ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

СОЮЗА ССР

ТРАНЗИСТОРЫ БИПОЛЯРНЫЕ

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА НА ВЫСОКИХ И СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ

ГОСТ 18604.11-88 (СТ СЭВ 3996-83)

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ Москва

УДК 621.382.33:006.354    Группа    Э29

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ТРАНЗИСТОРЫ БИПОЛЯРНЫЕ

Метод измерения коэффициента шума на высоких и сверхвысоких частотах

Bipolar transistors. Method of measuring noise figure at high and ultra-high frequencies

ОКП 62 2312

Срок действия с 01.01.90 до 01.01.95

Настоящий стандарт распространяется на биполярные транзисторы и устанавливает метод измерения коэффициента шума Кщ на высоких и сверхвысоких частотах в диапазоне частот 1 • 10^-4 до 12,0 ГГц.

Общие требования при измерении и требования безопасности — по ГОСТ 18604.0-83.

Термины и пояснения к ним приведены в приложении 1.

1. ПРИНЦИП, УСЛОВИЯ И РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1.    Коэффициент шума транзистора /Сштр представляет собой параметр, показывающий во сколько раз ухудшается соотношение сигнал/шум на определенной частоте за счет собственных шумов транзистора.

1.2.    Значение (/Сштр) транзистора в общем случае определяется формулой

is    ^ш тр    .« V

где Р_ш — мощность шума источника сигнала, Вт;

Рщ тр — мощность шума транзистора, Вт.

Для диапазона частот, в котором мощность шума (Ли) источника сигнала определяют по формуле

Яц₁=/С7'_иД/,    (2)

Перепечатка воспрещена

★

© Издательство стандартов, 1988

2-2713

ГОСТ 18604.11-88 С. 3

о шумовых свойствах транзистора содержится только во втором слагаемом (см. формулы 1 и 3).

1.4.    При измерении малошумящих транзисторов /С_ш<2дБ для повышения информативности и снижения погрешности измерения рекомендуется снижать мощность шума источника сигнала за счет уменьшения Т_п и проводить измерение с использованием низкотемпературного генератора шума (НГШ) вместо источника сигнала со стандартной эквивалентной температурой Т₀. При этом номинальную мощность шумов от НГШ на входе транзистора Р_ш тол определяют по формуле

^шгм — КТходД/,    (7)

где Тхол — эквивалентная шумовая температура на выходе НГШ.

1.5.    При использовании НГШ измеритель шумовой мощности измеряет суммарную мощность шума (Р_шх), пересчитанную ко входу

Рш*=Р_{т Х0}»+Рш т_Р=АГД/(7’_Х0Л+7; _тр).    (8)

Б соответствии с формулой (8) при использовании НГШ в процессе измерения К_ш в результате первоначальной обработки сигнала определяют рабочий коэффициент шума (Кш _раб) или реальный коэффициент шума (Кшхол)

Значение стандартного /Cm, заданного в технических условиях на транзистор конкретного типа, определяют в процессе дальнейшей обработки результатов измерений по формулам (19) и (23).

1.6.    Для определения К_ш необходимо проводить измерения при подаче на вход измеряемого транзистора нескольких уровней шумовой мощности, например KT„Af и К(Т_и+АТ_гт) Af. В соответствии с этим источник сигнала ГШ или НГШ на входе измеряемого транзистора может иметь ЭШТ, равную Т„, когда ГШ выключен, или ЭШТ, равную Т„+Т_гш, когда ГШ включен.

1.7.    Режим питания по постоянному току, условия согласования на входе и выходе измеряемого транзистора и, при необходимости, конкретную схему измерения указывают в технических условиях на транзистор конкретного типа.

Рекомендуется задавать минимальный коэффициент шума (Лштш), при этом полное сопротивление источника сигнала на входе измеряемого транзистора должно соответствовать настройке на минимальное значение К_ш-2*

С. 4 ГОСТ J 8604.11-88

Следует учитывать потери в элементах настройки на /Сштш» а также других элементах передающей линии на входе транзистора. В отдельных случаях, в зависимости от свойств и назначения транзистора, допускается задавать /С_штр при сопротивлении источника сигнала, равном волновому сопротивлению линии передачи, например 50 Ом.

1.8.    При наличии помех на частоте измерения рекомендуется принимать меры к снижению помех в месте их возникновения или путем проведения измерений в экранированных помещениях. Допускается снижать уровень помех путем перестройки измерительной установки в пределах ±2,5% значения частоты измерения.

1.9.    Температура окружающей среды при измерении должна быть в пределах (25±Ю)°С, если иное не указано в технических условиях на транзистор конкретного типа.

1.10.    Измерение /С_ш проводят на фиксированной частоте, которую указывают в технических условиях на транзистор конкретного типа.

2. АППАРАТУРА

2.1. Измерения следует проводить на установке, электрическая схема которой приведена на чертеже.

Источник сигнала модулируется между двумя уровнями ЭШТ. В зависимости от характера модуляции и алгоритма обработки результатов измерений данный метод позволяет реализовать различные способы определения значения /С_ш (двух отсчетов, удвоения, модуляционный и др.). В эксплуатационной документации на измерительную установку приводят конкретную схему измерения и используемый способ обработки результатов измерения для определения К_ш.

ГОСТ 18604.11-88 С. 5

2.2. Источником сигнала является ГШ. В выключенном состоянии от источника сигнала на вход измеряемого транзистора поступает номинальная мощность шума в соответствии с соотношением (2). Во включенном состоянии от источника сигнала на вход измеряемого транзистора дополнительно поступает избыточная мощность шума.

При использовании в качестве ГШ вакуумного шумового диода значение мощности шума (Р_гш) в ваттах на 1 Гц полосы частот определяют но формуле

Р_г ш=0,5?/,/?_ГИ|>    (11)

где Rrm — сопротивление ГШ, Ом; q — заряд электрона, 1,6» 10 ¹⁶ Кл; /_а — ток анода шумового диода, А.

При использовании других ГШ, например полупроводникового или газоразрядного, выходной уровень значения спектральной плотности мощности шума (СПМШ) приводят в паспортных данных ГШ. ГШ должен быть отградуирован в единицах избыточной СПМШ или избыточной относительной шумовой температуры.

При измерении транзисторов с Кт<2 дБ рекомендуется использовать образцовые и низкотемпературные генераторы шума НГШ. При использовании НГШ для получения второго уровня шумового сигнала рекомендуется использовать мощность шума от включенного на некоторое время газоразрядного или твердотельного ГШ. При этом НГШ должен быть отградуирован по обоим уровням шумового сигнала: низкотемпературному и высокотемпературному. Низкотемпературный уровень должен быть отградуирован в абсолютных значениях ЭШТ на выходе НГШ — 7_хол* а высокотемпературный уровень — в единицах относительной избыточной СПМШ, выраженной либо в единицах Г₀, либо в единицах Гхол •

И О_хо., = 4^ =0—4    (12)

''1    'ХОЛ    ‘    хол

где G —- значение СПМШ, приведенное в паспорте ГШ или полученное в результате градуировки (относительные единицы);

G\oi —значение СПМШ на выходе НГШ, выраженное в относительных единицах по отношению к ЭШТ на выходе выключенного НГШ;

ДТ_ГШ —приращение ЭШТ на выходе НГШ, К.

Допускается градуировка ГШ в единицах избыточной шумовой температуры или в единицах К_т-

При необходимости в техническом описании на измерительную установку приводят методики градуировки ГШ.

Допускается измерять Кт при работе ГШ в непрерывном режиме и в режиме импульсной модуляции.

Выходное сопротивление ГШ должно быть равно 50 или 750м.

2.3.    При необходимости уменьшить влияние изменения коэффициента отражения ГШ при переключении из выключенного состояния во включенное, а также для снижения СПМШ применяют развязку (WU), в качестве которой используют либо резистивный аттенюатор, либо ферритовый вентиль, либо направленный ответвитель. В ряде случаев она может отсутствовать.

При применении WU градуировку ГШ рекомендуется проводить совместно с ней. Допускается проводить градуировку ГШ на той же установке, на которой измеряют ГШ.

2.4.    Входной трансформатор полных сопротивлений (77) предназначен для преобразования выходного сопротивления ГШ в комплексно-сопряженное значение входному полному сопротивлению измеряемого транзистора или в оптимальное полное сопротивление, обеспечивающее минимальное значение /С_ш-

Рекомендуется применять регулируемые трансформаторы полных сопротивлений.

При определенных условиях измерения К_т, указанных в технических условиях на транзистор конкретного типа, трансформатор полных сопротивлений может быть фиксированным или может отсутствовать.

2.5.    Выходной трансформатор полных сопротивлений Т2 применяют для согласования полного выходного сопротивления измеряемого транзистора с полным входным сопротивлением измерителя шумовой мощности и индикатора PW, рекомендуется применять регулируемые трансформаторы.

Выходная цепь измеряемого транзистора может быть нагружена элементом с фиксированным полным сопротивлением, значение которого указывают в технических условиях на транзистор конкретного типа. При этом выходной трансформатор полных сопротивлений может отсутствовать.

2 6. Измеритель мощности шума и индикатор PW должен измерять среднее квадратическое значение подаваемого сигнала. Индикацию результатов измерения рекомендуется осуществлять в относительных единицах или в децибелах.

При измерении транзисторов с К_ш<2 дБ рекомендуется между вентилем (W\S) и измерителем шумовой мощности PW включать малошумящий усилитель.

В генераторе шума, измерителе мощности шума и индикаторе должна быть предусмотрена синхронная модуляция шумовых сигналов либо иные способы их обработки, обеспечивающие возможность настройки трансформаторов полных сопротивлений на заданные условия и индикацию измеряемых параметров.

При отсчете измеряемого К_ш по шкале отградуированного ГШ допускается градуировать шкалу индикатора в единицах напря-

ГОСТ 18604.11-88 С. 7

жения, мощности или относительной шумовой температуры в зависимости от градуированного параметра ГШ.

Собственный уровень шумов PW должен быть таким, чтобы обеспечивать требуемую погрешность измерения. Должна быть предусмотрена возможность компенсации собственных шумов измерителя мощности шума либо следует проводить их учет.

2 7. Значение потерь мощности сигнала в элементах схемы на входе измеряемого транзистора рекомендуется измерять на той же установке, на которой измеряют Кш Коэффициент (а), который отражает потери мощности сигнала, рассеиваемой в данном элементе, определяют в относительных единицах по формуле

где /Сш1 — значение минимального коэффициента шума, определяемое при отсутствии в схеме измеряемого элемента;

К_т2—значение минимального коэффициента шума, определяемое при включенном измеряемом элементе в схему между ГШ и остальной ее частью

Методику измерения потерь в элементах схемы, приведенной на чертеже между выходом ГШ и измеряемым транзистором, приводят в техническом описании на измеритель Кш-

Коэффициент потерь в элементах схемы (а,) должен соответствовать условию

<*,«1.    (14)

Так как на результат измерения влияют потери во всех элементах схемы на входе измеряемого транзистора, то определяют суммарный коэффициент потерь (as)

a£=£a,.    (15)

i

Значения as могут быть различными при измерении собственного К_ш измерительного тракта и при измерении К_ш транзисторов в зависимости от настройки трансформаторов полных сопротивлений.

2.8.    Аппаратура для измерения К_ш должна одновременно измерять коэффициент усиления по мощности Кур в тех же режимах и условиях согласования, в которых измеряют Кш

2.9.    Измерительные установки, предназначенные для измерения К_ш транзисторов, должны обеспечивать измерение К_ш до 20 дБ и должны иметь при этом основную погрешность при использовании рабочего ГШ, у которого ЭШТ в выключенном состоянии равно То, в пределах ±1 дБ на частотах ниже 180 МГц и ±0,6 дБ на частотах от 180 МГц и выше Рекомендации по снижению погрешности даны в приложении 2