ГОСТ 19656.6-74
Диоды полупроводниковые СВЧ смесительные. Методы измерения нормированного коэффициента шума

ГОСТ 19656.6-74* (СТ СЭВ 3997-83)

Группа Э29

     
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ДИОДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВЧ СМЕСИТЕЛЬНЫЕ

Методы измерения нормированного коэффициента шума

Semiconductor microwave mixer diodes.
Methods of measuring standard overall noise figure

ОКП 62 1810

Дата введения 1975-07-01

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 29 марта 1974 г. N 753 срок введения установлен с 01.07.75

Проверен в 1987 г. Постановлением Госстандарта СССР от 17.12.87 N 4595 срок действия продлен до 01.07.93**
________________
** Ограничение срока действия снято по протоколу Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 2, 1993 год). - Примечание изготовителя базы данных.

* ПЕРЕИЗДАНИЕ (апрель 1988 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в июне 1976 г.; в июне 1984 г., Пост. N 1946 от 15.06.84 (ИУС 7-76, 9-84)


Настоящий стандарт распространяется на полупроводниковые смесительные диоды СВЧ и устанавливает в диапазоне частот от 0,3 до 78,3 ГГц 2-го метода измерения нормированного коэффициента шума :

метод шумового генератора;

метод определения по измеренным значениям потерь преобразования и шумового отношения.

Стандарт соответствует полностью СТ СЭВ 3997-83 и Публикации МЭК 147-2К в части принципа измерения.

Общие требования при измерении и требования безопасности - по ГОСТ 19656.0-74.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1. МЕТОД ШУМОВОГО ГЕНЕРАТОРА

1. МЕТОД ШУМОВОГО ГЕНЕРАТОРА

1.1.Принцип и режим измерения

1.1.1. Принцип измерения основан на определении нормированного коэффициента шума при включении смесительного диода в качестве преобразователя на входе супергетеродинного приемника, коэффициент шума усилителя промежуточной частоты которого, а также мощность генератора шума, подаваемая на вход приемника, известны.

1.1.2. Режим измерения (уровень СВЧ мощности, длина волны или частота, на которой проводят измерения, сопротивление нагрузки диода по постоянному току, промежуточная частота и требования к измерительной камере) должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов.

1.2. Аппаратура

1.2.1. Нормированный коэффициент шума следует измерять на установке, схема которой приведена на чертеже.

- генератор СВЧ мощности; - частотомер; - вентиль; - фильтр СВЧ
или другое устройство, обеспечивающее подавление шумов генератора ;
- переменный аттенюатор; - генератор шума; - прецизионный аттенюатор;
- направленный ответвитель; - переключатель СВЧ; - измеритель мощности;
- измерительная диодная камера с диодом; - усилитель промежуточной частоты

1.2.2. Фильтр СВЧ , обеспечивающий подавление шумов генератора на частотах измерения до 17,78 ГГц, должен удовлетворять следующим требованиям:

рабочая частота должна быть равна частоте измерения ;

полоса пропускания на уровне 25 дБ от вершины его частотной характеристики должна быть не более 2 ( - промежуточная частота);

полоса пропускания на уровне 0,5 дБ от вершины его частной характеристики должна удовлетворять условию

.

При использовании других устройств, обеспечивающих подавление шумов генератора на частотах измерения свыше 17,78 до 78,3 ГГц, погрешность измерения нормированного коэффициента шума должна быть в пределах, указанных в п.1.5.

1.2.3. Генератор шума должен удовлетворять следующим требованиям:

спектральная плотность мощности шума должна быть не менее 40 (где 1,38·10 Дж/К, 293 К) или не менее 40 единиц для относительной спектральной плотности шума;

погрешность определения спектральной плотности мощности шума должна быть в пределах ±0,3 дБ;

рабочая полоса частот должна перекрывать диапазон частот от до , где - значение частоты генератора , на которой проводят измерения;

неравномерность спектральной плотности мощности шума в рабочей полосе частот должна быть в пределах ±0,1 дБ.

Коэффициент стоячей волны по напряжению выхода генератора как в включенном, так и в выключенном состоянии должен быть не более 1,25.

1.2.4. Прецизионный аттенюатор в диапазоне частот от 0,3 до 37,5 ГГц должен удовлетворять следующим требованиям:

КСВН входа и выхода должен быть не более 1,2;

максимальное ослабление должно быть не менее 30 дБ;

погрешность отсчета вносимого ослабления должна быть в пределах ±(0,01+0,005), где - устанавливаемое значение ослабления.

В диапазоне частот свыше 37,5 до 300 ГГц пределы погрешности отсчета вносимого ослабления должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов.

1.2.5. Направленный ответвитель должен удовлетворять следующим требованиям:

направленность должна быть не менее 20 дБ;

переходное ослабление должно обеспечивать подачу номинального уровня СВЧ мощности от генератора и уровня мощности шума от генератора шума на вход измерительной диодной камеры .

1.2.6. СВЧ тракт от генератора шума до измерительной диодной камеры должен быть прокалиброван по ослаблению на частотах и . Значения ослаблений на этих частотах и (в относительных единицах) должны быть установлены с погрешностью в пределах ±0,2 дБ. При калибровке тракта аттенюатор должен иметь показание, соответствующее минимальному ослаблению.

1.2.7. Усилитель промежуточной частоты должен удовлетворять следующим требованиям:

рабочая частота должна соответствовать промежуточной частоте ;

полоса пропускания должна быть не более 0,1;

входное сопротивление по постоянному току должно быть равно нагрузке диода по постоянному току и установлено с погрешностью в пределах ±1%;

схема трансформации на входе должна обеспечивать согласование выходных сопротивлений проверяемых диодов со входом усилителя;

коэффициент шума во всем диапазоне проверяемых диодов должен быть равен 1,5 дБ и определен с погрешностью в пределах ±0,3 дБ;

коэффициент усиления должен быть не менее 50 дБ с плавной регулировкой не менее 6 дБ;

относительная нестабильность коэффициента усиления должна быть в пределах ±2%;

выходной каскад должен иметь детектор с квадратичной характеристикой, отклонение от квадратичности которой в динамическом диапазоне 15 дБ должно быть в пределах ±2%;

индикаторный прибор на выходе должен иметь класс точности не ниже 1,0.

1.3. Проведение измерения

1.3.1. Измерение проводят двумя способами: способом удваивания выходной мощности и способом двух отсчетов.

1.3.2. Способ удваивания выходной мощности

1.3.2.1. При выключенном генераторе шума устанавливают заданный режим измерения: рабочую частоту и СВЧ мощность на входе измерительной диодной камеры .

1.3.2.2. В измерительную диодную камеру устанавливают проверяемый диод и при включенном генераторе шума с помощью трансформатора на входе усилителя получают максимальное показание его индикаторного прибора.

Выключают генератор шума и регулировкой усилителя устанавливают показание его индикаторного прибора на участке от трети до половины его шкалы.

1.3.2.3. Включают генератор шума и аттенюатором устанавливают при этом же усилении усилителя удвоенное показание его индикаторного прибора.

Примечание. Допускается использование прецизионного аттенюатора с ослаблением 3 дБ в тракте усилителя . При этом включают , вводят ослабление 3 дБ в тракте усилителя , аттенюатором добиваются первоначального показания индикаторного прибора усилителя.

1.3.2.4. Определяют значение ослабления , вносимого аттенюатором в СВЧ тракт.

1.3.3. Способ двух отсчетов

1.3.3.1. При использовании этого способа аттенюатор исключают из функциональной схемы или его наличие учитывают при калибровке участка СВЧ тракта от до .

1.3.3.2. При выключенном генераторе шума устанавливают заданный режим измерения: рабочую частоту и СВЧ мощность на входе .

1.3.3.3. В измерительную диодную камеру устанавливают проверяемый диод и при включенном генераторе шума с помощью трансформатора на входе усилителя получают максимальное значение его индикаторного прибора.

Выключают генератор шума и регулировкой усиления усилителя устанавливают показание его индикаторного прибора , равное одной трети шкалы.

1.3.3.4. Включают генератор шума и при том же усилении усилителя отмечают показание по индикаторному прибору усилителя.

Примечания:

1. Допускается использование прецизионного аттенюатора в тракте усилителя . При этом включают генератор шума , при помощи аттенюатора в тракте усилителя получают первоначальное показание и измеряют изменение его ослабления в относительных единицах.

2. Допускается измерение по методу шумового генератора общего (ненормированного) и коэффициента шума приемного устройства при использовании усилителя с коэффициентом шума , не равным 1,5 дБ с последующим пересчетом его значения в значение нормированного коэффициента шума диода .

1.4. Обработка результатов

1.4.1. При измерении способом удваивания выходной мощности вычисляют нормированный коэффициент шума в относительных единицах по формуле (1) при , не равном , или по формуле (2) при

, (1)

, (2)

где - относительная спектральная плотность мощности шума генератора в относительных единицах;

- показание аттенюатора , переведенное в относительные единицы;

- значение ослабления СВЧ тракта на частоте в относительных единицах;

- значение ослабления СВЧ тракта на частоте в относительных единицах.

1.4.2. При измерении способом двух отсчетов вычисляют нормированный коэффициент шума в относительных единицах по формуле (3)

, (3)

где и - показания индикаторного прибора усилителя в относительных единицах.

При использовании прецизионного аттенюатора в тракте усилителя промежуточной частоты вычисляют нормированный коэффициент шума по формуле (4)

, (4)

где - показание аттенюатора в тракте усилителя в относительных единицах.

1.4.3. При измерении по методу шумового генератора общего коэффициента шума вычисляют нормированный коэффициент шума по формуле (5)

, (5)

где - общий коэффициент шума в относительных единицах;

- коэффициент шума используемого усилителя, определенный с погрешностью в пределах ±0,3 дБ, в относительных единицах;

- потери преобразования проверяемого диода, определенные по ГОСТ 19656.4-74 и переведенные в относительные единицы.

При использовании компенсации шумов усилителя (1) в результате измерений и последующих вычислений в соответствии с пп.1.4.1 и 1.4.2 получают коэффициент шума смесителя и нормированный коэффициент шума вычисляют по формуле (6)

, (6)

где - коэффициент шума смесителя в относительных единицах.

1.5. Показатели точности измерений

1.5.1. Погрешность измерения нормированного коэффициента шума в диапазоне частот от 0,3 до 37,5 ГГц не должна выходить за пределы ±20% с доверительной вероятностью 0,997.

В диапазоне частот выше 37,5 до 78,3 ГГц показатели точности измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов.

1.5.2. Расчет показателей точности измерения нормированного коэффициента шума приведен в обязательном приложении 2.

2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМИРОВАННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА ПО ИЗМЕРЕННЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ПОТЕРЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ШУМОВОГО ОТНОШЕНИЯ

2.1. Принцип и режим измерения

2.1.1. Принцип измерения основан на определении коэффициента шума путем измерения потерь преобразования по ГОСТ 19656.4-74 и шумового отношения или по ГОСТ 19656.5-74.

2.1.2. Режим измерения и - по ГОСТ 19656.4-74 и ГОСТ 19656.5-74.

2.2. Аппаратура - по ГОСТ 19656.4-74 и ГОСТ 19656.5-74.

2.3. Проведение измерения - по ГОСТ 19656.4-74 и ГОСТ 19656.5-74.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Нормированный коэффициент шума в относительных единицах вычисляют по формуле (7) или в децибелах по формуле (8)

, (7)

где - потери преобразования в относительных единицах;

- шумовое отношение в относительных единицах.

, (8)

где - потери преобразования, дБ.

2.5. Показатели точности измерений

2.5.1. Погрешность измерения нормированного коэффициента шума в диапазоне частот от 0,3 до 37,5 ГГц не должна выходить за пределы ±25% с доверительной вероятностью 0,997.

В диапазоне частот свыше 37,5 до 300 ГГц показатели точности измерения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов.

2.5.2. Расчет погрешности измерения нормированного коэффициента шума приведен в обязательном приложении 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ О СООТВЕТСТВИИ ГОСТ 19656.5-74 СТ СЭВ 3997-83

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

_______________
* Соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 19656.6-74 соответствует разд.2 и 3 СТ СЭВ 3997-83.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (обязательное). РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ НОРМИРОВАННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное

При расчете погрешности принят нормальный закон распределения составляющих погрешностей и суммарной погрешности.

1. Метод шумового генератора

1.1. Нормированный коэффициент шума в относительных единицах рассчитывают по формуле

. (1)

Логарифмируем формулу (1) и после почленного дифференцирования с заменой дифференциалов приращениями получаем алгебраическую сумму частных составляющих погрешности измерения

. (2)

1.2. Интервал погрешности измерения с доверительной вероятностью 0,997 определяют по формуле

, (3)

где - погрешность калибровки СВЧ тракта на частотах и ;

- погрешность определения спектральной плотности мощности шума генератора шума;

- погрешность определения ослабления по прецизионному аттенюатору.

1.3. Коэффициенты влияния при , и имеют максимальное значение, равное 1, и формула (3) принимает вид

. (4)

1.4. В подкоренное выражение (4) следует добавить погрешность , обусловленную погрешность установления 1,5 дБ; нестабильностью коэффициента усиления усилителя ; отклонением от квадратичности амплитудной характеристики выходного каскада усилителя ; рассогласованием выходного сопротивления диода и входного сопротивления усилителя ; а также составляющую погрешности за счет неточности установления, поддержания и контроля уровня СВЧ мощности с коэффициентом влияния, равным 1.

. (5)

Выражение (4) принимает вид

. (6)

1.5. Значения погрешностей , , , , , , равны:

; ; ;

; ; .

В погрешность входят погрешность калибровки начального ослабления ±0,2 дБ, или ±5%, и погрешность градуировки шкалы аттенюатора ±2%.

.

Погрешность ±7% (ГОСТ 19656.0-74) для уровней мощности 10-5·10 Вт, что соответствует режимам измерений смесительных диодов.

1.6. Подставив значения погрешностей , , , , , , , , в формулу (6), получаем ±16%.

Принимаем ±20%.

2. Метод определения нормированного коэффициента шума по измеренным значениям
потерь преобразования и шумового отношения

2.1. Нормированный коэффициент шума в относительных единицах рассчитывают по формуле

. (7)

2.2. Логарифмируем формулу (7) и после почленного дифференцирования с заменой дифференциалов приращениями получаем алгебраическую сумму частных составляющих погрешности измерения

. (8)

2.3. Коэффициент влияния при для значения 3 равен 0,88.

При этом формула (8) принимает вид

. (9)

Интервал погрешности с доверительной вероятностью 0,997 определяют по формуле

, (10)

где - погрешность измерения потерь преобразования, равная ±12% (ГОСТ 19656.4-74);

- погрешность измерения шумового отношения, равная ±20% (ГОСТ 19656.5-74).

Подставив в формулу (10) значения и получаем ±22%.

Принимаем ±25%.