header yl3akb

 navigation       SATURS
DF9IC RF trokšņu avots

30.12.2015:

RF trokšņu ģenerators ir neaizvietojams instruments mērot pastiprinātāju parametrus un testējot uztvērējus. Apvienojumā ar spektra analizatoru, trokšņu ģenerators ļauj novērtēt arī pārvades raksturlīkņu formu, piemēram, filtriem un pastiprinātājiem. Bet visskaistākais ir tas, ka, lai mērītu/novērtētu pastiprinātāju NF, G un uztvērēju NF, dārgi spektra analizatori nemaz nav nepieciešami - mums ir nepieciešamas mērīt tikai jaudu attiecības, kam nav nepieciešami kalibrēti mērītāji. Tikai lineāri. Jaudu attiecības var mērīt, izmantojot audiosignālu no SSB uztvērēja/transīvera un kādu no brīvi pieejamām skaņas kartes mērprogrammiņām, piemēram, G8KBB NoiseMeter (piejams šeit), vai SpectraVue (piejams šeit). Nav nepieciešami pat 3K EUR uztvērēji, pietiek ar visparastāko RTL-SDR puļķīti, kas, manuprāt, pat ir labāks variants, jo ļauj mērīt jaudu platākā joslā, tādējādi paātrinot trokšņu jaudas mērījumus (jo platāka josla, jo mazāks integrācijas/vidējošanas laiks nepieciešams tās pašas nenoteiktības iegūšanai. Protams, ir jāņem vērā puļķu ierobežoto linearitāti un ārēju traucējumu panešanu). Kvalitatīvi, platjoslas kalibrēti ģeneratori, piemēram 346A/346B arī nav tās lētākās un pieejamākās mantiņas, bet par laimi pietiekami noderīgus ģeneratorus izgatavot ir iespējams pašiem, ko arī pats šeit esmu pamēģinājis.

Izvēlējos pamēģināt DF9IC shēmiņu, kas izmanto vienkāršu 12 V Zenera diodi, kas pabarota ar strāvas avotu. Shēma, plate un apraksts (Vāciski gan) pieejams šeit. DF9IC izmanto BZV55 diodi, kas ir viegli nopērkama, piemēram, Farnell (kods: NXP BZV55-C12, šo arī pats izmantoju). Pārējās komponentes “mētājās” kastītē. Šādi tad izskatās mana konstrukcija:

Diodes strāva ļoti ietekmē trokšņu jaudas spektrālo vienmērību. Nedaudz paspēlējos ar BC858 emitera rezistora nominālu un paliku pie 8.4 mA Zenera strāvas, kas manā gadījumā deva visplakanāko spektru. Ja strāvas avota Zenera diodes Uz = 3.9 V, emitera rezistors sanāk aptuveni 380 omi (390 omi arī derēs). Šeit redzams spektrs manam trokšņu ģeneratoram. Salīdzinājumam, redzams spektrs arī izslēgtā stāvoklī (bildes atverot, varēs saskatīt arī ciparus):

Trokšņu avots izslēgts: Trokšņu avots ieslēgts:

Trokšņu jauda ir salīdzinoši vienmērīga līdz pat 2 GHz, kas VHF/UHF/23cm amatierim ir pilnīgi pietiekami. Salīdzināt ar komerciāliem avotiem, cenas dēļ, protams nav jēga, bet, uzskatāmībai/piemēram parādu arī spektru Agilent 346B 18 GHz avota gadījumā:

Mērot NF, svarīga ir arī trokšņu avota salāgotība ar 50 omiem. Salāgotību izmērīju tikai skalārā formā, jo diemžēl nevarēju korekti nokalibrēt ķēžu analizatoru. Salīdzinājumam redzama arī salāgotība MiniCircuits ANNE-50 50 omu slodzes ekvivalentam. Atšķirību starp ieslēgtiem un izslēgtiem stāvokļiem nemanīju:

S11 DF9IC trokšņu avotam ieslēgtā/izslēgtā stāvoklī: S11 ANNE-50 ekvivalentam (tikai salīdzinājumam):

Redzams, ka līdz 23 cm diapazonam salāgotība ir labāka par 20 dB (VSWR~1.2), kas ir nedaudz sliktāk par 346B (tam VSWR<1.1). Priekšpastiprinātāju mērījumiem var iztikt (vispār pat iesakāms, dēļ linearitātes apsvērumiem) ar mazāku ENR (par to tūlīt), tāpēc salāgotību vēl var viegli uzlabot, izmantojot papildus vājinātājus.

Jā, tad par galveno trokšņu avota parametru ENR (Excess Noise Ratio, es tulkoju: trokšņu pieauguma attiecība). Ja trokšņu avotu ieslēdz, tad trokšņu signāla jauda ir PAR kādu vērtību Pp lielāka nekā vērtība izslēgtā stāvoklī: Pon = Poff + Pp (izslēgtā stāvoklī tiek ģenerēti siltumtrokšņi, parasti Toff ~290 K). ENR ir attiecība starp šo trokšņu pieaugumu un jaudu izslēgtā stāvoklī: ENR = Pp/Poff = (Pon – Poff)/Poff = (Ton – 290K)/290K. Var izteikt trokšņu jaudu trokšņu temperatūras vienībās: Ton = (ENR – 1)*290K. Ja ENR ir liels, ātram novērtējumam var pieņemt, ka Ton = ENR*290K. Jaudu vatos, ja vajag, var aprēķināt zinot trokšņu joslas platumu: Pon = k*Ton*B, kur B – joslas platums Hercos, bet k – Bolcmaņa konstante. Trokšņu joslu parasti nosaka strapfrekvences trakta josla, vai izšķiršanas josla spektra analizatora gadījumā, bet mērot tikai jaudu attiecības, tas pat nav svarīgi.

Veicot NF absolūtos mērījumus, ir svarīgi zināt ENR vērtību, jeb avotu nepieciešams kalibrēt (nav nepieciešams relatīvam salīdzinājumam). To var izdarīt ar cita, jau kalibrēta avota palīdzību (tā darīju es), bet ja nav pieejams kalibrēts avots, var izmantot beigās pieminēto metodi. Pats izmantoju to pašu Agilent 346B avotu, bet aprēķiniem jau minēto NoiseMeter kalkulatoru. Īsumā, ir jānomēra jaudu attiecības (Y koeficienti) ar zināmu un nezināmu trokšņu avotu kas ir pietiekami, lai aprēķinātu nezināmā avota ENR. Te ekrānšāviņš, kā tas izskatās NoiseMeter programmā:

Šādas ENR vērtības ieguvu savam ģeneratoram. Pieņemu, ka rezultāti vairāk vai mazāk ir atkārtojami. Protams, ka katru ģeneratoru nepieciešams kalibrēt individuāli! (NXP BZV55 12V diode, Iz = 8.4 mA):

Apkopojot, rezultāts (joslas platums, jaudas vienmērība, salāgotība) protams nav salīdzināms ar komerciālām ierīcēm, kā arī nav īsti skaidrs cik ENR vērtība ir stabila laikā/atkarībā no temp., kas būtiski apgrūtina kalibrēšanu. Tomēr relatīvai RF ierīču parametru salīdzināšanai līdz ~2 GHz ģenerators ir tīri labi izmantojams.

Piemēram, ja zināms, ka vienam pastiprinātājam NF = 0.5 dB, bet otra pastiprinātāja (ar nezināmu NF) gadījumā jaudu attiecība ieslēdzot/izslēdzot trokšņu avotu (Y koeficients) ir par 1 dB mazāka, nekā attiecība pirmā past. gadījumā, tad otra pastiprinātāja NF = 1.5 dB. Te pat nebija vajadzība zināt trokšņu avota ENR vērtību.

Ja nav pieejams kalibrēts trokšņu avots izgatavotā avota kalibrēšanai, bet ir pieejams pastiprinātājs ar zināmu NF (domāju, ka katram ultraīsviļņu radioamatierim tāds atradīsies), to var izmanto, lai kalibrētu avota ENR. Vispār ir jāzina mērsistēmas (pastiprinātājs + jaudas mērītājs) kopējais paštrokšņu koefiecients, kas nav problēma, ja zināms pastiprinātāja pastiprinājums Gp un jaudas mērītāja NF. Mērsistēmas kopējais paštrokšņu koeficients F (lineārā formā, NF = 10*log10(F)) tad saskaņā ar Frīsa RF kaskādes formulu ir F = Fp + (Fj - 1)/Gp, kur Fp – pastiprinātāja paštr. koef., Fj – jaudas mērītāja paštr. koef. un Gp – pastiprinātāja pastiprinājums. Visi lielumi ir lin. formātā. Ja jaudas mērītāja NF ir pietiekami mazs un/vai pastiprinātāja G ir pietiekami liels, tad kopējo F varbūt var pieņemt vienādu ar Fp, bet iesaku tomēr novērtēt patieso F, jo kāpēc gan apzināti neuzlabot precizitāti – Fj pat nav nepieciešams zināt pārāk precīzi, dēļ dalījuma ar Gp. Tātad, zinot kopējo F, un zinot jaudas attiecību Y ieslēdzot/izslēdzot trokšņu avotu (Y koeficients = Pon/Poff, vai Pon – Poff, log formātā), var aprēķināt trokšņu avota ENR šajā frekvencē: ENRlin = F*(Y - 1). Visi lielumi lin. formātā, un ja vajag, tad ENR(log) = 10*log10(ENRlin). Tik vienkārši!


 footer
 2017 Marcis