PDA

Просмотр полной версии : Некоторые соображения по методике измерения Кш



Relayer
16.09.2009, 18:08
Приветствую!

размышлял тут на досуге по поводу измерения Кш. просмотрел пару схемок - все требуют калиброванного источника шума. что есть определенная проблема. отечественные 2Д2С требуют высокого напряжения питания, не всегда доступны. импортные интегральные тоже не на каждом углу продаются. и задумался я - а так ли нам надо иметь калиброванный источник шума? может можно обойтись некалиброванным и аттенюатором? и вот что получилось

имеем генератор шума, аттенюатор и ваттметр. подключаем ГШ на вход исследуемого устройства напрямую и замеряем мощность на выходе
P1 = G * (Pш + Pin)
здесь G - усиление исследуемого устройства, а Рш - приведенная ко входу его мощность шумов. Pin - мощность шума от некалиброванного источника шума.
делаем второе измерение. при этом между ГШ и входом устройства включаем аттенюатор, уменьшающий мощность шума в два раза. замеряем мощность на выходе:
P2 = G * (Pш + Pin/2)
путем несложных преобразований исключаем Pin:
2*P2 - P1 = G * Pш
или
Pш = (2*P2 - P1) / G
т.е. зная усиление исследуемого устройства мы можем найти Pш

теперь займемся вопросом определения G(ain). подадим на вход устройства некий сигнал с известным уровнем Pin. замерим на выходе Pout = G * (Pin + Pш).
реальный G = Pout / (Pin + Pш)
т.к. Pin >> Pш то можно аппроксимировать
G' = Pout / Pin
при этом ошибка
err = G' / G = Pout * (Pin + Pш) / (Pin * Pout) = 1 + Pш/Pin
или
G = G' / (1 + Pш/Pin)

подставим последнее уточнение для Gain в формулу для Pш
Pш = (2*P2 - P1) / G = (2*P2 - P1)*(1 + Pш/Pin) / G' =
(2*P2 - P1)/ G' + Pш*(2*P2 - P1)/(Pin*G')
разрешаем полученное выражение относительно Pш
Pш = (2*P2 - P1) / (G' * (1-(2*P2 - P1)/(Pin*G')))
собственно все :) кто найдет ошибки в этих рассуждения - ткните носом :)

Relayer
19.09.2009, 19:45
господа, за неделю ни одного коммента - так дело не пойдет. неужто у всех калькуляторы единовременно сломались? выкладки то на уровне третьего класса церковноприходской школы. жду деструктивную критику предложенного метода

Genadi Zawidowski
19.09.2009, 19:50
имеем генератор шума, аттенюатор и ваттметр

замерим на выходе Pout
Практическая проблема - я так понимаю, здесь требуется тепловой прибор, не у каждого в запасе такие лежат... А при измерении обычным вольтметром всё быдет не так (как мне кажется).

Relayer
19.09.2009, 21:24
замерим на выходе Pout
Практическая проблема - я так понимаю, здесь требуется тепловой прибор, не у каждого в запасе такие лежат... А при измерении обычным вольтметром всё быдет не так (как мне кажется).
ну в принципе обычным вольтметром это мерять не рекомендуется :) я сознательно опустил так сказать детали реализации и предоставил только общую концепцию измерения Кш на некалиброванном источнике, т.е. когда мы не знаем его шумовую температуру. мощность шума в НЧ полосе посчитать мне кажется проще всего используя компьютер и какойто софт для работы со спектрами.

vadim_d
21.09.2009, 20:46
господа, за неделю ни одного коммента
Андрей, как я понял, цель была уйти от необходимости знать мощность шумового генератора. В результате поменяли ее на мощность генератора во втором опыте. Если это синус, то отношение С/Ш включает в себя полосу, а дальше, если она известна во втором опыте, то нет нужды делать первый, с неизвестным уровнем шума. Как говорил народный герой Винни-Пух, "по-моему так" :D

Relayer
21.09.2009, 22:02
господа, за неделю ни одного коммента
Андрей, как я понял, цель была уйти от необходимости знать мощность шумового генератора. В результате поменяли ее на мощность генератора во втором опыте. Если это синус, то отношение С/Ш включает в себя полосу, а дальше, если она известна во втором опыте, то нет нужды делать первый, с неизвестным уровнем шума. Как говорил народный герой Винни-Пух, "по-моему так" :D
Вадим, совершенно правильно. цель была уйти от необходимости иметь калиброванный источник шума с равномерным спектром, ибо это есть проблема. собрать ГШ на стабилитроне или переходе БЭ вч-транзистора - не проблема, но вот чем его откалибровать? и где гарантии что его спектр будет равномерный?
теперь по поводу опытов. точнее замеров. второй замер (определение G') проводится при достаточно высоких уровнях как я себе это представляю. и в принципе можно "забить" на уточнение Gain и положить G~=G'. вытаскивать из этого измерения Рш не есть правильно т.к. будет очень велика ошибка измерений

vadim_d
22.09.2009, 00:43
второй замер (определение G') проводится при достаточно высоких уровнях как я себе это представляю. и в принципе можно "забить" на уточнение Gain и положить G~=G'. вытаскивать из этого измерения Рш не есть правильно т.к. будет очень велика ошибка измерений
Эт правильно. Но если делать его при невысоком С/Ш, то это будет стандартный замер чувствительности из которого при знании полосы находится Кш

цель была уйти от необходимости иметь калиброванный источник шума с равномерным спектром, ибо это есть проблема. собрать ГШ на стабилитроне или переходе БЭ вч-транзистора - не проблема, но вот чем его откалибровать? и где гарантии что его спектр будет равномерный?
Гарантии дает только страховой полис :D Я бы добавил еще одну проблему - стабильность выходного импеданса. На УКВ после такого генератора можно поставить аттенюатор, а на КВ избытка шума может и не быть. Здесь у 2Д2С проблем почти нет, но один недостаток - малый срок службы. У стабилитрона же ровно наоборот - вещь практически вечная. Можно откалибровать его по образцовому генератору и на пару лет снять проблему. Можно сделать генератор на лампах накаливания, сделав ОС по их сопротивлению постоянному току, но срок службы до стабилитрона не дотянет. Можно взять источником шум токораспределения пентода, но останется потребность в анодном источнике. Можно засветить обратносмещенный фотодиод лампочкой и получить классический дробовой шум (при засветке светодиодом я получал избыточный шум, но это могла быть и ошибка эксперимента). Старение лампы здесь не страшно, ибо меряем постоянный фототок. Из недостатков приличная емкость фотодиодов, даже PIN. Думаю, список идей этим не ограничивается.

Relayer
22.09.2009, 01:00
Эт правильно. Но если делать его при невысоком С/Ш, то это будет стандартный замер чувствительности из которого при знании полосы находится Кш
если делать его при невысоком С/Ш то начинаются всякие разные "пролазы" и "утечки" с ГСС в обход аттенюатора. и намерять там можно будет "среднюю температуру по больнице" :) а вот с ГШ чуть проще - он изначально выдает сравнительно небольшую мощность

serk
18.03.2010, 15:50
Если у Вас есть некий сигнал с известным уровнем, то и никакой генератор шума Вам не нужен вообще. То же, если Вам известно усиление Вашего устройства G, то и никакого генератора шума или сигнала с известным уровнем Вам тоже не требуется. Не тормозите, ребята!

serk
18.03.2010, 15:52
Надеюсь, я ткнул Вас носом, не так ли, ТС?

neorganic
18.03.2010, 16:27
Relayer я может быть слишком поздно подключился к обсуждению. Но у меня возникли некоторые соображения.
1. "все требуют калиброванного источника шума. что есть определенная проблема. отечественные 2Д2С ..." - вышеназванный диод дает широкополосный "сигнал" (до единиц ГГц). Он не калиброванный - там просто стабильная конструкция, гаратирующая повторяемость "сигнала". В некотрых случаях он незаменим....

2."генератор шума, аттенюатор и ваттметр. подключаем ГШ на вход..." - как Вы представляете Уаттметр на мощность ~10^-12 Вт?
"я сознательно опустил так сказать детали реализации и предоставил только общую концепцию измерения Кш на некалиброванном источнике" - если _это_ предназначено для точных измерений, "детали" выходят на первое место, они определяют метрологические характеристики.. Интегрирующие измерители мощности (ala болометр) не всегда обладают в нужном диапазоне частот нужной чувствительностью.


3. "собрать ГШ на стабилитроне или переходе БЭ вч-транзистора - не проблема, но вот чем его откалибровать?" - прежде всего нужно иметь представление о равномерности этого сигнала (например для названных девайсов, будет избыточный шум на низких частотах до ~10 кгц, и заниженное после частот ~10 Мгц - смотри описание на КГ401). Сравнение же шумоподобных сигналов с различной равномерностью АЧХ возможно если они были нормализованы - т.е. нужно будет устанавливать корректирующие цепочки (фильтры).

serk
18.03.2010, 17:27
Вот насчёт "там стабильная конструкция" это не обязательно как раз. Конструкция на величину шума очень мало влияет, требуется лишь малая ёмкость катод - анод, остальное не важно. Потому и диод выглядит очень своеобразно - чистая классика, спиралька и пластинка, никаких попыток "закатать" накал в анод, как в обычных лампах.

neorganic
18.03.2010, 17:34
"спиралька" - там проволочка из торированного вольфрама (и проволочка еше термообработке подвергалась). Такой катод дает малую эмиссию, но зато очень стабилен и м.б. использован как "эталон".

18.03.2010, 17:56
Если у Вас есть некий сигнал с известным уровнем, то и никакой генератор шума Вам не нужен вообще.

Ну есть, Г4-102А с известным уровнем. Надо уровень 0,1 мкв. Подскажите, в какую задницу его засунуть чтобы помимо аттенюатора ничего не полезло? А может что-нибудь от HP предложите, тысяч за 20 зеленых. Так что тормозните малость и предложите что-нибудь практически, давно ждали и будем благодарны...

R5WM
18.03.2010, 18:58
Уважаемые зачем изобретать велосипед! Данная тема подробно разбиралась на форуме Российского УКВ портала http://forum.vhfdx.ru/izmeritelnaya-apparatura/ . К тому же я что то не увидел у автора темы частотного диапазона в котором предполагается производить измерения. Ещё хотел бы отметить что мощность шумов зависит не только от G, но и от реальной полосы пропускания приёмного тракта.

Genadi Zawidowski
18.03.2010, 19:54
Если у Вас есть некий сигнал с известным уровнем, то и никакой генератор шума Вам не нужен вообще.

Ну есть, Г4-102А с известным уровнем. Надо уровень 0,1 мкв. Подскажите, в какую задницу его засунуть чтобы помимо аттенюатора ничего не полезло? А может что-нибудь от HP предложите, тысяч за 20 зеленых. Так что тормозните малость и предложите что-нибудь практически, давно ждали и будем благодарны...

Между прочим, у меня Г4-102 (без А) выпуска 1975-го года. На конце кабеля ставлю промышленный SMA 20 дБ аттенюатор до 6 ГГц - тоесть, в рабочем диапазоне можно считать что через аттенюатор не пролазит. На кабеле две ферритовых защёлки. При увеличении сигнала с 1 до 10 мкВ (на выходе аттенюатора 0.1 ... 1.0 мкВ) сигнал на выходе приёмника так же увеличивается в десять раз. Да, это всё на диапазонах генератора кроме самого высокочастотного. Там "пролаз" чувствуется.
Однажды довелось обмерять приёмник Skanti-8001, так там линейность увеличения сигнала наблюдалась от уровня в 0.07 мкВ - вполне в соответствии с паспортными данными. Измерял чувствительность другой техники получаются и 0.2 и 0.5 мкВ и полтора микровольта - и "пролаза", улучшающего параметры не наблюдается.

Владимир, может быть конструкция аттенюатора не позволяет ему работать на десятках мегагерц?

18.03.2010, 20:04
Ещё хотел бы отметить что мощность шумов зависит не только от G, но и от реальной полосы пропускания приёмного тракта.

Теперь будем знать..., а то как-то не сподобились :lol: .
А если серьезно. Проблема генератора шумов с равномерным распределением хотя бы от 1,0 до 30 мгц, с калиброванным выходом, причем начиная от долей микровольта, пока актуальна. Я например, не видел (только не надо отсылать на сайты фирм, торгующих такими приборами).

18.03.2010, 20:22
На конце кабеля ставлю промышленный SMA 20 дБ аттенюатор до 6 ГГц - тоесть, в рабочем диапазоне можно считать что через аттенюатор не пролазит. На кабеле две ферритовых защёлки. При увеличении сигнала с 1 до 10 мкВ (на выходе аттенюатора 0.1 ... 1.0 мкВ) сигнал на выходе приёмника так же увеличивается в десять раз.
Владимир, может быть конструкция аттенюатора не позволяет ему работать на десятках мегагерц?

Ну это уже вопрос к производителю прибора. Прибор ведь по частоте до 60 мгц, вроде и аттенюатор должен это обеспечить.
Да и для себя я эту проблему решил (аттенюатор описанный где-то Радио Скрыпником), вот еще попробую по Вашему совету ферритовые кольца...
Короче, то что Вы описали, конечно решение. Но, я своим генератором, уже давно почти не пользуюсь, его заменил NWT-7, спасибо немцам и нашим товарищам, которые протолкнули его на наши просторы. Была бы на столе еще такая же коробочка, с функциями описанными чуть выше, было бы вовсе хорошо.
Поэтому тема, поднятая здесь, все еще актуальна, но скоро превратится в ненужную полемику...