СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 87 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 Газоразрядные трубки, встроенные в волноводные структуры, генериру- ют шум, обусловленный кинетической энергией плазмы. Традиционно они использовались как источники шума в диапазоне миллиметровых волн. Позд- нее они стали заменяться твёрдотельны- мишумовыми диодамина частотахниже 50 ГГц.Шумовые диодыпроще в эксплуа- тациииобычно являются более стабиль- нымиисточникамишума.Шумовые дио- дычаще имеют коаксиальнуюконструк- цию, но на выходе из волновода могут применяться интегральные прецизион- ные волноводные адаптеры (см. рис. 7). Метод Y-фактора Метод Y-фактора лежит в основе большинства измерений коэффици- ента шума, выполняемых внутренни- ми средствами анализатора коэффици- ента шума как в ручном, так и автома- тическом режимах. При использовании источника шума этот метод позволяет определять внутренний шум в тестируе- мом устройстве и, следовательно, коэф- фициент шума или эффективную тем- пературу входного шума. С помощьюисточника шума, подклю- чённого к тестируемому устройству, можно измерить выходнуюмощность, соответствующуюOn- и Off-состояниям источника шума (N 2 и N 1 соответствен- но). Отношение этих двух мощностей называется Y-фактором. Детектором мощности в данных измерениях может служить измеритель мощности, анали- затор спектра или специальный внут- ренний детектор мощности, действую- щий как измеритель и анализатор коэф- фициента шума. Здесь важна точность измерения относительного уровня мощности. Одно из преимуществ совре- менных анализаторов коэффициента шума состоит в том, что их внутрен- ний детектор мощности – линейный и способен очень точно фиксировать изменения уровня мощности. Точность измерения абсолютного уровня мощно- сти в данном случае не имеет большого значения, поскольку измеряться долж- но отношение мощностей: . (3.3) Иногда это отношение измеряется в децибелах. В этом случае: . (3.4) Y-фактор и ENR могут использовать- ся для определения крутизны графи- ка изменения мощности шума тести- руемого устройства (как показано на рисунке 5). Поскольку калиброван- ный ENR-источник шума представля- ет собой опорный уровень входного шума, можно вывести уравнение для вычисления внутреннего шума тести- руемого устройства (N a ). В современ- ном анализаторе шума это делается автоматически, путём переключения источника шума между состояниями On и Off и выполнения соответствую- щих вычислений. . (3.5) Отсюда можно вывести очень про- стое выражение для шум-фактора, которое отражает полный шум-фактор системы (F sys ), включающий шумовой вклад всех её компонентов. В этом слу- чае шум, создаваемый в измерительном приборе, расценивается как вклад вто- рого каскада. Если тестируемое устрой- ство имеет высокий коэффициент передачи (G 1 >>F 2 ), шумовой вклад второго каскада будет малым. Когда коэффициент шума второго каскада и коэффициент передачи тестируемо- го устройства известны, вклад второго каскада можно не учитывать. Обрати- те внимание, что коэффициент переда- чи устройства не требуется для вычис- ления F sys . . (3.6) Уравнение (3.6) можно модифициро- вать для условия, когда «холодная» тем- пература источника шума (T с ) не рав- на эталонной температуре T 0 (290 K): . (3.7) Метод генератора сигналов с удвоением мощности Этот метод был популярен до появ- ления источников шума. Сегодня он остаётся полезным для устройств с высоким коэффициентом шума, где Y-фактор может быть настолько мал, что его трудно точно измерить. Спер- ва измеряется выходная мощность устройства, когда на его входе имеет- ся нагрузка с температурой прибли- зительно 290 K. Затем подключается генератор сигналов с частотой в пре- делах полосы измерения. Мощность выходного сигнала генератора уста- навливается с таким расчётом, чтобы мощность на выходе устройства уве- личилась на 3 дБ. Если уровень мощ- ности генератора и ширина полосы частот измерения известны, можно вычислить шум-фактор. Коэффици- ент передачи тестируемого устрой- ства при этом знать не нужно. . (3.8) Метод прямого измерения шума Этот метод также полезен для тести- рования устройств с высоким коэффи- циентом шума. Выходная мощность устройства измеряется при входной нагрузке с температурой около 290 K. Если коэффициент передачи устрой- ства и шумовая полоса измерительной системы известны, шум-фактор можно рассчитать по формуле: . (3.9) При использовании этого метода должна быть известна шумовая поло- са (B), а устройство измерения мощно- сти должно быть высокочувствитель- ным и обеспечивать точность изме- рения. В отличие от метода удвоения мощности, в данном случае коэффици- ент передачи тестируемого устройства должен быть известен. Коррекция коэффициента шума и коэффициента передачи Переписав приведённое в первой части статьи уравнение (2.2) для F 1 , можно найти фактический шум-фактор тестируемого устройства: . (3.10) Коэффициент передачи тестиру- емого устройства и шум-фактор из- мерительной системы (F 2 ) можно опре- делить путём дополнительного измере- ния источника шума. Этот шаг называ- ется калибровкой системы. Калибровка обычно выполняется с помощью ана- лизатора коэффициента шума перед подключением тестируемого устрой- Рис. 7. Волноводные источники шума R/Q 347B © СТА-ПРЕСС