Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



циального твердотельного генератора повышенной мощности;

градуировка рабочих ГШ с усреднением результатов измерений;

диагностирование исправности и поверка ИКШ.

13.4. ИСТОЧНИКИ ШУМОВЫХ СИГНАЛОВ

в качестве градуированных по температуре шума или спектральной плотности мощности шумов источников сигналов при измерениях шумовых параметров приемно-усилительных устройств, СВЧ интегральных микросхем, транзисторов и пр. используется значительная номенклатура генераторов шума. Физическая природа возникновения флуктуации электрического тока или напряжения весьма разнообразна. Она может заключаться в тепловом движении электронов (тепловой шум), дрейфе носителей тока (дробовой эффект), флуктуациях проводимости (избыточный шум) и др. В качестве первичных источников шума в задающих генераторах используются различные устройства: газоразрядные приборы, вакуумные и полупроводниковые приборы и др. Классификация основных приборов, используемых в качестве первичных источников шума, приведена на рис 13.19.

Применение тех или иных первичных источников в генераторах шума определяется предъявляемыми к ним требованиями по рабочей полосе частот, уровню, равномерности в полосе частот, стабильности мощности и другим параметрам.

13.4.1. ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ШУМА

Наибольшее применение в сантиметровом диапазоне волн в качестве первичного

источника шума нашли газоразрядные шумовые трубки с положительным столбом. Газоразрядные шумовые трубки (ГШТ) имеют высокую равномерность спектральной плотности мощности шума в широкой полосе частот, стабильный и относительно высокий уровень мощности, просты в эксплуатации, устойчивы к жестким воздействиям внешней феды и обладают достаточно высокой эксплуатационной надежностью.

Газоразрядные шумовые трубки представляют собой стеклянную трубку, наполненную инертным газом (аргоном или неоном) до давления от сотен до тысяч Паскалей. На одном конце трубки расположен прямонакальный, или подогревный, катод, на противоположном - анод. Свойство газоразрядных трубок генерировать шумы обусловлено колебаниями электронов в плазме. Теория разрядов в трубках, наполненных под небольшим давлением инертными газами, достаточно полно изложена в литературе по газовому разряду.

Для практического использования шумового излучения положительного столба ГШТ помещают в специальные генераторные секции. В зависимости от диапазона частот и типа трубки могут быть использованы генераторные секции, выполненные на волноводе, коаксиальной или полосковой линии.

Волноводные шумовые генераторы представляют собой отрезок волновода, в центре широкой стенки которого под малым углом (7-15°) помещается ГШТ. Наклонное положение трубки в волноводе обеспечивает при разряде равномерное внесение потерь на достаточной длине линии, благодаря чему достигается удовлетворительное согласование ГШТ с линией передачи в широком диапазоне частот. Конструирование генераторов шума в коротковолновой части

Газоразрядные приборы

Газоразрядные диоды Б магнитном попе

Газоразрядные трубки с положительным столбом

Шумовые приборы

Тепловые источники

Специальные резисторы

Тиратроны и газотроны

Вакуумные приборы

Шумовые диоды

Фотодиоды

Полупроводниковые приборы

Фоторезисторы

Полупроводниковые диоды

Рис. 13.19. Классификационная схема основных приборов, используемых в качестве первичных

источников шума



миллиметровых волн сопряжено с большими трудностями из-за малого диаметра и толщины стенок ГШТ. В связи с этим шумовые генераторы миллиметрового диапазона изготовляются пакетированными без возможности в эксплуатации производить смену ГШТ.

В длинноволновой части сантиметровых волн из-за сложности согласования трубки с линией передачи обычно применяются коаксиальные или полосковые генераторы шума. В большинстве случаев в коаксиальных генераторах шума ГШТ помещаются внутри ленточной спирали, которая является внутренним проводником коаксиальной линии. Внешним проводником служит цилиндрическая поверхность корпуса линии. Форма спирали (шаг, зазор между соседними витками, диаметр спирали) определяется исходя из требуемого волнового сопротивления, связи трубки с линией передачи, диапазона частот.

Полосковые генераторы шума представляют собой симметричную полосковую линию, вдоль оси которой помещается газоразрядная шумовая трубка.

Основными параметрами, характеризующими шумовые газоразрядные генераторы, являются:

рабочий диапазон частот;

температура шума (относительная температура шума) или спектральная плотность мощности щума;

КСВН шумового генератора в рабочем режиме («горячий» прибор) и в выключенном состоянии (<жолодный» прибор);

потери, вносимые в тракт генератором шума в выключенном состоянии;

превышение потерь, вносимых в тракт в рабочем режиме, над потерями в выключенном состоянии генератора шума;

анодный ток ГШТ;

погрешность градуировки СПМШ генератора шума.

Интенсивность излучения ГШТ определяется главным образом электронной температурой плазмы (Те). При помещении ГШТ в волноводную или коаксиальную генераторную секцию интенсивность шумового излучения генератора шума становится меньше Те на значение потерь в генераторной секции Потери, вносимые генератором шума в тракт, в выключенном состоянии в основном определяются потерями в стенке трубки, линии передачи и в присоединительных элементах.

Связь ГШТ с линией передачи определяется потерями, вносимыми в тракт трубкой во включенном состоянии. Между температурой шума генератора, электронной

температурой плазмы, потерями, вносимыми в тракт включенньцц (Z) и выключенным (LJ генераторами, имеется связь, которая может быть выражена уравнением

Гг.ш=7;[(1г-1*)/Ч- (13.14)

Как видно из (13.14), температура шума генератора и ее стабильность во многом определяются превьппением потерь, вносимых в тракт в рабочем режиме, над потерями в выключенном состоянии. Поэтому при разработке генераторов шума или. выборе прибора для измерения всегда стремятся к получению большого значения и

малых Lx.

Исследования серийных ГШТ в диапазоне частот 1 - 32 ГГц показали, что частотная зависимость затухания, вносимого плазмой в СВЧ линию передачи, и потерь в генераторной секции не оказывает значительного влияния на частотную характеристику СПМШ генераторов. Больший вклад вносит зависимость анодных колебаний в ГШТ от частоты. Соответствующим выбором анодного тока трубки (например, для ГШ-И равного 200 мА) можно достигнуть значительного снижения этой составляющей частотной зависимости СПМШ генераторов.

Температура шума генераторов имеет некоторую зависимость от режима разряда. Изменение температуры шума от тока анода неодинаково для различных типов ГШТ. Для исключения возможных погрешностей при измерениях за счет изменения температуры щума от тока анода рекомендуется эксплуатацию генераторов производить при токах, указанных в технической документации на ГШТ.

Экспериментальные проверки ГШТ показали, что отклонения напряжения накала от номинального значения на 10% не приводят к ухудшению характеристик генераторов.

Во многих случаях практического применения бывает необходимо использовать генераторы шума в импульсном режиме. Длительность импульса горения ГШТ огра-

Таблица 13.4. Погрешность градуировки renqpaTopoB шума

Генераторы шума

коаксиальные

волноводные

Диапазон частот, ГГц

Погрешность, %

Диапазон частот, ГГц

Погрешность, %

0,4-0,5 0,5-4 4-12,42

±5,5 + 4,8 + 5

3,86-17,44 17,44-37,5

+ 4 + 10



Таблица 13.5. Коаксиальные reaqparqibi шума

Характеристика

Г2-5Б

Г2-6Б

Я5Х-268

Г2-38

Г2-39

Я5Х-269

Диапазон частот, ГГц

Спектральная плотность мощности шума

Погрешность градуировки СПМШ, % КСВН «холодного» генератора

КСВН «горячего» генератора

Превышение потерь «горячего» генератора над потерями «холодного» генератора, дБ

Потери, вносимые «холодным» генератором, дБ Выходное сопротивление. Ом

0,5-2 59-80

±15,2 1,6

0,8-4 59-80

±15,2 1,6

0,7-4 58-74

+ (4,8-7) 1,5 до 3,2 ГГц; 2 свыше 3,2 ГГц 1,5 до 3,2 ГГц; 2 свыше 3,2 ГГц 20

1-3 63-71

±10 1,6

0,6 75

1-4 63-71

+ 10 1,6

0,6 50

3,2-12,05 58-74

±5 1,5

Таблица 13.6. Волноводные генераторы шума

Характеристика

Г2-25Б

Г2-8В

Г2-9В

Г2-10В

Г2-40

Диапазон частоты, ГГц

2,59-3,94

3,94-5,64

5,64-8,24

8.24-12.05

8.25-12,04

Спектральная плотность мощ-

20-70

20-70

20-70

20-70

55-72

ности шyлa кТ

Погрешность градуировки СПМШ, %

±11

±11

±11

±11

±9

КСВН «холодного» генератора

1,25

1,25

1,25

1,25

КСВН «горячего» генератора

1,25

1,25

1,25

1,25

1,25

Превышение потерь «горячего»

генератора над потерями

«холодного» генератора, дБ

Потери, вносимые «холодным»

генератором, дБ

Сечение волновода, мм

72x34

48x24

35x15

23x10

23x10

Продолжение табл. 13£

Характеристика

Г2-41

Я5Х-270

Г2-42

Я5Х-271

Г2-43

Я5Х-272

Диапазон частоты, ГГц

12,04-

12,05-17,44

17,44-

17,44-

25,86-

25,86-

17,44

25,86

25,86

37,5

37,5

Спектральная плотность

55-72

59-71**;

55-70

22 - 42*;

53-70

22-42*

мощности шума кТ Погрешность градуировки . СПМШ, %

22- 42*

49 - 73**

49 - 73**

±10

±4

±13

± 10

±15,2

±10

КСВН «холодного» гене-

ратора

1,2*;

КСВН «горячего» генера-

1,25

1,2*;

1,25

1,2*;

1,25

тора

1,2-1,5**

1,2-1,5**

1,2-1,5**

Превышение потерь «го-

рячего» генератора над

потерями «холодного»

генератора, дБ

Потери, вносимые «холод-

ным» генератором, дБ

Сечение волновода, мм

17x8

16x8

11x5,5

11x5,5

7,2x3,4

7,2x3,4

* Генераторы шума на ГШТ ГШ-SA и ГШ-6А. ** Генераторы шума на ГШТ ГШ-5 и ГШ-6.



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


0.0138