DE3214974A1

DE3214974A1 - Method for expanding the temperature measuring range of impedance-independent radiometers

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Publication number: DE3214974A1
Application number: DE19823214974
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 4223 Voerde Reinschlüssel; Burkhard Prof. Dr.-Ing. 4630 Bochum Schiek; Heinz-Jürgen Dipl.-Ing. 4200 Oberhausen Siweris; Manfred Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Spaude
Original assignee: SIWERIS HEINZ JUERGEN DIPL ING
Current assignee: SIWERIS HEINZ JUERGEN DIPL ING
Priority date: 1982-04-22
Filing date: 1982-04-22
Publication date: 1983-11-03

Abstract

The invention relates to a method for measuring the noise temperature of mismatched dipoles of the temperature range below and above room temperature, and a noise temperature measuring device for carrying out the method. In accordance with Illustration 1, a coupler (K1) and an attenuator (D1) are connected between the input gates of a compensating radiometer and the circulator arrangement for compensating the reflection factor of the measurement object. The coupler (K1) is connected to an auxiliary noise source (R3). The noise temperature of the measurement object is determined in a measurement method comprising two steps. Further embodiments relate to the replacement of the circulator. By contrast with previously known methods, it is possible using this measurement system to measure the entire temperature measuring range both below and above room temperature without the radiometer or parts thereof having to be refrigerated. The exclusive use of noise sources creating noise above room temperature, and the possibility of building up the measurement system without non-reciprocal components, open up a wide field of application to this method. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zur Bestimmung der Rausch-The invention relates to a measuring method for determining the noise

teeneratur eines Zweipols unabhängig von seiner Impedanz für den Temperaturbereich sowohl oberhalb als auch unterhalb Raumtemperatur und ein Rauschtenperatur4eßgerät zur Durchführung des Verfahrens.teeneratur of a two-pole independent of its impedance for the temperature range both above and below room temperature and a noise temperature measuring device to carry out the procedure.

Radiometer dienen als empfindliche, rauscharme Meßsystem zur Bestimmung von Rauschtemperaturen. Eine wichtige Anwendung besteht neben der Ermittlung der Rauschtemperaturen von emittierenden objekten in der Bestimmung der Zweipol-Rauschtemperatur von elektronischen Bauelementen oder Netzwerken wie z.B. von pn-Übergängen, Schottky-Dioden oder Frequenzkonvertern.Radiometers serve as a sensitive, low-noise measuring system for determination of noise temperatures. In addition to determining the Noise temperatures of emitting objects in the determination of the two-pole noise temperature of electronic components or networks such as pn junctions, Schottky diodes or frequency converters.

Die quantitative Bestimmung von Zweipol-Rauschtemperaturen erfolgt üblicherweise mit anpassungsunabhängigen koMpensierenden Radiate tern unter Verwendung von Rauschquellen, die in ihrer Rauschtemperatur oberhalb Raumtemperatur liegen. Die minimal einstellbare Temperatur von angepaßten variablen Rauschquellen beträgt dabei genau Raumtemperatur. Dieses bedeutet aber, daß für eine Vermessung von Meßobjekten mit relativ niedrigen Rauschtepperaturen wie z.B. Schottky-Dioden diese Rauschquellen nicht benutzt werden können. Bei bisher bekannten Verfahren ist es daher notwendig, die Referenz-Quellen und eventuell weitere Teile des Meßsystems tiefzukühlen, z.B. mit flüssigem Stickstoff. Dies stellt jedoch einen erheblichen technischen Aufwand der, der den Anwendungsbereich stark einschränkt.The quantitative determination of two-pole noise temperatures takes place usually with adaptation-independent compensating radiates using from noise sources whose noise temperature is above room temperature. The minimum adjustable temperature of adapted variable noise sources is exactly room temperature. However, this means that for measuring objects to be measured with relatively low noise levels such as Schottky diodes these noise sources cannot be used. With previously known methods, it is therefore necessary to to freeze the reference sources and possibly other parts of the measuring system, e.g. with liquid nitrogen. However, this represents a considerable technical effort the one that severely restricts the scope.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Rauschtenperatur-Meßgerät zu entwickeln, welches eine Messung von Rauschteeperaturen Unterhalb der Raumtemperatur ohne Verwendung tiefgekühlter Rauschquellen anpassungsunabhängig gestattet.The invention is therefore based on the object of a noise temperature measuring device to develop which is a measurement of noise levels below room temperature Allowed without the use of deep-frozen noise sources regardless of adjustment.

Die ibsung dicser Aufgabe besteht in einem Verfahren, welches durch folgende Maßnahmen gekennzeichnet ist: a) über einen Dreitor-Zirkulator wird ein Rauschsignal einer Referenz-Rauschquelle dem Meßobjekt zugeführt und von diesem entsprechend seinem Reflexionsfaktor reflektiert. Das reflektierte Referenz-Rauschsignal gelangt zusaneen mit dem vom Meßobjekt emittierben Rauschsignal über den Zirkulator und dann über den Hauptpfad eines Richtkopplers mit prinzipiell beliebiger Koppeldänpfung zu einem der beiden Eingangstore eines Kompensationsradiometern, Uber einen Koppelpfad des Richtkopplers wird diesem Eingangstor ein Rauschsignal einer Hilfs-Rauschquelle zugeführt. Das verbleibende Tor des Richtkopplers ist reflexionsfrei abgeschlossen.The task of this task consists in a process which is carried out by the following measures is characterized: a) a three-port circulator is a Noise signal from a reference noise source supplied to the device under test and from this corresponding reflected by its reflection factor. That reflected The reference noise signal comes together with the noise signal emitted by the test object via the circulator and then via the main path of a directional coupler with in principle any coupling attenuation to one of the two entrance gates of a compensation radiometer, A noise signal is sent to this input port via a coupling path of the directional coupler fed to an auxiliary noise source. The remaining gate of the directional coupler is reflection-free closed.

b) über ein Dämpfungsglied wird ein Rauschsignal einer Referenz-Rauschquelle dem zweiten Eingangstor des Kcrrpensaticnsradiareters zugeführt. Die Dämpfung des Dämpfungsgliedes ist gleich der Durchgangsdämpfung des Richtkopplers.b) A noise signal from a reference noise source is transmitted via an attenuator fed to the second entrance gate of the Kcrrpensaticnsradiareter. The attenuation of the Attenuator is equal to the transmission loss of the directional coupler.

c) Die Rauschsignale der variablen Referenz-Rauschquellen besitzen die gleiche spektrale Leistungsdichte und sind nicht miteinander korreliert.c) Have the noise signals of the variable reference noise sources have the same power spectral density and are not correlated with each other.

d) Für den Fall, daß die Rauschtemperatur des Meßobjektes unterhalb der Raumtemperatur liegt, besteht das Meßverfahren aus zwei Meßschritten. Im ersten Meßschritt werden die Referenz-Rauschquellen abgeschaltet und nehmen damit als Rauschtepperatur die Umgebungstemperatur an. Mit Hilfe der variablen Hilfs-Rauschquelle wird ein Nullabgleich des kompensierenden Radiometers durchgeführt. Im zweiten Schritt des Meßverfahrens wird die Rauschteeperatur der Hilfs-Rauschquelle um einen prinzipiell beliebigen Faktor n erhöht. Mit den Referenz-Rauschquellen wird ein Nullabgleich herbeigeführt.d) In the event that the noise temperature of the device under test is below the measuring process consists of two measuring steps. In the first In the measurement step, the reference noise sources are switched off and thus take the form of the noise characteristic the ambient temperature. With the help of the variable auxiliary noise source, a Compensating radiometer has been zeroed. In the second step of the Measuring method, the noise temperature of the auxiliary noise source is in principle by one any factor n increased. A zero adjustment is made with the reference noise sources brought about.

Zwischen den bekannten Größen, nämlich den spektralen laistungsdichten der Referenz-Rauschquellen, dem Faktor n der Hilfs-Rauschquelle und der Rauschtenperatur des Meßobjektes besteht ein eindeutiger Zusammenhang. Die Kenntnis des Reflexionsfaktors des Meßobjektes ist nicht erforderlich. Between the known quantities, namely the spectral power densities the reference noise sources, the factor n of the auxiliary noise source and the noise temperature of the test object there is a clear connection. Knowing the reflection factor of the test object is not required.

e) Für den Fall der Rauschtenperatur des Meßobjektes oberhalb der Raumtemperatur entfällt der erste Meßschritt. Die Hilfs-Rauschquelle wird abgeschaltet und nimmt in ihrer Rauschtemperatur Um gebungstemperatur an. Der Nullabgleich wird mittels der Referenz-Rauschquellen durchgeführt. Zwischen den spektralen Leistungsdichten der Referenz-Rauschquellen und der Rauschtenperatur des Meßobjektes besteht ein eindeutiger Zusammenhang.e) For the case of the noise temperature of the test object above the Room temperature the first measuring step is omitted. The auxiliary noise source is switched off and increases in their intoxication temperature to ambient temperature. The zero adjustment is carried out using of the reference noise sources. Between the spectral power densities the reference noise sources and the noise temperature of the DUT exist clear connection.

Ein impedanz-unabhängiges Rauschtemperatur mit erweitertem Teeeeratur-Meßbereich zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemaß durch folgende Merkmale gekennzeichnet: a) Das Meßcbjekt ist über einen Dreitor-Zirkulator mit einem Richtkoppler derart verbunden, daß das vom Meßobjekt ausgesandte Signal direkt auf den Koppler gelangt. Das verbleibende Tor des Zirkulators ist mit einer Referenz-Rauschquelle mit variabler Rauschtemperatur beschaltet. Der Hauptpfad des Kopplers ist mit einem der beiden Eingangstore eines kompensierenden Radiometers verbunden. Das mit dem Radiareter verkoppelte Tor des Richtkopplers ist mit einer variablen Hilfs-Rauschquelle beschaltet, das verbleibende Tor wird reflexicnsfrei abgeschlossen.An impedance-independent noise temperature with an extended tea temperature measuring range for carrying out the method is characterized according to the invention by the following features: a) The measuring object is via a three-port circulator with a directional coupler connected that the signal sent by the DUT reaches the coupler directly. The remaining port of the circulator is variable with a reference noise source Noise temperature connected. The main path of the coupler is with either of the two Entrance gates of a compensating radiometer connected. About the radio meter The coupled gate of the directional coupler is connected to a variable auxiliary noise source, the remaining gate is locked reflexively.

b) Das zweite Tor des Radianrters ist über ein Dämpfungsglied mit einer zweiten Referenz-Rauschquelle verbunden. Die Dämpfung des Dämpfungsgliedes ist gleich der Durchgangsdämpfungs des Richtkopplers. Außerdem ist die Rauschtepperatur des Dämpfungsgliedes gleich der Umgebungstemperatur.b) The second gate of the Radianrters is via an attenuator with connected to a second reference noise source. The attenuation of the attenuator is equal to the transmission loss of the directional coupler. In addition, the noise is characteristic of the attenuator is equal to the ambient temperature.

c) Die beiden variablen Referenz-Rauschquellen sind miteinander derart gekoppelt, daß ihre Rauschtemperaturen im gesamten Variationsbereich übereinstimmungen Die Rauschsignale der Referenz-Rauschquellen sind jedoch nicht korrleliert.c) The two variable reference noise sources are such with each other coupled that their noise temperatures agree in the entire range of variation However, the noise signals of the reference noise sources are not correlated.

Weitere Ausgestaltungen dieses Rauschtemperatur-Meßgerätes ergeben sich aus den Unteranspruchen 3 bis 11.Further refinements of this noise temperature measuring device result from subclaims 3 to 11.

Bei dem Verfahren ist es im Gegensatz zu bestehenden Verfahren möglich, fehlangepaßte Meßobjekte mit Rauschtemperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur zu vermessen, ohne tiefgekühlte Rauschquellen zu verwenden.In contrast to existing procedures, the procedure enables Mismatched DUTs with noise temperatures below the ambient temperature to measure without using frozen noise sources.

Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind vor allen in der Vermeidung von Tiefkühlmaßnamhen zu sehen. Es sind Messungen von Rauschtemperaturen, die sowohl unterhalb als auch oberhalb Raunanperatur liegen, ohne Veränderung des Aufbaues möglich. Das Verfahren benötigt keine nicht-reziproken Bauelemente und ist sanit in einem weiten Frequenzbereich einsetzbar, also auch in dem Bereich unterhalb 1 GHz, in dem nicht-reziproke, passive Bauelemente mit den geforderten Daten nicht zur Verfügung stehen. Ferner ist es bei diesem Verfahren nicht notwendig, die spektrale Leistungsdichte der variablen Hilfs-Rauschquelle zu kennen, wodurch sich eine aufwendige, geeichte Rauschquelle erübrigt.The advantages of the method according to the invention are above all in the To see avoidance of frozen food. There are measurements of noise temperatures, which are both below and above the room temperature, without changing the Construction possible. The method does not require any non-reciprocal components and can be used sanitely in a wide frequency range, i.e. also in the area below 1 GHz, in which non-reciprocal, passive components with the required data do not be available. Furthermore, with this method it is not necessary to use the spectral Knowing the power density of the variable auxiliary noise source, which results in a complex, calibrated noise source unnecessary.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigt: Bild 1 Prinzipschaltung des iwpedanz-unabhängigen Raus chtepperatur -Meßgerätes mit erweitertem Temperatur-Meßbereich unter Verwendung eines Zirkulators Bild 2 Blockschaltbilder kompensierenden Radiometer Bild 3 Prinzipschaltung des impedanz-unabhängigen Rauschtemperatur-Meßgerätes mit erweitertem Temperatur-Meßbereich ohne Zirkulator Bild 4 Ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines impedanz-unabhängigen Rauschtemperatur-Meßgerätes mit erweitertem Temperatur-Meßbereich ohne Zirkulator Von einem fehlangepaßten Meßobjekt MO wird ein Rauschsignal emittiert, dessen Leistungsdichte proportional zu Tobj (1-###²) ist, wobei Tobj die Rauschtemperatur und # der Reflexionsfaktor des Meßobjektes ist. Nach Durchlaufen des Zirkulators Z und des Richtkopplers K1 mit dem Übertragungsfaktor 1 - kl , wobei k1 der Koppelfaktor des Kopplers K1 ist, liefert dieses Signal den Beitrag (1-k1)#(1-###²)#Tobj zur Rauschtemperatur T1 am Eingangstor # des kompensierenden Radiometers RM <vgl. Bild 1). Entsprechend liefert die Referenz-Rauschquelle R1 mit der Rauschtemperatur T1 den Beitrag Tr###-(1- k1) und die Hilfs-Rauschquelle R3 mit der Rauschtemperatur TH den Beitrahg k1#TH. Für die Rauschtemperatur T1 ergibt sich somit T1 = Tobj # (1-k1)#(1-###²) + Tr#(1-k1)####² + +k1#TH (1) Eine entsprechende Betrachtung für das Tor # des Radiometers ergibt die Rauschtemperatur T2 = T? -#1 - k1) + k1#T0 (2) wobei T0 die Umgebungstemperatur darstellt.It shows: Figure 1 Schematic circuit of the impedance-independent noise control -Measuring device with extended temperature measuring range using a circulator Fig. 2 Block diagrams of compensating radiometer Fig. 3 Basic circuit of the Impedance-independent noise temperature measuring device with extended temperature measuring range without circulator Figure 4 A schematic diagram of an embodiment of an impedance-independent Noise temperature measuring device with extended temperature measuring range without circulator from a mismatched DUT MO a noise signal is emitted, its power density proportional to Tobj (1 - ### ²), where Tobj is the noise temperature and # is the reflection factor of the test object is. After passing through the circulator Z and the directional coupler K1 with the transmission factor 1 - kl, where k1 is the coupling factor of the coupler K1, this signal delivers the contribution (1-k1) # (1 - ### ²) #Tobj to the noise temperature T1 am Entrance gate # of the compensating radiometer RM <cf. Image 1). Corresponding the reference noise source R1 with the noise temperature T1 supplies the contribution Tr ### - (1- k1) and the auxiliary noise source R3 with the noise temperature TH contributes k1 # TH. For the noise temperature T1 we get T1 = Tobj # (1-k1) # (1 - ### ²) + Tr # (1-k1) #### ² + + k1 # TH (1) A corresponding consideration for gate # of the radiometer results the noise temperature T2 = T? - # 1 - k1) + k1 # T0 (2) where T0 is the ambient temperature represents.

Die für den Nullabgleich notwendige Bedingung T1 = T2 ergibt den Zusammenhang Im ersten Meßschritt wird dieser Nullabgleich durch Variation der Hilfs-Rauschtemperatur TH erreicht, nachdem die Referenz-Rauschquellen abgeschaltet und somit Tr = T0 erzwungen wurde. Im zweiten Meßschritt wird zunächst die Hilfs-Rauschtemperatur um den Faktor n auf n TH erhöht und der Nullabgleich über eine Variation der Referenz-Rauschtemperatur Tr hergestellt. Die Objekt-Rauschtemperatur Tobj ergibt sich aus den bekannten Größen Tr, T0 und n zu Besondere Vorteile bietet der Fall, in dem der Faktor n den Wert 2 annimmt, dann ergibt sich folgende Verknüpfung zwischen der Objekttemperatur Tobj und der Ubertemperatur TrÜ = Tr - T0 der Referenzobj Rauschquellen Tobj = T0 -Trü (4a) Die Gleichungen (4,4a) sind gültig für Objekttemperaturen, die unterhalb der Raumtemperatur liegen. Anderenfalls entfällt der erste Meßschritt, durch Abschalten der Hilfs-Rauschquelle R3 wird TH = T0 erzwungen und es gilt T =T (5) r Drei bekannte Realisierungsmöglichkeiten des kompensierenden Radioireters RM, nämlich das Dicke-Radiometer (a.), das Graham-Radiometer (b.) und das Korrelations-Radiometer (c.) sind in dem Bild 2 dargestellt. Beim Dicke-Radiometer wird über einen Umschalter 1 abwechselnd das Rauschsignal von Tor # und Tor auf den Verstärker 2 gegeben und dann in einem Detektor 3 gleichgerichtet. Das entstehende Signal wird in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 4 mit dem Umschalttakt des Umschalters 1, der in dem Takt-Generator 5 erzeugt wird, verglichen und dann zur Anzeige gebracht.The condition T1 = T2 necessary for the zero adjustment results in the relationship In the first measuring step, this zero adjustment is achieved by varying the auxiliary noise temperature TH after the reference noise sources have been switched off and Tr = T0 has thus been enforced. In the second measuring step, the auxiliary noise temperature is first increased by the factor n to n TH and the zero adjustment is established by varying the reference noise temperature Tr. The object noise temperature Tobj results from the known quantities Tr, T0 and n zu The case in which the factor n assumes the value 2 offers particular advantages, then the following link results between the object temperature Tobj and the excess temperature TrÜ = Tr - T0 of the reference object Noise sources Tobj = T0 -Trü (4a) The equations (4,4a ) are valid for object temperatures that are below room temperature. Otherwise, the first measurement step is omitted, by switching off the auxiliary noise source R3, TH = T0 is forced and T = T (5) r applies (b.) and the correlation radiometer (c.) are shown in Figure 2. In the thickness radiometer, the noise signal from gate # and gate is alternately sent to the amplifier 2 via a switch 1 and then rectified in a detector 3. The resulting signal is compared in a phase-sensitive rectifier 4 with the switching clock of the switch 1, which is generated in the clock generator 5, and then displayed.

Im Graham- Radiometer werden die Rauschsignale der Tore und abwechselnd über einen Wechselschalter 6, der von einem Takt-Generator 13 gesteuert wird, auf zwei gleiche Verstärker 7 und 8 gegeben und nach einer Gleichrichtung in den Detektoren 9 und 10 mittels eines Summierers 11 addiert. Das entstehende Summensignal wird dann in einem phasenempfindlichen Gleichrichter 12 mit dem Schalttakt verglichen und angezeigt.In the Graham radiometer the noise signals of the gates and are alternating via a changeover switch 6 which is controlled by a clock generator 13 given two equal amplifiers 7 and 8 and after rectification in the detectors 9 and 10 are added by means of a summer 11. The resulting sum signal is then compared in a phase-sensitive rectifier 12 with the switching clock and displayed.

Beim Korrelations-Radiometer durchlaufen die von den Ihren # und kommenden Rauschsignale einen 3dB-Koppler 14 und gelangen über die Verstärker 15 und 16 auf einen Korrelator 17, dessen Ausgangs- signal angezeigt wird. Bei allen drei Radiometertypen wird die Anzeige zu Null, wenn die den Toren # und (g zufließenden Rauschsignale gleiche Ieistungsdichten aufweisen.With the correlation radiometer, those coming from your # and Noise signals enter a 3 dB coupler 14 and pass through amplifiers 15 and 16 a correlator 17 whose output signal is displayed. at For all three types of radiometers, the display goes to zero if the gates # and (g incoming noise signals have the same power densities.

Die Radiometer sind in der Literatur (z.B. M. E. Tiuri, Radio Astronw Receivers, IEEE Trans. Antennas Propag. ap-12, 930 - 938 (1964)) näher beschrieben.The radiometers are in the literature (e.g. M. E. Tiuri, Radio Astronw Receivers, IEEE Trans. Antennas Propag. ap-12, 930-938 (1964)).

Das Meßverfahren kann auch auf ein impedanz- unabhängiges Radiometer ohne Zirkulator angewandt werden (vgl. Bild 3). Das von einem fehlangepaßten Meßobjekt MO emittierte Rauschsignal mit der spektralen Leistungdichte proportional zu Tobj#(1-###²) durchläuft die Koppler K2 und K1 , die die Koppelfaktoren k2 bzw. k1 aufweisen, und liefert zur Rauschtemperatur T1 am Eingangstor # des kompensierenden Radiometers RM des Beitrag Tobj#(1-k1)#(1-k2)#(1-###²).The measuring process can also be carried out on an impedance-independent radiometer can be used without a circulator (see Fig. 3). That of a mismatched DUT MO emitted noise signal with the spectral power density proportional to Tobj # (1 - ### ²) passes through the couplers K2 and K1, which have the coupling factors k2 and k1, and provides the noise temperature T1 at the input port # of the compensating radiometer RM of the contribution Tobj # (1-k1) # (1-k2) # (1 - ### ²).

Entsprechend liefern die Referenz-Rauschquelle R1 mit der Rauschtemperatur Tr und die Hilfs-Rauschquelle R3 mit der Rauschtemperatur TH die Beiträge Tr###²#(1-k1)#(1-k2)#k2 und TH#k1.Correspondingly, the reference noise source supplies R1 with the noise temperature Tr and the auxiliary noise source R3 with the noise temperature TH the contributions Tr ### ² # (1-k1) # (1-k2) # k2 and TH # k1.

Die auf der Umgebungstemperatur T0 liegenden reflexionsfrei Abschlüsse der Koppler tragen noch T0#k2#(1-k1) und ###²#k1#(1-k2)²#(1-k1)#To zu T1 bei. Zu berücksichtigen ist weiterhin das vom Tor ¢I des kompensierenden Radiometers RM entsprechend der Rauschtemperatur Te emittierte Rauschsignal, das den Beitrag Te#(1-k2)#(1-k1)²####² liefert. Somit ergibt sich für die Rauschtemperatur T1 T1 = Tobj#(1 - k1)(1-k2)(1-###²) + Tr####²#k2#(1-k1)(1-k2)+ + k1#TH + Te####²#(1-k2)²#(1-k1)² + To#k2#(1-k) + + To#####²#(1-k2)²#(1-k)#k1 (6) Entsprechend ergibt sich an Tor # für T2 T2 = Tr#k2#(1-k2)(1-k1) + Te#(1-k1)²#(1-k2)² + To#k1 + + To#k1#(1-k1) + To#k1#(1-k2)²#(1-k1) (7) über den Nullabgleich erhält man Nach Durchführung derselben Meßschritte wie bei dem Rauschteeperatur-Meßgerät nach Bild 1 ergibt sich für den Temperaturbereich unterhalb Raumtemperatur Für den Bereich oberhalb Raumtemperatur gilt Tobj = Tr#k2 + Te#(1-k1)(1-k2) + To#k1#(1-k2) (10) Die Gleichungen (9,10) verkürzen sich sehr, wenn die Eingangsrauschtemperaturen des Radiometers RM Raumtemperatur annehmen und mit einem Variationsfaktor n von 2 gearbeitet wird. Es gilt dann für Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur Tobj = To - k2#Trü (9a) Wobei TrÜ die Ubertenperatur der Reicrenz-Rauschquellcn darstellt.The reflection-free terminations of the couplers at ambient temperature T0 also contribute T0 # k2 # (1-k1) and ### ² # k1 # (1-k2) ² # (1-k1) #To to T1. The noise signal emitted by the port ¢ I of the compensating radiometer RM in accordance with the noise temperature Te, which supplies the contribution Te # (1-k2) # (1-k1) ² #### ², must also be taken into account. Thus, for the noise temperature T1, T1 = Tobj # (1 - k1) (1-k2) (1 - ### ²) + Tr #### ² # k2 # (1-k1) (1-k2) + + k1 # TH + Te #### ² # (1-k2) ² # (1-k1) ² + To # k2 # (1-k) + + To ##### ² # (1-k2) ² # (1-k) # k1 (6) Correspondingly, at gate # for T2 T2 = Tr # k2 # (1-k2) (1-k1) + Te # (1-k1) ² # (1-k2 ) ² + To # k1 + + To # k1 # (1-k1) + To # k1 # (1-k2) ² # (1-k1) (7) is obtained via the zero adjustment After carrying out the same measuring steps as for the noise temperature measuring device according to Fig. 1, the temperature range below room temperature is obtained For the range above room temperature, Tobj = Tr # k2 + Te # (1-k1) (1-k2) + To # k1 # (1-k2) (10) The equations (9,10) become much shorter if the Assume the input noise temperatures of the RM radiometer to be room temperature and work with a variation factor n of 2. Then, for temperatures below room temperature, Tobj = To - k2 # Trü (9a) Where TrÜ represents the excess temperature of the noise sources.

Für Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur gilt Tobj = To + k2#Trü (10a) Das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Raus chteperatur-Meßgerätes nach der Erfindung zeigt Bild 4 . Als kompensierendes Radiometer wird hierbei ein Korre lations-Radiatter verwendet, dessen Eingängen jeweils eine Richtungsleitung, I1 und I2, vorgeschaltet ist, um Meßfehler durch die Korrelation der Eingangs- und Ausgangsrauschwellen der Verstärker des Radioneters zu verhindern. Da die Richtungs leitungen ihrerseits Rauschsignale mit der Rauschtemperatur gleich der Umgebungstemperatur emittieren, können die Hilfs-Rauschquelle R4 und das Dämpfungsglied D3 (vgl. Bild 3) zusammengefaßt und durch einen reflexionsfreien Abschluß auf Raumtemperatur ersetzt werden. Die Dämpfungsglieder D2 und D1 sind durch zwei Koppler KD2 und KD1 realisiert, deren verbleibende Tore reflexionsfrei abgeschlossen sind. Die reflexionsfreien Abschlüsse der mit dem Tor verkoppelten Arme nehmen Raumtemperatur an. Die Steuer- und Regeleinheit SRG steuert die beiden Meßschritte und führt mit Hilfe eines PI-Reglers einen automatischen Nullabgleich durch. Im abgeglichenen Zustand ist das auf die Referenz-Rauschquellen wirkende Signal ein Maß für die gesuchte Rauschtemperatur des Meßobjektes.For temperatures above room temperature, Tobj = To + k2 # Trü applies (10a) The block diagram of an embodiment of the noise measurement device according to the invention is shown in Figure 4. A compensating radiometer is used here Correlation radiatter is used, the inputs of which each have a directional line, I1 and I2, is connected upstream to measure errors due to the correlation of the input and To prevent output noise from the amplifiers of the radioneter. Since the direction Lines in turn noise signals with the noise temperature equal to the ambient temperature can emit, the auxiliary noise source R4 and the attenuator D3 (see Fig 3) combined and replaced by a reflection-free closure at room temperature will. The attenuators D2 and D1 are implemented by two couplers KD2 and KD1, the remaining gates of which are locked without reflection. The non-reflective Closures of the arms coupled to the gate take on room temperature. The tax- and control unit SRG controls the two measuring steps and performs with the help of a PI controller an automatic zero adjustment. In the balanced state, this is on the Reference noise sources acting signal a measure of the noise temperature sought of the test object.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Method for expanding the temperature measuring range from impedance-independent Radiometers A n p r e c h e 1. Method of measuring the noise temperature mismatched Two-pole for the temperature rangec below and above the room temperature, characterized by the following measures: a) via a three-port circulator (Z) a noise signal from a reference noise source (R1) is supplied to the device under test (O) and reflected by this according to its reflection factor. The reflected reference noise signal passes through the circulator along with the noise signal emitted from the measured object (M0) (Z) and then via the main path of a directional coupler (K1) with, in principle, any Coupling attenuation to one of the two input ports of a compensation radiometer (RM). A noise signal is sent to this input port via the coupling path (p1r) of the directional coupler (K1) an auxiliary noise source (R3) fed. The remaining gate of the directional coupler (K1) is closed without reflection.

b) A noise signal from a reference noise source is transmitted via an attenuator (D1) (R2) fed to the second input port of the compensation radiometer (RM). The cushioning of the attenuator (D1) is equal to the transmission loss of the directional coupler (K1).

c) The noise signals of the variable reference noise sources (R1) and (R2) have the same power spectral density and are not correlated with one another.

d) In the event that the noise temperature of the measuring object (MO) is below half of room temperature, the measuring process consists of two measuring steps. in the In the first measurement step, the reference noise sources (R1) and (R2) are switched off and thus assume the ambient temperature as the noise temperature. With the help of the variable Auxiliary noise source (R3) is a zero balance of the compensating radiometer (RM) carried out. In the second step of the measurement process, the noise temperature is the Auxiliary noise source (R3) increased by any factor n in principle. With the Reference noise sources (R1) and (R2) a zero adjustment is brought about.

Between the known quantities, namely the spectral power densities the reference noise sources (R1, R2), the factor n of the auxiliary noise source (R3) and there is a clear correlation with the noise temperature of the test object (MO). It is not necessary to know the reflection factor of the measurement object (MO).

e) For the case of the noise temperature of the test object (MO) above the first measurement step is omitted for room temperature. The auxiliary noise source (R3) becomes switched off and Nmnt in their noise temperature ambient temperature. The zero adjustment is carried out by means of the reference noise sources (R1) and (R2). Between Spectral power densities of the reference noise sources (R1, R2) and the noise temperature of the measurement object (MO) there is a clear connection.

2. Impedance-independent noise temperature measuring device with extended Temperature measuring range for carrying out the method according to Claim 1, characterized by the following features: a) The object to be measured (MO) is via a three-port circulator (Z) connected to a directional coupler (K1) in such a way that the measured object is sent out Signal reaches the coupler (K1) directly. The remaining gate of the circulator (Z) is connected to a reference noise source (R1) with a variable noise temperature. The main path of the coupler (K1) is with one of the two entrance gates of a koNpensiedenden Radiometers (RM) connected. The directional coupler gate coupled to the radiometer (RM) (K1) is connected to a variable auxiliary noise source (R3), the remaining one The gate is locked without reflection.

b) The second port of the radianeter (RM) is via an attenuator (D1) it is connected to a second reference noise source (R2). The attenuator of the attenuator (D1) is equal to the passage attenuation of the directional coupler (K1). In addition, the noise temperature of the attenuator (D1) is equal to the ambient temperature.

c) The two variable reference noise sources (R1, R2) are with one another coupled in such a way that their noise temperatures coincide over the entire range of variation. However, the noise signals of the reference noise sources (R1, R2) are not correlated.

3. Noise temperature measuring device according to claim 2, characterized in that that the compensating radiometer (RM) works on the principle of a "thickness radiometer" is realized.

4. Noise temperature measuring device according to claim 2, characterized in that that the compensating radiareter (RM) works on the principle of a GraharrrReoeiver " is realized.

5. Noise temperature measuring device according to claim 2, characterized in that that the compensating radiareter (RM) based on the principle of a correlation radio arter " is realized.

6. Noise temperature measuring device according to one of claims 2 to 5, characterized by the following features: a) The three-port circulator (Z) is through a directional coupler (K2) replaced, so that a main path of this coupler is the test object (MO) with the directional coupler (K1) connects. The reference noise source (R1) is via the coupling path (p21) of the Coupler (K2) connected to the device under test (M0). The remaining gate of the directional coupler (K2) is closed without reflection.

b) The reference noise source (R2) is replaced by the following arrangement: Another auxiliary noise source (R4) is via an attenuator (D3), then via the main path of a directional coupler (K3) and finally via another attenuator (D2) connected to the attenuator (Di). The one coupled to the attenuator (D2) The directional coupler gate (K3) is connected to a variable reference noise source (R5), the remaining gate is locked without reflection.

c) The coupling factors of the directional couplers (K2, K3) match. the Attenuation of the attenuator (D2) is equal to the throughput loss of the coupler (K2). The attenuation of the attenuator @ 3) is equal to the throughput attenuation of the coupler (K1).

d) The spectral power densities of the noise sources (R1, R5) are correct in the entire range of variation. The noise temperatures of the reflection-free Terminations of the coupler (K2, K1) and the attenuators (D1, D2, D3) are the same Ambient temperature.

e) The noise temperatures of the two inputs of the compensating Radiometers (RM) are the same as each other and agree with the noise temperature of the auxiliary noise source (R4).

7. Noise temperature measuring device according to claim 6, characterized in that that the input noise temperatures of the radiometer (RM) assume ambient temperature. The auxiliary noise source (R4) and the attenuator (D3) are brought to room temperature by a lying reflection-free closure replaced.

8. Noise temperature measuring device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the variation factor n has the value 2 anniiri.

9. Noise Pepperature measuring device according to one of claims 2 to 7, characterized in that one or more attenuators each through the main path of a Directional coupler to be replaced, the passage attenuation of the attenuator is equivalent to. The remaining gates are locked without reflection.

10. Noise temperature measuring device according to claim 6, characterized in that that a falsification of the measurement result due to the correlation between the at the input and self-noise signals of the preamplifier of the radiometer emerging at the output (RM) is eliminated or reduced by one of the following measures: a) The entrance gate of the radiometer (RM) connected to the measurement object (MO) is connected to a directional line wired in such a way that the self-noise threshold exiting the goal does not reach the object to be measured (MO). The auxiliary noise source (R4) increases with its noise temperature Ambient temperature.

b) The amplifiers are replaced by those whose input and Output noise signals are not correlated.

11. Noise temperature measuring device according to one of claims 2 to 7, characterized characterized in that a suitable control and regulation unit (SRG) with the help of the Output signal of the compensating radar meter (RM) the noise sources (R1, R2, R3, R5) controls so that the two measuring steps take place automatically.