16.5.2. Источники широкополосных сигналов

Если измерение коэффициента шума приемника производится с источником, выходная мощность которого распределена по всей полосе частотной характеристики, то в этом случае получается среднее значение в полосе и необходимость определения ширины полосы шума отпадает. Однако тогда нужно точно знать выходную мощность генератора на единицу полосы частот. Предположим, что генератор соединен с входом приемника; если выходная мощность генератора, не считая его теплового шума, равна нулю, то на выходе приемника получается мощность

Пусть затем генератор помимо теплового шума при стандартной температуре дает мощность а мощность, регистрируемая на выходе приемника, увеличивается до Тогда коэффициент шума приемника определяется формулой

Следует учитывать паразитные полосы передачи в приемнике, так как источник шума создает сигнал и для них, что приводит к более низкому кажущемуся коэффициенту шума. Так как при таких условиях получается более высокое значение коэффициента шума, то необходимо применить коррекцию. Так, например, в случае супергетеродинного приемника без подавления по зеркальному каналу коррекция составляет дб.

Источник распределенного шумового сигнала может представлять генератор незатухающих колебаний, частота которого непрерывно изменяется в полосе с постоянной скоростью. Разновидностью такого источника является генератор, создающий чрезвычайно короткие импульсы с малой частотой повторения и дающий поэтому частотный спектр с постоянной плотностью в широкой полосе. Макфарлейн [148], например, показал, что спектр, создаваемый последовательностью почти периодических импульсов, состоит из непрерывного шума плюс линейчатый спектр. Так как составляющие линейчатого спектра с некоторой частоты начинают маскироваться шумами, то эффективный генератор шума получается для частот выше самой высокой частоты, при которой еще заметны составляющие линейчатого спектра. В одном из методов создания такого генератора шума используется [245] дуговой разряд, который действует как скоростной выключатель в цепи релаксационного генератора. При этом генерируется последовательность импульсов малой длительности и с постоянной амплитудой, частота повторения которых произвольно колеблется около некоторого среднего значения. Типичный генератор с частотой релаксации давал выходную мощность шумов, которая была почти постоянна в области частот от до и на 100 дб превышала мощность теплового шума.

Стандартный источник шума состоит из согласованной резистивной оконечной нагрузки, нагретой до известной температуры [75, 143]. Из уравнения (16.3) можно видеть, что выходная мощность шума превышает мощность шумов при комнатной температуре на 2, 6 и 10 дб для температур соответственно 440, 1154, 3000° К- Один из таких источников на частоте состоял [267] из полупроводящего керамического клина, который был расположен по центру сделанного из стали волновода длиной последний нагревался пропускаемым через него током до 1000 а с частотой 50 гц, получаемым от трансформатора. Клин был почти идеально согласован в области температур 290—900° К. Остальная часть волноводной системы предохранялась от нагревания с помощью водяного охлаждения. Измерения термопарами показали наличие вдоль клина

температурного градиента, и для учета этого явления была произведена коррекция.

В другом источнике шума на той же частоте использовался [124] нагретый платиновый волновод, который нагружался керамическим клином; температура клина устанавливалась на точке плавления золота. Лампы с вольфрамовой нитью накала использовались [273] в качестве источников шума на частотах 45, 200 и 600 Мгц. Лампа для частоты помещалась [44] между боковыми коаксиальными плечами, присоединенными к широким стенкам волновода. Боковые плечи и волновод были снабжены настраивающими поршнями, обеспечивающими получение а биспиральная нить находилась при температуре -Все эти источники теплового шума имели слишком малую выходную мощность и не пригодны для целей общего применения; обычно они используются только как средство калибровки. Источником распределенного шума может служить электронная лампа-диод, уровень мощности шумов которой с очень высокой точностью определяется на частотах до Средний квадрат тока дробового шума в пучке, определяемый уравнением создает на резистивной нагрузке номинальную мощность шума, которая превышает мощность теплового шума на величину

Конструкция шумовых диодов, предназначенных для работы на сверхвысоких частотах, должна обеспечить малое время пролета электронов и выбор возможного устройства для легкого согласования со входом приемника. Были сконструированы диодные генераторы шумов для применения на частотах 45 Мгц [171], 1,5 Ггц [93,203] и 10 Ггц [5]. Типичная лампа состоит из внешнего проводника, образующего анод, и внутреннего проводника; их размеры подобраны так, чтобы получить волновое сопротивление 75 ом.

В диоде с дисковым впаем, разработанном Компфнером [127] и показанном на рис. 16.28, а, выходная мощность шумов поступает в волновод; предусмотрено введение коррекции на время пролета электронов и на затухание, как показано на рис. а также на рассогласование оконечных нагрузок и действие пространственного заряда. При резонансе, когда один конец является замкнутым накоротко, диод может использоваться как относительный источник шума. Один из диодов коаксиального типа [113] имеет сопротивление 50 ом, и его эмиссия ограничивается температурой. Непосредственное измерение чувствительности приемника осуществляется, когда мощность шумов на выходе приемника возрастает в 2 раза; тогда, если учитывать коррекцию на время пролета, значение коэффициента шума определяется диодным током в миллиамперах. Уменьшение шума из-за времени пролета на частоте составила 3 дб. При потенциале на анбде 300 в эмиссия нити накала была

раничена по температуре током, примерно до это позволяло измерять на низких частотах коэффициент шума до 20 дб. Другой коаксиальный генератор шума состоит из цилиндрического пленочного сопротивления и двух термоэлектронных диодов; точность его составляет ±2% до 300 Мгц и ±5% до 1,25 Ггц (с калибровкой).

Полупроводниковые диоды использовались также в качестве генератора шума при подаче на них обратного тока в несколько миллиампер.

Рис. 16. 28. Термоэлектронный диод используемый в качестве генератора шума: а — диод с дисковым спаем в волноводной головке; б - коэффициент корреляции для затухания и угла пролета. (См. [127].)

Этот ток вызывает в барьерном слое дробовой шум, и при надлежащей конструкции его можно получить в выходной волноводной линии. На частоте диод давал мощность избыточного шума 10 дб при обратном токе Объемный резонатор, возбуждаемый электронным пучком, представляет генератор шума другого типа; в этом случае дробовой шум в электронном пучке создает шумовую мощность в объемном резонаторе, который может быть связан со входом приемника. Величина этой мощности шума определяется выражением

После подстановки значения из уравнения (16.10) получаем

Эффективная шумовая температура равна

Если площадь щели, то

Для тока на частоте была получена мощность шума, превышающая мощность теплового шума на 25 дб. На частоте применялись клистроны [339].