 66503, 91631 oraz 95035 stosowanie tlumi¬ ków regulowanych w sposobach pomiaru opartych na wykorzystaniu generatorów szumu o regulowa¬ nej wartosci wzglednego przyrostu szumu. Nie ma to jednak nic wspólnego z przedstawionym wyzej problemem dopasowywania wyjscia badanych dwu- wrotników. Stosowanie tam tlumików o 3 dB zmia¬ nie tlumienia jest wymagane przez sama metode pomiaru, nazywana równiez metoda 3 dB.Przy stosowaniu metod pomiaru z eliminacja wplywu szumu wlasnego ukladu pomiarowego na dokladnosc pomiaru zaleznosc - miedzy wielkoscia¬ mi Fx i Fm jest nastepujaca: Jednakze zaleznosc ta jest obowiazujaca tylko przy pomiarach dwuwrotników posiadajacych do¬ pasowane wyjscia.Przy stosowaniu trzystanowej metody pomiaru z eliminacja wplywu szumu wlasnego ukladu po¬ miarowego na dokladnosc pomiaru, znanej z pol¬ skiego opisu patentowego nr 87075, wymagane jest stalosc impedancji wyjscijowej dolaczonej do wej¬ scia mieszacza. Metoda ta polega na pomiarze ilo¬ razu róznic mocy szumu wystepujacych w cyklicz¬ nie powtarzajacych sie trzech stanach ukladu,, po¬ miarowego i pomnozenie tego ilorazu przez wzgled¬ ny przyrost szumu — parametr generatora szumu.Dla wytworzenia trzech stanów ukladu pomia¬ rowego zmieniaja sie stany pracy generatora szu¬ mu (wlaczenie i wylaczenie przyrostu sygnalu szu¬ mowego), przylaczonego do wejscia badanego dwu- wrotnika oraz stany przelacznika mikrofalowego (stany przenoszenia i zaporowy) wlaczonego pomie¬ dzy wyjscie badanego dwuwrotnika a wejscie mie¬ szacza.Gdy badany dwuwrotnik jest niedopasowany im- pedancyjnie do dwustanowego przelacznika, to w czasie pomiaru wyjsciowy wspólczynnik odbicia przelacznika przyjmuje wartosc r2pX, dla stanu przenoszenia oraz wartosc T^w, dla stanu zaporo¬ wego. ¦ '. ~ Wielkosc r2px zalezy od niedopasowania impedan- cyjnego wyjscia badanego dwuwrotnika i przelacz¬ nika bedacego w stanie przenoszenia. Wielkosc T2pW jest' wyjsciowym wspólczynnikiem odbicia przelacznika, bedacego w stanie zaporowym.Zaleznosc pomiedzy Fx i Fm przy pomiarze dwu¬ wrotnika o niedopasowanym wyjsciu jest nastepu¬ jaca: „ ¦ i Fr(r2PX)—Fr(r2PW) , N Fm = Fx-p— +^ t; (c) Dla duzych wartosci T2x, F^ ¥= r2pw, a Fr(r2px) przyjmuje duze wartosci, które zmieniaja sie przy zmianach zarówno modulu jak i argumentu r2px.Przy stosowaniu dwustanowej 3 dB metody po¬ miaru -wspólczynnika szumu z eliminacja szumu wlasnego ukladu pomiarowego, regulowany tlumik jest wlaczany bezposrednio na wyjsciu badanego dwuwrotnika.Przy istnieniu niedopasowania impedancyjnego ,c wyjscia badanego dwuwrotnika i wejscia regulo- 15 wanego tlumika, zmienia sie w czasie pomiaru wyj¬ sciowa wspólczynnik odbicia tlumika r2t. W trakcie kazdego cyklu pomiarowego przyjmuje on dwie rózne wartosci r2tc i T2th, na skutek zmian tlumie¬ nia wprowadzonego przez tlumik, zwiekszajacy tlu¬ mienie dla stanu, w którym generator .szumu jest wlaczony.Przy stosowaniu tej metody pomiaru wplyw zmian wspólczynnika szumu odbiornika pomiaro- wego, jaki tworza bloki ukladu pomiarowego wla¬ czone po tlumiku regulowanym, jest jeszcze wiek¬ szy jak w metodzie trzystanowej, gdyz ostatnie wy- " razenie w zwiazku (c) przyjmuje tu wartosc 2 [Fr(r2tc)—Frffath)] 0AX . Dodatkowa wada tej me- 30 tody pomiaru jest trudnosc wprowadzenia doklad¬ nie okreslonych, np. 3 dB, zmian dysponowanego tlumienia mocy, wprowadzonych przez tlumik re¬ gulowany dla przypadku, gdy wyjsciowy wspól¬ czynnik odbicia badanego dwuwrotnika T2x jest 35 duzy i zmienia sie w funkcji czestotliwosci.Wada opisanych wyzej metod pomiaru wspólczyn¬ nika szumu-dwuwrotników o niedopasowanym wyj¬ sciu jest koniecznosc uwzglednienia wplywu szumu wlasnego ukladu pomiarowego na blad pomiaru. 40 W tym celu wymagana jest znajomosc wyjsciowe¬ go wspólczynnika odbicia T2x (impedancji wyjscio¬ wej) badanego dwuwrotnika oraz .zaleznosci wspól¬ czynnika szumu odbiornika pomiarowego od wspól¬ czynnika odbicia r zródla sygnalu dolaczonego do 45 jego wejscia Fr(r).Ze wzgledu na zespolony charakter wielkosci T, skomplikowana zaleznosc Fr(r) oraz trudny i malo dokladny pomiar - Fr i T, uwzglednianie ostatnich czlonów wystepujacych w zwiazkach (a) i (c) na- 50 strecza wiele klopotów, a wprowadzana poprawka wyników pomiaru obliczona z powyzszych zwiaz¬ ków jest malo dokladna. W wielu przypadkach brak mozliwosci uzycia maszyny cyfrowej do wy¬ znaczania Fr(r) i innych pomocniczych obliczen, 55 powoduje ze rezygnuje sie z wyznaczenia poprawki kosztem znacznego pogorszenia dokladnosci po- , miaru. .Sposób pomiaru wedlug wynalazku wykonywany przy wykorzystaniu generatora szumu pracujacego » 60 naprzemian w stanach wlaczenia i wylaczenia przyrostu szumu na wejsciu badanego dwuwrotni¬ ka oraz wykorzystaniu tlumika wlaczonego bezpo¬ srednio na wyjsciu badanego dwuwrotnika o do¬ pasowanym wyjsciu, zwiekszajacego tlumienie 5 6 rym generator szumu jest wlaczony, czy tez ko¬ rzystnie przy uzyciu w miejsce regulowanego tlu¬ mika dwustanowego przelacznika, który w swym stanie zaporowym odlacza od wejscia odbiornika pomiarowego wyjsciowy sygnal z badanego dwu- wrotnika o dopasowanym wyjsciu i wytwarza trzeci stan ukladu pomiarowego charakteryzujacy sie wy¬ stapieniem w odbiorniku pomiarowym mocy szumu wlasnego ukladu pomiarowego, przy czym zalez¬ nosc miedzy wartoscia prawdziwa wspólczynnika szumu Fx badanego dwuwrotnika o dopasowanym wyjsciu i jego dysponowanym wzmocnieniem GAx a wartoscia wspólczynnika szumu Fm -pomierzona p*rzez uklad pomiarowy jest nastepujaca Fm = 1 = Fx— 7; , polega na tym, ze najpierw na wyj- sciu badanego dwuwrotnika wlacza sie kaskadowo pasywny uklad dopasowujacy, który w tempera¬ turze standardowej T0 = 290 K zawiera tylko zródla sygnalu szumowego o temperaturze szumowej nie wiekszej niz TQ, nastepnie mierzy sie wspólczyn¬ nik szumu Fm kaskadowego polaczenia badanego dwuwrotnika i ukladu dopasowujacego, natomiast zaleznosc miedzy wartoscia prawdziwa wspólczyn¬ nika szumu Fx badanego dwuwrotnika a wartoscia wspólczynnika szumu Fm pomierzona przez uklad pomiarowy pozostawia sie w postaci Fm = Fx— 7^ , gdzie GAx jest nadal dysponowanym ^AX wzmocnieniem mocy samego badanego dwuwrot¬ nika.Zaleta sposobu wedlug wynalazku jest mozliwosc uzyskania dokladnych pomiarów szerokopasmo¬ wych wspólczynnika szumu dwuwrotników o nie¬ dopasowanym wyjsciu, nawet w przypadku, gdy sa one dwuwrotnikami o malym wzmocnieniu. Uzy¬ skuje sie tez oszczednosc czasu potrzebnego na wy¬ konanie uciazliwych dodatkowych pomiarów i zmudnych obliczen.Inna zaleta jest mozliwosc stosowania stratnych odcinków kabli laczacych wyjscie badanego dwu¬ wrotnika z ukladem pomiarowym. Nie wystepuje tu potrzeba wprowadzania korekt wyników, pomia¬ rów, wynikajacych ze strat mocy w tych kablach.Mozliwosc zastosowania kabli ulatwia w wielu przypadkach obsluge ukladu pomiarowego. Doda¬ tkowa zaleta jest mozliwosc stosowania w ukladzie pomiarowym elementów o niezawyzonych parame¬ trach.Przedmiot wynalazku jest blizej wyjasniony na podstawie ukladu przedstawionego na rysunku, na którym pokazano sposób wlaczenia badanego dwu¬ wrotnika do ukladu sluzacego do pomiaru, wspól¬ czynnika szumu.Do wejscia badanego dwuwrotnika 1 dolaczony jest generator szumu 3. Do' wyjscia badanego dwu¬ wrotnika 1 dolaczony j&t stratny pasywny uklad dopasowujacy 2, którym moze byc np. typowy tlu¬ mik rezystancyjny lub odpowiednio wlaczony po¬ jedynczy rezystor. Odpowiednio dobrane parame¬ try elektryczne ukladu dopasowujacego 2 zapew¬ niaja dopasowanie jego wyjsciowej impedaricji do impedancji wejsciowej kaskadowego polaczenia po¬ zostalych bloków ukladu pomiarowego 4, zawiera¬ jacego bezposrednio na swym wejsciu regulowany tlumik, np. 3 dB, albo dwustanowy przelacznik dzieki czemu pozwalajacego na wykonanie pomiaru wspólczynnika szuniu dwuwrotników o dopasowa¬ nym wyjsciu przy wykorzystaniu znanej metody 5 pomiaru z eliminacja wplywu szumu wlasnego ukladu pomiarowego na wynik pomiaru.Zaleznosc pomiedzy wspólczynnikiem szumu FXUd ukladu skladajacego sie z badanego dwuwrotnika 1 i pasywnego ukladu dopasowujacego 2, kaskadowo 10 polaczonych, a wartoscia wspólczynnika szumu Fm pomierzona w ukladzie z eliminacja szumu wlasne¬ go ukladu pomiarowego, jest nastepujaca: gdzie: Fxud = Fx+ pd (e) 2(? CrAXud = GaxGaU(i (f) FUd i GAud sa odpowiednio wspólczynnikiem szumu i dysponowanym wzmocnieniem ukladu dopasowu¬ jacego. 25 Dla pasywnego dwuwrotnika o dysponowanym tlumieniu mocy AAUd, znajdujacego sie w tempera¬ turze T0 i zawierajacego tylko zródla sygnalu szu¬ mowego o temperaturze szumowej nie .wiekszej niz T0, Fud = AAUd a GAud = AAud 30 • Wykorzystujac to w zwiazkach (e) i (f) i wsta¬ wiajac je do zwiazku (d) otrzymuje sie: Fm = Fx-ob- ' (8) 35 Wyrazenie (g) opisuje zaleznosc pomiedzy Fx i Fm, które jest znanym zwiazkiem pomiedzy tymi wiel¬ kosciami przy pomiarze wspólczynnika szumu dwu¬ wrotników dopasowanych, wykonywanym metoda z eliminacja wplywu szumu wlasnego ukladu po- 40 miarowego na wynik pomiaru Fm.Zastrzezenie patentowe Sposób pomiaru wspólczynnika szumu dwuwrot- 45 ników o niedopasowanym wyjsciu wykonywanego przy wykorzystaniu generatora szumu pracujacego naprzemian w stanach wlaczenia i wylaczenia przy¬ rostu szumu na wejsciu badanego dwuwrotnika oraz wykorzystaniu tlumika wlaczonego bezposred- 50 nio na wyjsciu badanego dwuwrotnika o dopaso¬ wanym wyjsciu, zwiekszajacego tlumienie o okres¬ lona wartosc, np. o' 3 dB, dla stanu w którym ge¬ nerator szumu jest wlaczony, czy tez korzystnie przy uzyciu w miejsce regulowanego tlumika dwu- 55 stanowego przelacznika, który w swym stanie za¬ porowym • odlacza odfc wejscia odbiornika pomiaro¬ wego wyjsciowy sygnal z badanego dwuwrotnika o dopasowanym wyjsciu i wytwarza trzeci stan ukladu pomiarowego charakteryzujacy sie wysta- 60 pieniem w odbiorniku pomiarowym mocy szumu wlasnego ukladu pomiarowego, przy czym zalez¬ nosc miedzy wartoscia prawdziwa wspólczynnika szumu Fx badanego dwuwrotnika o dopasowanym wyjsciu i jego dysponowanym wzmocnieniem mocy 65 GAx a wartoscia wspólczynnika szumu Fm pomie-123 764 7 8 rzona przez uklad pomiarowy 'jest nastepujaca Fm = Fx—7^ , znamienny tym, ze najpierw na wyjsciu badanego dwuwrotnika (1) wlacza sie ka¬ skadowo pasywny uklad dopasowujacy (2), który w temperaturze standardowej T0 = 290 K zawiera tylko zródla sygnalu szumowego o temperaturze nie wiekszej niz T0, nastepnie mierzy sie wspólczynnik szumu Fm kaskadowego polaczenia badanego dwu¬ wrotnika (1) i ukladu dopasowujacego (2), natomiast zaleznosc miedzy wartoscia prawdziwa wspólczyn¬ nika szumu Fx badanego dwuwrotnika a wartoscia wspólczynnika szumu Fm pomierzona przez uklad pomiarowy pozostawia sie w postaci Fm = Fx— 7^ , gdzie GAx jest nadal dysponowanym ^AX wzmocnieniem mocy samego badanego dwuwrotni¬ ka. z 1 ^"" r- / r~ / ,—£ /i ZGK 679/1110/84 — 90 egz.Cena zl 100,— PL