Измерение коэффициента шума радиоприемника

Чувствительность радиоприемников обычно измеряют с помощью ГСС, калиброванных по выходному уровню. Этот способ не отличается высокой точностью даже при использовании генераторов заводского изготовления.

Более правильное представление о чувствительности приемника дает измерение коэффициента шума. По величине коэффициента шума и полосе пропускания может быть подсчитана и чувствительность в микровольтах.

Коэффициент шума показывает, во сколько раз мощность, шумов на выходе реального (шумящего) приемника Ршр больше мощности шумов на выходе идеального нешумящего Рши при условии, что шумы на его выходе определяются только усиленными тепловыми шумами антенны или ее эквивалента!

Для определения Кш необходимо измерить величину мощности шума реального приемника, т. е. Ршр.

Величина мощности шума на выходе идеального приемника, т. е. Ршт вычисляется по формуле:

где К — 1,38- 10-23 дж/градус

градус (постоянная Больцмана); Т = 293° — абсолютная температура (273°+20°);

Δf — полоса приемника, в которой измеряется мощность шума. Ршр измеряют с помощью специального генератора шума, подавая на вход приемника шум, мощность которого равна мощности собственных шумов. Равенство мощностей шума генератора и собственных шумов приемника контролируется на выходе приемника.

Генератором шума в диапазонах KB и УКВ может служить диод с вольфрамовым или торированно-вольфрамовым катодом прямого накала, работающий в режиме насыщения анодного тока. Мощность шумов такого диода постоянна в диапазоне частот от нескольких килогерц до сотен мегагерц; ее величина в анодной цепи равна:

где е = 1,6-10-19 заряд электрона, кулон; Iа — анодный ток диода, а;

RA — сопротивление нагрузки диода, равное сопротивлению эквивалента антенны, ом; Δf — полоса частот, в которой измеряется мощность шумов (полоса приемника), гц. При измерении Кш мощность шумов диода должна быть равна мощности собственных шумов приемника, т. е.:

Подставив в выражение (1) значения Ршр и Pши из (2) и (4), получим:

или окончательно, подставив значения е, К, Т:

Таким образом, для определения коэффициента шума необходимо знать анодный ток диода Iа (его легко измерить прибором постоянного тока) и величину сопротивления RA.

Генератор шума дает непосредственно нужную величину мощности, необходимую для измерения, и не требует дополнительного аттенюатора. Точность определения Кш определяется точностью измерения Iаи R А и может быть высокой.

Уровень выходной мощности генератора шума можно регулировать, изменяя анодный ток, напряжение накала шумового диода. Мощность шума измеряется на выходе приемника в линейной части его, т. е. практически на выходе детектора усилителя ПЧ.

Генератор шума, как измерительный прибор, должен состоять из собственно генератора шума, источника питания и контрольного прибора.

Принципиальная схема генератора шума с диодом типа 2ДЗБ приведена на рис. 1. С выхода источника питания снимается постоянное напряжение 150 в для питания анодной цепи и плавно регулируемое напря-жение 0,1—2,2 в для питания цепи накала. Напряжение накала регулируется с помощью реостата, рассчитанного на максимальный ток накала диода 110 ма.

Сечение сердечника силового трансформатора 2,5 см2. Обмотка I содержит 3000+2300 витков провода ПЭЛ 0,15, обмотка II — 4300 витков провода ПЭЛ 0,05—0,08, обмотка III — 60 витков провода ПЭЛ 0,25. Можно использовать другой такой трансформатор мощностью не менее 5 вт, дающий необходимые напряжения. При использовании силового трансформатора от сетевого радиоприемника с шестивольтовой накальной обмоткой сопротивление реостата накала должно быть 100— 150 ом, а последовательно с реостатом необходимо включить постоянный резистор сопротивлением 30—50 ом мощностью 1 вт.

Шумовой диод размещают в выносном ВЧ пробнике, чтобы сократить длину соединительных проводов и тем -самым уменьшить величину паразитной емкости, шунтирующей сопротивление нагрузки R3 диода. Паразитная емкость снижает величину мощности шума на высоких частотах, а следовательно, и точность измерения. Поэтому особое внимание обращено на расположение диода с таким расчетом, чтобы длины проводников, особенно потенциальных, и их емкости относительно корпуса были минимальными.

Конструкция пробника шумового генератора приведена на рис. 2. Рекомендуется использовать малогабаритные детали. В данном случае применены блокировочные конденсаторы типа КТП емкостью 3600 пф и дроссели бескаркасной намотки индуктивностью 5 мкгн. Сопротивление нагрузки диода типа УЛМ.

В качестве контрольного прибора можно использовать миллиамперметр любого типа с током полного отклонения 5 ма.

Используемый в генераторе шумовой диод 2ДЗБ имеет следующие данные: UH = 2,2 в (постоянное), Ia = = 0,11 a, Ua= 150 в (максимальное значение); Iа==5 ма (максимальное значение).

Максимальный коэффициент шума, который позволяет измерить этот диод, на основании формулы (6) равен:

По своим конструктивным, особенностям диод 2ДЗБ предназначен для использования на частотах до нескольких десятков мегагерц. На более высоких частотах из-за влияния индуктивностей выводов точность измерения снижается. Поэтому на более высоких частотах необходимо использовать шумовой диод 2Д2С, частотный диапазон которого до нескольких тысяч мегагерц.

Данные диода следующие: Uн=1,5 в (постоянное или переменное), Iн=1,5 а, Uа=125 в, Iа=40 ма (максимальное значение). Диод дает большую мощность и согласно формуле (6) позволяет измерить коэффициент шума до

Перед началом измерения приемник должен быть полностью отрегулирован . и устойчиво работать. Необходимо измерить его избирательность по зеркальному каналу и результирующую полосу пропускания на выходе усилителя ПЧ. Избирательность по зеркальному каналу определяется на той же частоте, что и коэффициент шума. К антенному входу приемника присоединяют ВЧ пробник генератора шума. На выход детектора подключают ламповый вольтметр постоянного тока. Вольтметр должен быть высокоомным, чтобы не шунтировать сопротивление нагрузки детектора и не снижать его коэффициента передачи.

АРУ должна быть отключена, так как амплитудная характеристика приемника при измерении Кш должна быть линейной. Если в приемнике предусмотрена ручная регулировка усиления, то с ее помощью устанавливают уровень собственных шумов, равный 1 в, контролируя его по выходному прибору. Если ручной регулировки усиления нет, то измерения можно производить при любом начальном напряжении шума.

Затем подают анодное напряжение на шумовой диод и, изменяя напряжение накала, добиваются такой мощности шумов анодного тока диода, чтобы показания прибора на выходе приемника возросли в 1,41 раза. Это соответствует равенству мощности шума генератора мощности собственных шумов приемника при линейной характеристике детектора.

Поскольку мощность пропорциональна квадрату напряжения, возрастание напряжения в 1,41 раза соответствует увеличению мощности на выходе детектора в 2 раза. Мощность удваивается потому, что к мощности собственных шумов приемника добавляется точно такая же мощность шумов генератора. Обычно диодные детекторы радиоприемников линейны при напряжении ПЧ не менее 0,5—1 в.

Если используется детектор с квадратичной характеристикой, показания прибора при включении генератора шума должны возрасти в 2 раза.

Напряжение шума можно измерять до детектора непосредственно по ПЧ, используя для этого высокочастотный вольтметр или милливольтметр. При линейной шкале прибора его показания при измерении коэффициента шума также должны возрасти в 1,41 раза.

После того как установлена необходимая мощность шума генератора, по контрольному прибору определяют величину анодного тока диода и по формуле (6) подсчитывают коэффициент шума приемника. Если сопротивление эквивалента антенны RA постоянно, значения Кш подсчитывают заранее и наносят их прямо на шкалу миллиамперметра.

С учетом избирательности приемника по зеркальному каналу коэффициент шума определяется по формуле:

и точность измерения ухудшится на 30%. Фактический коэффициент шума при этом будет на 10% больше, чем измеренный. При ослаблении зеркального канала в 10 раз ошибка измерения составит 1%, с чем можно практически не считаться.

При большом коэффициенте шума радиоприемника величина мощности шума генератора может оказаться недостаточной для возрастания показаний выходного прибора в 1,41 раза. В этом случае для вычисления коэффициента шума необходимо формулу (7) умножить

т. е.

где N показывает возрастание напряжения шума на выходе приемника при включении генератора шума; при возрастании его в 1,41 раза N2=2 и N2—1 = 1.

Измерив коэффициент шума и учтя поправки, по формуле (8) можно подсчитать чувствительность приемника в микровольтах по следующей формуле:

где а — превышение напряжения сигнала над напряжением собственных шумов приемника, необходимое для высококачественного приема. Ориентировочные значения для различных видов сигналов даны в табл. 1;

Пш — шумовая полоса радиоприемника (в Мгц), связанная с его полосой пропускания через коэффициент, зависящий от числа контуров, определяющих полосу, Пш = βΔf0,7. Величина β дана в табл. 2; R А — в ком. В заключение следует отметить, что коэффициент шума хороших приемников на KB и УКВ диапазонах (б—180 Мгц) лежит в пределах 1,5—5.