Измеритель коэффициента шума (стр. 5 из 15)
Для уменьшения притока тепла к охладителю через поперечное сечение линии передачи последние часто выполняются в виде коаксиальной линии с минимально тонкими стенками проводников. По сравнению с волноводными трактами, особенно больших сечений, размеры коаксиальной линии могут быть значительно меньше. Связь с волноводным трактом в этом случае осуществляется с помощью волноводно-коаксиального перехода.
Внешний и внутренний проводники коаксиальной линии выполняются из нержавеющей стали, что обусловлено ее весьма низкой теплопроводностью. Токонесущие поверхности проводников покрываются тонким слоем металла с высокой электропроводностью (серебро, золото).
В качестве согласованных нагрузок в генераторах используются резисторы или объемные коаксиальные нагрузки, выполненные из поглощающего материала. Для согласования нагрузки с трактом внутренняя поверхность внешнего проводника в нижней части, коаксиальной линии имеет специальную форму.
Особенностью эксплуатации низкотемпературных генераторов шума является то, что уровни охлаждающих жидкостей с течением времени непрерывно снижаются, а это приводит к изменению температуры вдоль нагрузки и линии передачи, а также вносимых в линию потерь. В каждой конструкции генератора применяются различные технические решения для стабилизации во времени температуры шума.
Полагая, что распределение температуры вдоль нагрузки равномерно и она имеет температуру охлаждающей жидкости и хорошо согласована с линией передачи (КСВН < 1.05), температуру шума на выходе генератора можно рассчитать по формуле:
, (4.13)где Тн - температура нагрузки;
α(х) - коэффициент затухания единицы длины секции;
x1 - расстояние от выхода генератора до нагрузки.
Распределение температуры вдоль выходного тракта измеряется с помощью термопары при нескольких уровнях охлаждающей жидкости (после заливки, при минимальном уровне). Коэффициент затухания отдельных секций и нестабильность потерь в разъемах определяются экспериментально и затем рассчитываются с учетом изменения температуры секций.
Основными составляющими погрешности определения номинальной температуры шума на выходе генератора являются:
· погрешность, вызванная неточным учетом неравномерности охлаждения нагрузки;
· погрешность за счет неточности определения потерь в линии передачи и нестабильности потерь в разъемах;
· погрешность, вызванная неопределенностью распределения температуры.
Высокотемпературные генераторы шума
Основу конструкции подобных генераторов составляет согласованная нагрузка, нагретая до относительно высокой температуры. Для хорошего согласования нагрузка выполняется в виде объемного и пленочного поглотителя. Непосредственно на волноводе с нагрузкой размещен нагреватель в виде нагревательных спиралей. За счет различной плотности намотки спирали вдоль волновода достигается необходимая равномерность распределения температуры вдоль поглотителя.
Волновод с нагревателем помещен в цилиндрический тепловой экран. Пространство между кожухом генератора и экраном, заполнено изолирующим материалом. В конструкции поглотителя размещены термопары для измерения и автоматического регулирования постоянства температуры.
При нагреве согласованной нагрузки она создает шумовое излучение. Спектральная плотность мощности шума такого генератора при одинаковой температуре вдоль поглотителя и отсутствии потерь в волноводе от поглотителя до выхода прямо пропорциональна абсолютной температуре поглотителя. Так как данные условия трудно выполнимы, аттестация высокотемпературных генераторов шума, так же как и низкотемпературных, производится экспериментально-теоретическим методом.
Основными составляющими погрешности ВГШ являются:
· погрешность аппаратуры для автоматической стабилизации температуры (
);· погрешность измерения температуры (
);· погрешность за счет неравномерности температуры вдоль поглотителя (
);· погрешность внесения поправки на потери в волноводе (
).Общая погрешность высокотемпературного генератора шума определяется суммой частных погрешностей, являющихся случайными и не зависящими друг от друга:
(4.14)Анализ абсолютных значений составляющих погрешности показывает, что наибольший вклад в общую погрешность вносит составляющая, обусловленная учетом потерь в волноводе. Уменьшение этой погрешности возможно лишь при изготовлении волновода из неферромагнитного материала с проводимостью, большей проводимости никеля. Наиболее подходящим для этой цели является золото. Особенно большое значение этот фактор приобретает при повышении рабочей частоты, когда потери волновода значительно возрастают.
Высокотемпературные генераторы шума используются в широком диапазоне частот - вплоть до коротковолновой части миллиметровых волн.
4.3.4 Полупроводниковые генераторы шума
Из генераторов шума на полупроводниковых приборах наибольшее применение в практике измерений находят генераторы на лавинно-пролетном диоде (ЛПД). Конструктивно они состоят из ЛПД и генераторной секции, служащей для согласования входного сопротивления p-n-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:
, (4.15)где
- минимальная мощность шумов, отдаваемая диодом в согласованную с его внутренним сопротивлением нагрузку; 
- коэффициент передачи мощности от p-n-перехода в нагрузку; 
- спектральная плотность флуктуации тока диода; 
- сопротивление p-n-перехода диода; 
- сопротивление растекания диода.Генераторы шума перекрывают дециметровый и сантиметровый диапазоны волн. Они могут работать как в режиме непрерывных колебаний, так и в режиме импульсной модуляции при длительности 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. В таблице 4.1 приведены основные технические характеристики нескольких типов генераторов шума на лавинно-пролетном диоде.
Таблица 4.1 - Основные технические характеристики ГШ на ЛПД
| Тип | Частотный диапазон, ГГц | ИОШТ (ENR), дБ | Неравномерность ИОШТ, дБ | КСВНвкл./выкл. | Производитель |
| NC346A | 0,01–18 | 5–7 | 1,15:1 | 1 | |
| NC346B | 0,01–18 | 14–16 | 1,15:1 | 1 | |
| NC346C | 0,01–26,5 | 13–17 | 1,15:1 | 1 | |
| NC346D | 0,01–18 | 19–25 | ±2 | 1,5:1 | 1 |
| NC346E | 0,01–26,5 | 19–25 | ±2 | 1,5:1 | 1 |
| NC346АК | 0,01–26,5 | 5–8 | 1,5:1 | 1 | |
| NC346Ка | 0,1–40 | 10–17 | 1,5:1 | 1 | |
| NC3404 | 2–4 | 30–36 | ±0.75 | 1,25:1 | 1 |
| NC3405 | 4–8 | 30–35 | ±0.75 | 1,25:1 | 1 |
| NC3406 | 8–12 | 28–33 | ±0,75 | 1,25:1 | 1 |
| NC3407 | 12–18 | 26–32 | ±0,75 | 1,25:1 | 1 |
| R347B | 26,5–40 | 10–13 | 1,42:1 | 2 | |
| Q347B | 33–50 | 6–13 | 1,57:1 | 2 |
1 – NoiseCom; 2 – Agilent Technologies.
4.4 Результаты обзора и анализа современных ИКШ
Выбор прототипов осуществлялся по следующим критериям:
· ИКШ должен отвечать современным требованиям и отображать
главные принципы построения современных приборов;
· ИКШ должен иметь перспективную конструкцию.
По этим критериям были отобраны измерители коэффициента шума серии NFA фирмы Agilent Technologies N8973A - N8975A. Приборы этой серии предназначены для измерения коэффициента и температуры шума радиоприемных устройств, коэффициента шума и передачи СВЧ усилителей, транзисторов и интегральных микросхем. Измерения коэффициента шума, коэффициента передачи и температуры шума и индикация результатов могут осуществляться как в диапазоне частот (в панораме), так и на фиксированных частотах (в точке).
Основные технические характеристики этих измерителей приведены в таблице 4.2
Таблица 4.2 - Основные технические характеристики ИКШ серии NFА
| Тип | Диапазон входных частот, ГГц | Полосы измерения, МГц |
| N8973A | 0,01 – 3 | 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 |
| N8974A | 0,01 – 6.7 | 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 |
| N8975A | 0,01 – 26.5 | 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 |
Таблица 4.3 - Технические особенности ИКШ серии NFА
Структурная схема измерителя коэффициента шума N8973A представлена на рисунке 4.4.
