Opis patentowy opublikowano: 15.12.1976 87075 MKP GOIr 21/12 Int. Cl2. G01R 21/12 CZYTELNIA Unedu Patentowego Twórcywynalazku: Wladyslaw Adamski, Jerzy Dabrowski, Józef Turski Uprawniony z patentu: Politechnika Gdanska, Gdansk (Polska) Sposób i uklad do automatycznego pomiaru wspólczynnika szumów w pasmie mikrofal Przedmbtem wynalazku jest sposób i uklad do automatycznego pomiaru wspólczynnika szumów w pasmie mikrofal.Znany jest sposób automatycznego pomiaru wspólczynnika szumów w pasmie mikrofal (Noise Figure Rimar, Hewlett-Packard, Application Note 57, June 22, 1962), polegajacy na pomiarze stosunku mocy, przy wlaczonym i wylaczonym generatorze szumów. Stosowany do pomiaru uklad sklada sie z kaskadowego polaczenia generatora szumów z badanym ukladem i odbiornikiem mocy szumów zaopatrzonym na wejsciu w mieszacz mikrofalowy. Odbiornik mocy szumów zawiera wzmacniacz posredniej czestotliwosci z ukladem detekcji mocy szumów, który polaczony jest poprzez kluczowane uklady calkujace z obwodami automatycznej regulacji wzmocnienia wzmacniacza posredniej czestotliwosci.W ukladzie tym kluczowane uklady calkujace maja napiecia wyjsciowe prooporcjonalne do mocy szumu, przy czym jeden z nich dziala w stanie wlaczenia, a drugi — wylaczenia generatora szumów.Wskaznik odbiornika mocy szumów wyskalowany jest w jednostkach wspólczynnika szumów F wedlug zaleznosci: F = A 1 gdzie A jest miara dysponowanej mocy szumów mikrofalowego generatora szumów i dla typowych gazowych generatorów szumów wykorzystujacych argon wynosi okolo 14,5t 16,2 dB, a Y- stosunkiem mocy szumów na wyjsciu kaskadowego polaczenia urzadzen, przy wlaczaniu, a nastepnie przy wylaczaniu mocy szumów mikrofalowego generatora szumów. Uklad pomiarowy zawiera bloki wytwarzajace sygnaly sterujace cyklicznie wlaczaniem i wylaczaniem mocy generatora szumów i kluczowania pracy bloków ukladów calkujacych i obwodów petli automatycznej regulacji wzmocnienia.Opisany powyzej sposób automatycznego pomiaru wspólczynnika szumów umozliwia jedynie pomiar wspólczynnika szumów badanego urzadzenia lacznie z szumami ukladu pomiarowego. Szumy mieszacza mikrofalowego i wzmacniacza posredniej czestotliwosci powoduja, ze wynik pomiaru obarczony jest bledem zaleznym od tych szumów i od wzmocnienia ukladu badanego. Wprowadzenie korekt otrzymywanych wyników2 87 075 przez uwzglednienie poprawki jest bardzo klopotliwe i nie stosowane w praktyce, gdyz potrzebna jest do tego dokladna znajomosc wspólczynnika szumów mieszacza mikrofalowego wraz ze wzmacniaczem posredniej czestotliwosci oraz wzmocnienia badanego urzadzenia. Wartosci te zmieniaja sie znacznie przy zmianach czestotliwosci sygnalu pomiarowego a ponadto zaleza od wielu innych czynników takich jak, napiecie zasilania, czy warunki zestrojenia.Realizacja automatycznych mierników, które dzialaja wedlug opisanego sposobu, jest trudna ze wzgledu na wysokie wymagania co do zachowania wiernosci ksztaltów impulsów wystepujacych w obwodach malej czestotliwosci mierników wspólpracujacych ze soba synchronicznie. Mierniki takie nie sa odporne na zaklócenia zewnetrzne i zmiany parametrów elementów obwodów. Wymagaja stosowania podzespolów elektronicznych o najwyzszej jakosci.Sposób wedlug wynalazku, polegajacy na okresleniu wspólczynnika szumów z poziomów mocy szumu, jaki powstaje w ukladzie pomiarowym zasilanym sygnalem pomiarowym zgeneratoru szumów cyklicznie przelaczanego w dwóch stanach— wlaczenia i wylaczenia mocy szumów, charakteryzuje sie wprowadzeniem w ukladzie pomiarowym trzeciego stanu, dla którego moc szumów na wyjsciu odbiornika mocy szumów jest ograniczona do szumów wlasnych tego odbiornika. W ukladzie pomiarowym okresla sie poziom szumów wlasnych dla wszystkich trzech stanów pomiarowych. Nastepnie z róznic poziomów mocy szumów w tych stanach tworzy sie iloraz, a z niego wyznacza sie wspólczynnik szumów wskazywany automatycznie na wskazniku wyjsciowym.Uklad wedlug wynalazku, zawierajacy generator szumów podlaczony do wejscia badanego ukladu oraz polaczone w kaskadzie mieszacz, wzmacniacz posredniej czestotliwosci i uklady malej czestotliwosci, które wyposazone sa w kluczowane uklady calkujace, charakteryzuje sie wlaczeniem pomiedzy wyjscie badanego ukladu a wyjscie mieszacza, dwustanowego mikrofalowego przelacznika sterowanego cyklicznie ukladem sterowania kluczami. Ponadto kluczowane uklady calkujace sa dolaczone do wyjscia detektora przy czym wyjscie jednego z nich jest podlaczone do obwodów automatycznej regulacji wzmocnienia, zas wyjscie drugiego —do kluczowanych obwodów wskaznika wyjsciowego. Zastosowane kluczowane uklady calkujace :rakteryzuja sie sygnalem wyjsciowym proporcjonalnym do róznicy poziomów mocy szumów.Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia emat blokowy ukladu do automatycznego pomiaru wspólczynnika szumów w pasmie mikrofalowym, a fig. 2 — zasade czasowego podzialu cyklu pomiarowego stosowana w sposobie pracy ukladu.Sposób automatycznego pomiaru wspólczynnika szumów polega na pomiarze trzech wartosci mocy szumów. W pierwszym etapie pomiaru mierzy sie moc Pt, która jest moca szumów na wyjsciu kaskadowego polaczenia mikrofalowego generatora szumów badanego wzmacniacza, mieszacza i odbiornika mocy szumów.W drugim etapie wylacza sie generator szumów i mierzy sie moc P2, która jest suma mocy szumów wzmacniacza badanego, mieszacza i odbiornika mocy szunfów. W trzecim etapie pomiaru odlacza sie wyjscie wzmacniacza badanego od wejscia mieszacza i mierzy sie moc P3, która jest moca szumów mieszacza i odbiornika mocy szumfr.Wspólczynnik szumów wzmacniacza badanego Fx mozna opisac wzorem P2-P3 1 Fx = A - + — Pi—Pa Gx gdzie A jest miara dysponowanej mocy mikrofalowego generatora szumów. Jest to wielkosc stala w czasie i nie zalezy od czestotliwosci dla danego generatora. Wielkosc ta podaje sie przy kalibracji mocy generatorów szumów.Gx oznacza wzmocnienie mocy wzmacniacza badanego. Dla duzych wartosci Gx skladnik qx mozna pominac, natomiast w przypadku niewielkich wartosci Gx mozna latwo obliczyc niewielka poprawka do wyników pomiarów.Uklad do automatycznego pomiaru wspólczynnika szumów zawiera mikrofalowy generator szumu 1, który sterowany jest modulatorem 2, zas wyjscie polaczone jest z wejsciem wzmacniacza badanego 3. Wyjscie tego wzmacniacza jest polaczone poprzez przelacznik mikrofalowy 5 do wejscia mieszacza 6, którego wyjscie r doprowadzone jest do wejscia odbiornika 6 mocy szumów I. Do mieszacza 6 dolaczony jest generator sygnalowy 4 stanowiacy heterodyne. Odbiornik I mocy szumów ma wzmacniacz posredniej czestotliwosci 7 dolaczony poprzez detektor kwadratowy 8 do dwóch kluczowanych ukladów calkujacych 11. Wyjscie kluczowanego ukladu calkujacego 9 polaczone jest z kluczowanymi obwodami wskaznika wyjsciowego 10, a wyjscie ukladu calkujacego 11 jest polaczone z obwodami róznicowymi 13 automatycznej regulacji wzmocnienia, do których doprowadza sie równiez napiecie zródla odniesienia 12. Wyjscie obwodów automatycznej regulacji wzmocnienia 13 jest dolaczone do ukladu sygnalizacji 14 oraz do wejscia wzmacniacza posredniej czestotliwosci 7.87 075 3 Uklad 15 sterowania kluczami polaczony jest z modulatorem 2 generatora szumu, przelacznikiem nikrofalowym 5, ukladami calkujacymi 9 i 11 obwodami wskaznika wyjsciowego 10 oraz róznicowymi obwodami automatycznej regulacji wzmocnienia 13.Wykres pokazany na fig. 2 ilustruje zasade czasowego podzialu cyklu pomiarowego stosowana w sposobie.Na osi rzednych odklada sie moc szumów P, przy czym Px oznacza moc szumów na wyjsciu kaskadowego polaczenia mikrofalowego generatora szumów badanego wzmacniacza, mieszacza i odbiornika mocy szumów, P2 —sume mocy szumów wzmacniacza badanego, mieszacza i odbiornika mocy szumów, P3 —moc szumów mieszacza i odbiornika mocy szumów, zas na osi odcietych odklada sie czas t, przy czym podokresy xt ...x15 stanowia jeden cykl pomiarowy ukladu.Uklad do pomiaru wspólczynnika szumów dziala w nastepujacy sposób. Mikrofalowy generator szumu 1 sterowany jest przez modulator 2, który w podokresach xt ...x5 wlacza, a w podokresach x6 ... xt 5 wylacza moc szumów tego generatora. Sygnal z wyjscia wzmacniacza badanego 3 podawany jest na przelacznik mikrofalowy 5, który w podokresach x{ ...x5 i xs ... xt przenosi sygnaly a nie przepuszcza sygnalów do mieszacza 6 w podokresach x6 ... xt 0, zamykajac wtedy wejscie mieszacza obciazeniem dopasowanym. Z miesza* cza 6 sygnal podawany jest na wejscie odbiornika mocy szumów I.Na wyjsciu kluczowanego ukladu calkujacego 9 tego odbiornika otrzymuje sie napiecie proporcjonalne do róznicy mocy P2 —P3 czyli napiecie proporcjonalne do wspólczynnika szumów Fx. Drugi kluczowany uklad calkujacy 11 wytwarza napiecie proporcjonalne do róznicy mocy Pi—P2 czyli napiecie proporcjonalne do wielkosci A, która jest miara dysponowanej mocy generatora szumów.Napiecie wyjsciowe z ukladu calkujacego 9 jest podawane na kluczowane obwody wskaznika wyjsciowego ze wskaznikiem wyskalowanym w jednostkach wspólczynnika szumów Fx.Napiecie wyjsciowe drugiego ukladu calkujacego 11 jest podawane na wzmacniacz róznicowy obwodów automatycznej regulacji wzmocnienia 13, gdzie jest porównywane z napieciami zródla odniesienia 12.Napiecie wyjsciowe z obwodów automatycznej regulacji wzmocnienia 13 jest podawane do obwodów ARW wzmacniacza posredniej czestotliwosci oraz steruje ukladem sygnalizacji 14, który kontroluje poziom tego napiecia dla sygnalizacji poprawnosci poziomów sygnalów wchodzacych na detektor kwadratowy 8 i uklady calkujace 9 i 11. Okreslenie napiec proporcjonalnych do opisanych wyzej róznic poziomów mocy szumów, wykonywane przez kluczowane uklady calkujace 9 i 11 odbywa sie tylko w podokresach x2 ...x4 i x7 ...x9 oraz .Xi 2 ...Xi 4. Sygnaly w podokresach xlt xs, x6, x10, xH, x15 nie sa uwzglednione przy obliczeniach. W ten sposób wyniki obliczen pozbawione sa bledów wynikajacych ze znieksztalcen zboczy uskoków poziomów mocy pokazanych na fig. 2. Obniza sie w ten sposób wymaganie techniczne na wiernosc przenoszenia zboczy impulsów przez tor mikrofalowy zestawu. Ponadto w podokresach x6 i xt t odbywa sie zerowanie ukladów calkujacych odpowiednio 9 i 11. Odczyt napiecia wyjsciowego z ukladu usredniajacego 9 przez kluczowany woltomierz obwodów wskaznika wyjsciowego 10 odbywa sie w podokresach Xi5, x1# x2i x3, x4 natomiast odczyt napiecia wyjsciowego z ukladu usredniajacego 11 przez obwody automatycznej regulacji wzmocnienia 13 —w podokre¬ sach x5 ... x9.Dzialanie poszczególnych bloków synchronizowane jest za pomoca ukladu 15 sterowania kluczami. Uklad zawierajacy licznik liczacy do pietnastu oraz dekoder i przelacznik impulsów sterujacych klucze, pozwala na zmiany w rozdziele czasowym pracy bloków. Mozliwosc zmiany przedzialów czasowych jest wykorzystana do kalibaacji zestawu, która polega na takiej zmianie podokresów pracy ukladu calkujacego 9, ze oba uklady usredniajace 9 i 11 obliczaja tylko napiecie proporcjonalne do róznicy mocy P! —P2. W tym przypadku wskaznik wyjsciowy 10 wskaze napiecie proporcjonalne do znanej wartosci A. PL