Измерения низкоуровневых излучений с использованием малошумящего усилителя

жүктеу/скачать 6.02 Mb.

бет	5/7
Дата	24.02.2016
өлшемі	6.02 Mb.
	#17656

1 2 3 4 5 6 7

2.5 Измерения низкоуровневых излучений с использованием малошумящего усилителя

Измерительная процедура для обнаружения низкоуровневых передач СШП представляет собой наиболее сложную задачу, связанную с измерениями устройств СШП. Трудности, связанные с этими измерениями, являются результатом того, что предел низкоуровневых излучений связан с требованием выполнения измерений с шириной полосы разрешения 1 МГц. Для оптимизации чувствительности системы с целью упрощения этого измерения требуется модификация системы.

МШУ с октавной шириной полосы (например, 1–2 ГГц) могут быть созданы, когда соответствующие коэффициенты шума имеют величину порядка 1 дБ. Установка такого усилителя повышает эффективную чувствительность измерительной системы. Может потребоваться установка предварительного селективного фильтра перед усилителем для его защиты; однако соответствующие потери от введения нового оборудования понижают общую чувствительность измерений.

2.6 Радиометрические измерения для низкоуровневых излучений

Радиометрические (близкие методам с коррекцией шума) методы могут использоваться для выполнения точных измерений на уровнях ниже фонового шума спектроанализатора. С помощью радиометрических методов можно измерять мощность, когда испытываемое оборудование включено, и мощность, когда испытываемое оборудование выключено. После вычитания второго из первого получается э.и.и.м..

2.6.1 Конфигурация радиометра

Радиометр состоит из МШУ и спектроанализатора (СА), как показано на рисунке 1. Испытываемое оборудование устанавливается, обычно, на расстоянии 3 м от измерительной антенны (ИA) и дистанционно управляется из операторской. Во избежание насыщения МШУ между ИА и МШУ подключается полосовой фильтр (ПФ). Испытываемое оборудование, ИА, ПФ и МШУ размещаются в безэховой камере, а СА размещается в операторской. СA и МШУ должны быть соединены коаксиальным кабелем с малыми потерями.

РИСУНОК 1

Пример радиометра

2.6.2 Принцип и описание измерений

Радиометр измеряет мощность выходного сигнала ПФ в течение времени измерения T_M. Результаты измерения преобразуются в мощность, отнесенную к точке интерфейса. Распределение вероятностей этого значения является почти гауссовским. Среднее значение этого распределения R, и его стандартная девиация  определяется выражением:

. (3)

Отсюда следует, что запас на ошибки измерения для одной секунды измерений равен 0,1%. Следовательно, мощность можно измерить с большой точностью, используя радиометр, как показано на рисунке 1.

В том, что касается ширины полосы измерения, предполагается, что сигнал, который излучается испытываемым оборудованием, не кореллирован с тепловым шумом. Кроме того, предполагается, что шум является слабо стационарным случайным процессом. Отсюда, мощность, которая излучается испытываемым оборудованием, может быть точно определена как разность мощностей, проходящих через точку интерфейса испытываемого оборудования, когда оно включено и когда оно выключено.

2.6.3 Измерительная процедура

Во-первых, в течение времени измерения T_M₀измеряется мощность P₀(f) (дБм) в точке интерфейса при выключенном испытываемом оборудовании.

Отношение между э.и.и.м. P_э.и.и.м.(f) (дБм) и мощностью P₀(f) в точке интерфейса определяется как:

, (4)
где:

f: центральная частота развертки СА

d: расстояние между испытываемым оборудованием и апертурой ИА (м)

K_A(f): общее значение коэффициента антенны и потери на соединение ИА.

Используя уравнение (4), P₀(f) преобразуется в э.и.и.м., где линейное значение мощности равно э.и.и.м.₀.

Далее, в течение времени измерения T_M₁измеряется мощность Pв точке интерфейса при включенном испытываемом оборудовании, и в течение того же времени измерения по той же процедуре измеряется мощность P₁ (э.и.и.м.₁). Э.и.и.м. испытываемого оборудования вычисляется как (э.и.и.м.₁ – э.и.и.м.₀). При помощи этого метода стандартное отклонение относительной ошибки измерения э.и.и.м. испытываемого оборудования рассчитывается как:
. (5)

2.6.4 Пример для полосы 1–2 ГГц

В данном примере в качестве измерительной антенны используется рупорная антенна с двойным гребенчатым волноводом (DRGHA). Точка интерфейса радиометра – это вход МШУ. Эффективные шумовые температуры компонентов радиометра в точках интерфейса перечислены в таблице 1. Из этой таблицы следует, что шумовая температура T радиометра в точке интерфейса равна 385 K. Мощность шума = k∙T∙RBW, где k – постоянная Больцмана, равна –112,7 дБм, когда полоса разрешения = 1 МГц. Следовательно, когда испытываемое оборудование выключено спектральная плотность мощности P₀(f) в точке интерфейса равна –112,7 дБм/МГц. P₀(f) не меняется из-за изменения расстояния между антенной и испытываемым оборудованием.

В соответствии с уравнением (4), эквивалентная э.и.и.м. = –74,7 дБм/МГц для d = 3 м, а K_A(1 ГГц) = 26,2 дБ.

ТАБЛИЦА 1

Пример эффективной шумовой температуры компонентов радиометра 1–2 ГГц
(приведенный к входу МШУ)

Блок	Шумовая температура	Примечания
DRGHA + ПФ	290 K	K_A 26,2 дБ
МШУ	75 K	1–2 ГГц, NF 1 дБ, усиление 40 дБ
Кабель, 10 м	Приблизительно 0 K	Потери 2,5 дБ
СА	20 K	NF 26 дБ

В таблице 2 показано стандартное отклонение относительной ошибки, полученный с применением уравнения (5), в случае, когда э.и.и.м. испытываемого оборудования равна 70 дБм/МГц и 75 дБм/МГц.

ТАБЛИЦА 2

Стандартное отклонение относительной ошибки при измерениях с радиометром

Э.и.и.м. испытываемого оборудования	Продолжительность измерений T_M₁ = 0,001 с, T_M₀ = 0,1 с
–70 дБм/МГц	0,15 дБ
–75 дБм/МГц	0,24 дБ

2.6.5 Пример для полосы 22–24 ГГц

В данном примере в качестве измерительной антенны используется рупорная антенна стандартного усиления (SGHA) с апертурой 0,028 м  0,056 м. Для минимизации потерь на соединение SGHA, ПФ и МШУ должны быть соединены непосредственно друг с другом.

Точка интерфейса – это вход МШУ. Эффективные шумовые температуры компонентов радиометра в точках интерфейса перечислены в таблице 3. Из этих значений шумовая температура радиометра T_sys, рассчитывается, как равная 814 K в точке интерфейса. Мощность шума = k∙T∙RBW, и равна 109,5 дБм, когда полоса разрешения = 1 МГц. Следовательно, когда испытываемое оборудование выключено, спектральная плотность мощности P₀(f) в точке интерфейса равна –109,5 дБм. P₀(f) не меняется из-за изменения расстояния между SGHA и испытываемым оборудованием. K_A(f) равно суммарному значению коэффициента антенны SGHA и потерям в ПФ. Фоновый шум радиометра преобразуется в э.и.и.м. при помощи уравнения (4), равен – 58,9 дБм/МГц для d = 3 м и K_A(24 ГГц) = 38,8 дБ.

ТАБЛИЦА 3

Пример эффективной шумовой температуры компонентов радиометра 22–24 ГГц
(приведенный к входу МШУ)

Блок	Шумовая температура	Примечания
SGHA + ПФ	290 K	K_A 38,8 дБ
МШУ	159 K	18–26 ГГц, NF 1,9 дБ, усиление 35 дБ
СА	365 K	NF 36 дБ
T_sys	814 K	Системная температура радиометра

В таблице 4 показано стандартное отклонение относительной ошибки, измеренной на расстоянии 3 м от испытываемого оборудования, когда э.и.и.м. испытываемого оборудования равна –60 дБм/МГц и 65 дБм/МГц. В таблице 5 показано стандартное отклонение относительной ошибки, измеренной на расстоянии 1 м от испытываемого оборудования, как вариант, когда э.и.и.м. испытываемого оборудования равна –70 дБм/МГц и –75 дБм/МГц.

ТАБЛИЦА 4

Стандартное отклонение относительной ошибки, измеренной на расстоянии 3 м от испытываемого оборудования с применением радиометра диапазона 22–24 ГГц

Э.и.и.м. испытываемого оборудования (d = 3 м)	Продолжительность измерений T_M₁ = 0,001 с, T_M₀ = 0,1 с
–60 дБм/МГц	0,26 дБ
–65 дБм/МГц	0,57 дБ

ТАБЛИЦА 5

Стандартное отклонение относительной ошибки, измеренной на расстоянии 1 м от испытываемого оборудования с применением радиометра диапазона 22–24 ГГц

Э.и.и.м испытываемого оборудования (d = 1 м)	Продолжительность измерений T_M₁ = 0,001 с, T_M₀ = 0,1 с
–70 дБм/МГц	0,28 дБ
–75 дБм/МГц	0,63 дБ