ГОСТ 19656.5-74
Диоды полупроводниковые СВЧ смесительные и детекторные. Методы измерения шумового отношения

ГОСТ 19656.5-74*(СТ СЭВ 3997-83)

Группа Э29

     
     
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ДИОДЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВЧ СМЕСИТЕЛЬНЫЕ И ДЕТЕКТОРНЫЕ

Методы измерения шумового отношения

Semiconductor microwave mixer and detector diodes.
Methods of measuring output noise ratio

ОКП 62 1800

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 Изменением N 1, утвержденным в июне 1984 г.; Пост. N 1946 от 15.06.84 (ИУС 9-84)


Настоящий стандарт распространяется на полупроводниковые диоды СВЧ смесительные и детекторные и устанавливает 2 метода измерения шумового отношения при возбуждении диода:

СВЧ мощностью (в диапазоне частот от 0,3 до 78,3 ГГц) ;

постоянным током .

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 1).

1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ N(ш) ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ДИОДА СВЧ МОЩНОСТЬЮ

1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ДИОДА СВЧ МОЩНОСТЬЮ

1.1. Принцип и режим измерения

1.1.1. Принцип измерения основан на сравнении мощности шума проверяемого диода, находящегося в рабочем режиме, с мощностью теплового шума резистора, сопротивление которого равно выходному сопротивлению диода , значение которого определяют по ГОСТ 19656.3-74.

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) должен соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов.

1.2. Аппаратура

1.2.1. Шумовое отношение следует измерять на установке, схема которой приведена на черт.1.

- генератор СВЧ мощности: - частотомер; - вентиль; - фильтр СВЧ
или другое устройство, обеспечивающее подавление шумов генератора ; - переменный аттенюатор;
- переключатель СВЧ; - измеритель мощности; - измерительная диодная камера с диодом;
- усилитель промежуточной частоты; - набор калибровочных резисторов

Черт.1

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 ( - промежуточная частота);

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

,

коэффициент стоячей волны по напряжению в полосе пропускания должен быть не более 1,2.

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

1.2.3. Усилитель промежуточной частоты должен удовлетворять следующим требованиям:

рабочая частота должна соответствовать промежуточной частоте ;

полоса пропускания должна быть не более не более ;

эквивалентное шумовое сопротивление , приведенное ко входу усилителя, должно быть не более 600 Ом;

входное сопротивление на промежуточной частоте должно удовлетворять условию

,

где - максимальное возможное значение выходного сопротивления проверяемых диодов.

Входное сопротивление по постоянному току должно быть равно сопротивлению нагрузки диода по постоянному току и установлено с погрешностью в пределах ±1%;

параметры регулируемого входного контура должны обеспечивать настройку в резонанс с включенным диодом на частоте в диапазоне значений реактивной составляющей выходного сопротивления проверяемого диода;

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 должно быть в пределах ±2%;

индикаторный прибор на входе должен иметь класс точности не ниже 1,0;

переключатель на выходе усилителя должен обеспечивать постоянное короткое замыкание входной цепи, за исключением моментов калибровки и измерения.

1.2.4. Калибровочные резисторы, входящие в набор , должны удовлетворять следующим требованиям:

номинальные значения сопротивлений резисторов должны перекрывать через 50-100 Ом весь диапазон значений от до , где и - минимальное и максимальное значения выходных сопротивлений проверяемых диодов в партии, и - минимальное и максимальное значения их шумового отношения;

погрешность определения значений активных сопротивлений резисторов должна быть в пределах ±1%;

значение индуктивного сопротивления на промежуточной частоте должно быть не более 0,01 ;

геометрические размеры резисторов должны обеспечивать их включение в измерительную диодную камеру вместо проверяемых диодов.

1.3. Проведение измерений

1.3.1. Замыкают накоротко вход усилителя и отмечают показание его индикаторного прибора . Изменяя усиление усилителя, рекомендуется устанавливать по индикаторному прибору целое число делений на одной трети шкалы прибора. Значение необходимо поддерживать плавной регулировкой усиления в течение всего периода измерений.

1.3.2. В измерительную диодную камеру вставляют калибровочный резистор из набора , номинальное значение сопротивления которого близко к значению , и открывают вход усилителя. Регулировкой входного контура усилителя добиваются максимального показания его индикаторного прибора. Поочередно вставляя в камеру остальные резисторы из набора, фиксируют показания , , … для каждого значения .

1.3.3. Строят график зависимости .

1.3.4. Режим измерения устанавливают в соответствии с п.1.1.2.

1.3.5. В измерительную диодную камеру вставляют проверяемый диод, открывают вход усилителя и фиксируют показания . По графику находят значение эквивалентного шумового сопротивления диода , соответствующее показанию .

1.4. Обработка результатов

1.4.1. Шумовое отношение в относительных единицах определяют по формуле

,

где - эквивалентное шумовое сопротивление диода, Ом;

- выходное сопротивление диода, Ом.

На частотах свыше 17,78 ГГц допускается измерение другими методами, при этом погрешность измерения не должна превышать указанную в п.1.5.

1.5. Показатели точности измерений

1.5.1. Погрешность измерения шумового отношения в диапазоне частот от 0,3 до 37,5 ГГц не должна выходить за пределы ±20% с доверительной вероятностью 0,997; в диапазоне частот свыше 37,5 до 300 ГГц показатели точности измерения шумового отношения должны соответствовать установленным в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов.

1.5.2. Расчет показателей точности измерения шумового отношения приведен в обязательном приложения 2.

2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ N(ш1) ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ДИОДА ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ

2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ДИОДА ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ

2.1. Принцип и режим измерения

2.1.1. Принцип измерения основан на сравнении мощности шума проверяемого диода, находящегося в заданном режиме с мощностью теплового шума резистора, сопротивление которого равно дифференциальному сопротивлению диода , значение которого определяют по ГОСТ 18986.14-85.

2.1.2. Режим измерения (значение постоянного прямого тока смещения, частота и полоса частот , в которой регистрируют уровень шума) должен соответствовать установленному в стандартах или технических условиях на диоды конкретных типов.

2.2. Аппаратура

2.2.1. Шумовое отношение следует измерять на установке, схема которой приведена на черт.2.

- контактное устройство с проверяемым диодом; - набор калибровочных резисторов;
- измеритель сопротивления; - распределительный блок;
- источник постоянного тока смещения; - усилитель

Черт.2

2.2.2. Контактное устройство , обеспечивающее подключение проверяемого диода, должно удовлетворять следующим требованиям:

переходное сопротивление контактов должно быть не более 0,05 Ом;

экран контактного устройства должен обеспечивать отсутствие помех на выходном приборе усилителя при его калибровке и проведении измерений.

2.2.3. Калибровочные резисторы, входящие в набор R, должны удовлетворять следующим требованиям:

номинальные значения сопротивлений резисторов должны перекрывать через 50-100 Ом весь диапазон значений от до , где и - минимальное и максимальное значения дифференциальных сопротивлений проверяемых диодов в партии, и - минимальное и максимальное значения их шумового отношения;

погрешность определения значений активных сопротивлений резисторов должна быть в пределах ±1%;

значение индуктивного сопротивления на частоте измерения должно быть не более 0,01 ;

геометрические размеры резисторов должны обеспечивать их включение в контактное устройство вместо проверяемых диодов.

2.2.4. Схема измерения должна соответствовать требованиям ГОСТ 19656.8-74.

2.2.5. Распределительный блок , предназначенный для поочередного подключения проверяемого диода к усилителю и к схеме измерения , должен в любом подключении обеспечивать подачу прямого тока смещения на проверяемый диод от источника .

2.2.6. Источник постоянного тока смещения должен удовлетворять следующим требованиям:

должна быть обеспечена плавная регулировка тока смещения от нулевого до заданного значения;

погрешность установления и поддержания тока смещения должна быть в пределах ±10%;

стабильность тока смещения должна обеспечивать отсутствие помех на выходном приборе усилителя при его калибровке и проведении измерений; при измерении в низкочастотном диапазоне рекомендуется использование гальванических элементов.

2.2.7. Усилитель должен удовлетворять следующим требованиям:

рабочая частота и полоса пропускания должны соответствовать значениям по п.2.1.2;

эквивалентное шумовое сопротивление , приведенное ко входу усилителя, должно быть не более 600 Ом;

входное сопротивление на частоте должно удовлетворять условию

, (1)

где - максимальное значение дифференциального сопротивления проверяемых диодов;

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 должно быть в пределах ±2%;

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

переключатель на входе усилителя должен обеспечивать постоянное короткое замыкание входной цепи, за исключением моментов калибровки и измерения.

Примечание. Допускается использование усилителя с линейной амплитудной характеристикой. В этом случае при построении графика по п.2.3.4 значение возводят в квадрат и используют зависимость .

2.3. Проведение измерений

2.3.1. Замыкают накоротко вход усилителя и отмечают показание его индикаторного прибора . Рекомендуется, изменяя усиление усилителя, устанавливать по индикаторному прибору целое число делений на одной трети шкалы прибора. Значение необходимо поддерживать плавной регулировкой усиления в течение всего периода измерений.

2.3.2. С помощью распределительного блока подключают контактное устройство ко входу усилителя .

2.3.3. В контактное устройство поочередно устанавливают калибровочные резисторы из набора и, открывая вход усилителя, по его выходному прибору отмечают показания , , … для каждого значения .

2.3.4. Строят график зависимости .

2.3.5. В контактное устройство помещают проверяемый диод и, плавно увеличивая значение прямого тока смещения, устанавливают заданный режим по постоянному току в соответствии с п.2.1.2.

2.3.6. Открывают вход усилителя и фиксируют показание .

2.3.7. Замыкают накоротко вход усилителя и с помощью распределительного блока подключают проверяемый диод к схеме для измерения . Проводят измерение в соответствии с ГОСТ 19656.8-74.

2.3.8. По графику находят значение эквивалентного шумового сопротивления диода , соответствующее показанию .

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Вычисляют шумовое отношение в относительных единицах по формуле

, (2)

где - дифференциальное сопротивление диода, Ом;

- эквивалентное шумовое сопротивление диода, Ом.

2.5. Показатели точности измерений

2.5.1. Погрешность измерения шумового отношения не должна выходить за пределы ±20% с доверительной вероятностью 0,997.

2.5.2. Расчет показателей точности измерения шумового отношения приведен в обязательном приложении 2.

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

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

Разд.1 ГОСТ 19656.5-74 соответствует разд.1 СТ СЭВ 3997-83.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (обязательное). РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВОГО ОТНОШЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное

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

1. Метод измерения при возбуждении диода СВЧ мощностью.

1.1. Шумовое отношение в относительных единицах вычисляют по формуле

, (1)

где - определяют по ГОСТ 19656.3-74, а - по графику на линейном его участке, как показано стрелкой на чертеже.

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

. (2)

1.3. Для расчета погрешности выразим через значение и котангенс угла наклона линейного участка графика (чертеж) к оси абсцисс :

, (3)

где - эквивалентное шумовое сопротивление усилителя, приведенное к его входу, Ом;

- показание индикаторного прибора усилителя при коротком замыкании его входа.

1.4. Логарифмируем формулу (3) и после почленного дифференцирования, полагая значение постоянным, с заменой дифференциалов приращиваниями получаем алгебраическую сумму частных составляющих погрешности измерения

. (4)

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

, (5)

где - погрешность измерения во второй трети шкалы прибора класса 1,0, равная ±3%;

- погрешность определения значения , которое определяется по графику (чертеж), как показано пунктирной линией.

Выражение для погрешности можно записать следующим образом

, (6)

где - погрешность измерения сопротивлений калибровочных резисторов, равная ±1%;

- погрешность отклонения от квадратичности характеристики выходного каскада усилителя, равная ±2%;

- погрешность показания индикаторного прибора усилителя при снятии зависимости , равная .

Подставляя значение , , в выражение (6), получаем

.

1.6. После подстановки значений , в формулу (5) выражение для % примет вид

(7)

или

. (8)

1.7. Погрешность в соответствии с ГОСТ 19656.3-74 должна быть в пределах ±10%.

1.8. После подстановки выражения (8) и значения в формулу (2) получаем искомую погрешность

. (9)

Из выражения (9) следует, что погрешность монотонно увеличивается, если измеряемые значения приближаются к , что имеет место при малых значениях выходного сопротивления диода . При этом степень нарастания увеличивается при уменьшении угла (чертеж), т.е. при увеличении значения .

В таблице приведены значения , которые должны иметь место при измерении диодов с 1 и разными на установках с усилителем, которого равно 600 Ом (что определяет наклон графика), и при 30 дел.

При 1 , что позволяет непосредственно определить по графику зависимости значения при различных .

, Ом	, дел.		, %
150	37	18	20,5
200	40	14,5	17,6
300	45	11,2	15,0
400	50	9,5	13,8
500	55	8,65	13,2
600	60	7,9	12,9

Значение практически остается неизменным для значений в интервале от 0,8 до 1,2. Из таблицы следует, что для значений более 150 Ом погрешность измерения шумового отношения должна быть в пределах ±20%.

2. Метод измерения при возбуждении диода постоянным током.

2.1. Расчет показателей точности измерения проводят в соответствии с разд.1 настоящего приложения, заменив обозначения:

на , на , на .

Так как погрешность измерения дифференциального сопротивления по ГОСТ 19656.8-74 должна быть в пределах ±7%, то погрешность измерения шумового отношения не должна выходить за пределы ±20%.