Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



концу линии подключена нагрузка, второй конец является выходом генератора шума. При работе на внешнюю согласованную нагрузку 75 Ом генератор шума обеспечивает получение сигналов с СПМШ до 50кТд. Плавное регулирование уровня сигнала в пределах 12-50 кТ производится изменением анодного тока диода. Изменение уровня СПМШ в пределах 1 - 13 кТ достигается включением на выход генератора фиксированных аттенюаторов из комплекта прибора.

Основными техническими характеристиками генератора шума Г2-32 являются: диапазон частот (1-600 МГц), пределы изменения СПМШ (1-50 кТо) и погрешность установки уровня СПМШ [±(0,1Ы-(-0,5)То].

13.4.4 ГЕНЕРАТОРЫ ШУМА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ

Из генераторов шума на полупроводниковых приборах наибольшее применение в практике измерений находят генераторы на лавинопролетном диоде (ЛПД). Конструктивно они состоят из ЛПД и генераторной секции, служащей для согласования входного сопротивления р-п-перехода с сопротивлением нагрузки. Источником шумового излучения в ЛПД являются дробовые флуктуации тока насыщения диода и флуктуации коэффициента умножения лавины. Мощность, отдаваемая диодом в нагрузку, определяется выражением

Рш - Рш.

где Рш. о = s° 21V8P - минимальная мощность шумов, отдаваемая диодом в согласованную с его внутренним сопротивлением нагрузку; А - коэффициент передачи мощности от р-п-перехода в нагрузку; S" =/(!(,; i/F; 1/fтр) - спектральная плотность флуктуации тока диода; Z = R +JX - сопротивление р-п-перехода диода; R - сопротивление растекания диода.

Генераторы шума перекрывают дециметровый и сантиметровый диапазоны волн. Максимальный уровень СПМШ таких генераторов может находиться в пределах 30 - 40 дБ/к Тр. Они могут работать как в режиме непрерывных колебаний, так и в режиме импульсной модуляции при длигельности импульсов от нескольких долей микросекунд и более. Генераторы имеют некоторые технико-эксплуатационные характеристики (большую СПМШ и частоту модуляции, меньшую длительность модулированных импульсов, малые габариты и массу, простую схему электрического питания) лучшие, чем у генераторов на газоразрядных трубках, но уступают последним по стабильности

СПМШ и ее частотной зависимости. Лавино-пролетные диоды имеют резкую зависимость полного сопротивления р-и-перехода в рабочем режиме от частоты и тока диода. Это затрудняет согласование диода с высокочастотным трактом в широкой полосе частот. При создании генераторов шума на ЛПД эти особенности учитываются соответствующим выбором тока диода (У, коэффициента передачи (4), напряжения пробоя и др.

Температурная зависимость СПМШ, обусловленная изменением полного сопротивления р-и-перехода при изменении внешней температуры, может быть снижена введением в конструкцию генератора автоматической компенсации ухода уровня СПМШ.

Основными техническими характеристиками генератора шума Я5Х-265 на лавинопролетном диоде, входящем в комплект измерителей коэффициента шума, являются: диапазон частот (0Д8-4 ГГгО, СПМШ (10-35 кТд), погрешность градуировки (±6%), КСВН выхода (1,15-1,6) и относительное изменение СПМШ при изменении внешней температуры на 10°С ( + 2%).

13.4.5. ГЕНЕРАТОРЫ ШУМА НА ФОТОДИОДЕ

В литературе показана возможность использования в качестве генератора шума фотодиода, помещенного в резонансную систему. Настройка генератора на требуемую частоту производится перестройкой резонансной системы. Согласование выходной проводимости фотодиода с проводимостями выходного тракта и испытуемого устройства осуществляется подбором связи диода.

Номинальная мощность генератора шума, поступающая на вход испытуемого устройства при отсутствии освещения,

Рном(=ТдД/,

а при освещении

Рном 2 = к(т + Д/ = кТ;,А/,

где к - постоянная Больцмана; 7J, - температура фотодиода; /о - постоянный тсж фотодиода; G, - входная проводимость фотодиода.

Генераторы шума на фотодиодах можно использовать при измерениях температуры шума малошумящих усилителей. На выход усилителя подаются шумовые сигналы от фотодиода при освещении и при его отсутствии. Выходная мощность шума на выходе измеряемого усилителя будет равна соответственно Рвых1 и Рвых2.



13.5. Метрологическое обеспечение СИ шумовых сигналов

По формуле

Ty = elJ2kG{y-\)-\

где У = Ркыи21Рът1, определяется значение температуры шума.

Шумовая температура генератора на фотодиоде изменяется регулировкой освещения фотодиода.

Экспериментальная проверка генератора шума на фотодиоде, проведенная на частоте 140 МГц, показала, что расхождение в результатах измерений, полученных с помощью генераторов шума на вакуумном диоде и фотодиоде, не превышает ±4%.

Несмотря на ряд преимуществ (не требуется сложный источник питания, простота устройства) генераторы шума на фотодиоде не нашли широкого применения в практике измерения шумовых параметров приемно-усилительных устройств.

13.5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ШУМОВЫХ СИГНАЛОВ

Все ранее рассмотренные методы измерения шумовых характеристик четырехполюсников основываются на использовании комплекса средств измерения, включающих в общем случае в свой состав генераторы шума (меры СПМШ) и индикаторные устройства. Поверка и метрологическая аттестация подобных измерительньк комплексов могут осуществляться поэлементной или комплектной поверкой. Выбор того или иного метода поверки (аттестации) измерительного комплекса определяется метрологическими характеристиками поверяемого средства измерения, особенностями его построения, принципом работы и наличием необхо-димьк измерительных приборов.

13.5.1. ПОЭЛЕМЕНТНАЯ ПОВЕРКА ИЗМЕРИТЕЛЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА

При поэлементной поверке погрешность измерительного комплекса определяется составляющими погрешностей отдельных приборов, входящих в него. Прямоотсчетным измерителям коэффициента шума свойственны в основном следующие составляющие: погрешность градуировки СПМШ (температуры шума) генератора шума, входящего в состав ИКШ; погрешность индикаторного блока; погрешность за счет работы ГШ в импульсном режиме.

Последняя составляющая погрешности обусловлена совместной работой индикатор-

ного блока ИКШ, генератора шума и измеряемого устройства. Она возникает из-за: взаимодействия блоков комплекта ИКШ;

различия среднего значения СПМШ генератора шума за длительность модулирующего импульса от СПМШ генератора при работе в режиме непрерывной генерации;

послесвечения генератора шума в период измерения коэффициента шума;

неидентичности коэффициентов передачи измерительного канала в режимах калибровки и измерения.

Суммарная погрешность поверенного комплекса ИКШ с учетом погрещности поверки определяется по формуле

Ди.к.ш - Димп.ср + с.в.ч i

"и.к.ш - "имп.СР + Ас.в.ч

±(А„ш,)" + 8?.ш + 5в + 8й,

пов + 8п,

где Аимп.ср - суммарная погрешность импульсного режима, %; Дс,,. ч - потери в СВЧ тракте от разъема генератора ло входного разъема четырехполюсника, коэффициент шума которого измеряют поверяемым ИКШ, %; Д„ел - суммарная погрешность из-за нелинейности блока индикатора; 8г.ш - погрешность градуировки генератора шума, входящего в состав поверяемого ИКШ, %; 6в - вариация потерь в трансформаторе полных сопротивлений, применяемом в тракте для выбора режима согласования на входе измеряемого устройства, %; бпов - суммарная погрешность поверки комплекта ИКШ, %; 6п - невоспроизводимость потерь в высокочастотном тракте, %.

Методы и средства поверки генераторов щума. Государственная система обеспечения единства измерений предполагает, что передача единицы спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения осуществляется методом сравнения с мерами СПМШ (температуры шума) при помощи компараторов, обеспечивающих необходимую точность. Порядок передачи единицы СПМШ от государственных эталонов до рабочих приборов определяется государственными стандартами. Государственные стандарты определяют метрологические характеристики эталонов, образцовых федств измерений и методы передачи единицы СПМШ образцовым и рабочим средствам измерений.

Государственные эталоны состоят из тепловых и газоразрядных волноводных и коаксиальных генераторов шума, диодных коаксиальных генераторов шума, высокочастотных и сверхвысокочастотных компараторов. Так, в состав эталонной аппаратуры



Таблица 13.9. Основные метрологические характеристики государственных эталонов

единицы СПМШ

Диапазон частот, ГГц

Вид генератора шума

Воспроизводимая СПМШ, Вт/Гц

Среднеквадратическое отклонение

Неисключекиая систематическая погрешность

0,002 -0,125

Тепловой

(5,8-6,2)

10-21

1,0 10-2

+ 3-10-2

0,125-0,25

»

(5,8-6,2)

10-21

1,6 10-2

+ 3-10-2

0,25-0,5

Диодный

(0,8-1)-

10-19

1,2-10-2

+ 3-10-2

0,5-1

Газоразрядный

(2,4-3)-

10-19

0,8 10-2

+ 3-10-2

Тепловой

(6,3-6,4)

10-21

0,8 10-2

+ 3 10-2

Газоразрядный

(2-3)-10

0,8 10-2

+3-10-2

2,6-17,4

Тепловой

(6,3-6,4)

10-21

0,4-10-2

±2,4-10

2,6-17,4

Газоразрядный

(2-3)-10

0,4-10-2

+ 2,4-10

17,4-37,4

Тепловой

(6,3-6,4

10-21

1,6-10-2

+6-10-2

.17,4-37,4

Газоразрядный

(2-3)-К

1,6 10-2

±6-10-2

Таблица 13

10. Основные характеристики

установок

для градуировки генераторов шума

Характеристика

Г1-2

Г1-4

Г1-5

Г1-6

Г1-7

Г1-8

ГГ-9

Диапазон частот,

0,4-4

0,03-0,5

3,86-5,96

,35-8,15

8,15

12,05

17,44-

25,86-

12,42

17,44

25,86

37,5

Пределы измерения

5-70

3-80

3-80

3-80

3-80

5-1000

5-1000

5-1000

относительной

шумовой

температуры

Коэффициент

25 на

шума установки

100 на

частотах

(в относитель-

часто-

< 11,5

ных единицах)

ГГц;

<4 ГГц

100 на

частотах

> 11,5

Погрешность,

+3,3

+4,4

±3,6

+ 3,6

+ 3,6

±5

вносимая

компаратором,

Погрешность

градуировки, %:

коаксиаль-

±5,5

±7,5 на ча-

+4,5

ных ГШ

стотах

<0,25 ГГц;

+ 6 на час-

тотах

>0,25 ГГц

волновод-

+4,8 на

±4

±4

±4

±4

±10

+ 10

ных ГШ

4 ГГц

Выходное сопро-

тивление, Ом

Сечение волно-

48x24

35x15

23x10

16x8

11 X 5,5

7,2 X 3,4

вода, мм

в диапазоне частот 2,6-17,4 ГГц входит пять независимых комплексов, каждый из которых состоит из СВЧ компараторов, теплового генератора, четырех волноводных газоразрядных генераторов шума, в комплект которых входят 10 газоразрядных шумовых трубок.

Основные метрологические характеристики государственных эталонов единицы

спектральной плотности шумового радиоизлучения приведены в табл. 13.9.

Образцовые средства измерений (тепловые, диодные и газоразрядные генераторы шума) сличаются с государственными эталонами с помощью эталонных компараторов (модуляционньпс радиометров). Точность образцовых приборов характеризуется пределами допустимой относительной погрешно-



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


0.0245