Измерение чувствительности приемника
Измерение чувствительности приемника
СодержаниеЧувствительность приемного устройства — это один из самых главных параметров, определяющих потенциальные возможности всей радиостанции в целом. Поэтому представляют большой интерес объективные методы определения и сравнения чувствительности различных приемников.
Самый доступный, а поэтому и самый распространенный способ определения качества приемника — это прослушивание сигналов в эфире. Очевидно, что точность подобных оценок крайне мала, так как уровень сигнала удаленной радиостанции может изменяться в десятки и даже в сотни раз. В случае, если надо сравнить два приемника или подстроить приемник по наилучшему отношению сигнал/шум, удобнее пользоваться источником сигнала, расположенным в пределах прямой видимости. В этом случае можно пренебречь зависимостью сигнала от условий прохождения радиоволны. Подобный маяк можно изготовить самому и расположить его на крыше ближайшего дома, на расстоянии 100—500 м от радиостанции. Мощность маяка должна быть такой, чтобы сигнал от него только в несколько раз превышал уровень шумов приемника. Тогда путем вращения антенны можно всегда подобрать необходимый уровень сигнала. Кроме того, такой источник полезен для постоянного контроля состояния не только приемника, но и антенно-фидерной системы. По маяку также можно проверить, не сбилась ли градуировка указателя поворота антенны, и оценить общую помеховую обстановку в эфире. В силу того, что требуемая мощность маяка очень мала (доли микроватта), его можно сделать достаточно экономичным и в течение длительного времени питать от сухих батарей.
рис. 29
Один из возможных вариантов подобного генератора показан на рис. 29. Генератор выполнен на полевом транзисторе и предназначен для диапазона 144—146 МГц. Вместо кварцевого резонатора на частоту 12 МГц можно также применить резонаторы на любую субгармонику частоты 144 МГц. При этом может потребоваться некоторая коррекция емкости конденсаторов С1 и С2. Конструкция полосового фильтра L1 С4—L2 С6 такая же, как в трансвертере 144/21 МГц. Регулировка сводится к подбору режима с помощью резистора R2 и настройке полосового фильтра по максимуму сигнала. Генератор следует поместить в небольшую, герметически закрываемую или запаиваемую коробочку, снабженную дипольной антенной. Одна половина диполя присоединяется к проходному изолятору, а вторая — к корпусу генератора.
Уровень сигнала надо подбирать перепайкой отводов на линиях L1 и L2 и уменьшением размера антенны. Генератор потребляет ток не более 0,3 мА, поэтому двух батареек от карманного фонаря хватает для непрерывной работы в течение 3 мес. и более.
(рис. 30 - щелкните мышью для получения большого изображения)
На рис. 30 показан генератор для диапазона 430—440 МГц. Схема генератора аналогична схемам, примененным в гетеродинах трансвертеров. Поэтому можно воспользоваться описанной ранее методикой настройки. Генератор работает на третьей механической гармонике
кварцевого резонатора Пэ1. Сигнал с частотой 432 МГц выделяется с помощью полосового фильтра, конструкция которого взята из трансвертера 432/21 МГц. Аналогично может быть изготовлен генератор для диапазона 1296 МГц. Для этого надо использовать соответствующий выходной фильтр и применить более высокочастотный транзистор. Применение подобных вспомогательных источников сигнала позволяет достаточно объективно сравнить чувствительность двух приемников, однако в конечном счете каждого радиолюбителя интересует не относительная, а абсолютная оценка качества имеющегося приемника. Как уже указывалось, наиболее универсальным параметром, позволяющим характеризовать чувствительность приемника, является коэффициент шума. Для измерения коэффициента шума необходимо иметь калиброванный источник шумового сигнала. В качестве такого источника нашел широкое применение ламповый диод, работающий в режиме насыщения анодного тока.
Промышленностью выпускается специальный диод типа 2Д2С, пригодный для шумовых измерений в диапазоне до нескольких сотен мегагерц. Основное достоинство подобного источника заключается в том, что имеется однозначная зависимость между интенсивностью генерируемого шума и анодным током диода. Эта зависимость описывается простым выражением:
N = 20,5IoR kT0, где N — мощность шума на единицу полосы пропускания, Вт/Гц; I0 — анодный ток, A; R —сопротивление нагрузки, Ом; k — постоянная Больцмана; T0 — температура окружающей среды (произведение kTo равно мощности тепловых шумов активного сопротивления, нагретого до температуры T0); 1 kT0= 4-10~21 Вт/Гц; 20,5 — коэффициент, имеющий размерность 1/В.
Обычно при шумовых измерениях в качестве единицы используется 1 kT0. Интенсивность шума в таких единицах для сопротивления нагрузки шумового диода 75 Ом описывается простым соотношением: F= 1,5I[kT0], где I — ток в миллиамперах. Аналогично для сопротивления нагрузки 50 Ом: F= I[kT0].
Видно, что миллиамперметр, измеряющий анодный ток шумового диода, может быть отградуирован непосредственно в единицах kT0.
Чувствительность приемника измеряется с помощью шумового генератора следующим образом. Генератор подключают ко входу приемника и с помощью ручной регулировки усиления устанавливают некоторый уровень шума на выходе УНЧ. Приемник должен работать в режиме приема телеграфных или SSB сигналов при отключенной АРУ. Если в приемнике есть регулировка полосы пропускания, то ее надо поставить в положение максимальной полосы. Индикатором выхода может служить тестер или любой другой прибор, предназначенный для измерения переменного напряжения.
Если в приемнике отсутствует режим приема телеграфных сигналов, то вольтметр надо подключить к выходу УПЧ.
После того как на индикаторе выхода установлен некоторый уровень шума, включают питание шумового диода и подбирают такой анодный ток, при котором произойдет удвоение мощности выходного сигнала (показания вольтметра должны увеличиться в 1,41 раза). Это будет означать, что неизвестная мощность шумов, приведенная ко входу приемника, сравнивается с известной мощностью шумового генератора. При этом полезно помнить, что мощность шумов, приведенная ко входу, в данном случае складывается из собственных шумов приемника и тепловых шумов, которые генерируют активное сопротивление, входящее в состав диодного генератора. Таким образом, даже в идеальном - приемнике, в котором собственные шумы вообще отсутствуют, мощность шумов, приведенная к входу, в данном случае равна 1 kT0. Если же надо оценить собственные шумы приемника, то из полученной в результате измерений цифры надо отнять единицу. Например, у приемника, имеющего коэффициент шума 1,8, собственная мощность шумов составляет 0,8 kT0.
Описанную ранее методику измерений можно несколько усовершенствовать. Дело в том, что на практике неудобно отслеживать по стрелочному прибору увеличение напряжения в 1,41 раза. При этом или каждый раз надо рассчитывать значение, которое надо получить при включении генератора, или каждый раз устанавливать начальное напряжение на заранее нанесенную на шкале риску. Значительно удобнее ввести в измерительную цепь делитель, подключаемый одновременно с подачей анодного напряжения на шумовой диод. Делитель надо настроить таким образом, чтобы при его подключении напряжение, поступающее на индикатор выхода, уменьшалось в 1,41 раза. При включении генератора это уменьшение компенсируется соответствующим увеличением шума приемника.
Схема измерителя коэффициента шума показана на рис. 31. Измеритель состоит из шумового генератора, измерительной схемы и блока питания. Прибор работает следующим образом. В начальный момент, когда кнопка Кн1 отжата, контакт Р1/1 разомкнут и питание на диод Л1 не поступает. Шумовой сигнал с выхода приемника поступает на гнездо Ш1 >и далее через эмиттерные повторители (T1, Т2) и выпрямитель (Д12—Д15) на стрелочный индикатор ИП2. При нажатой кнопке включается реле Р1 и на диод Л1 поступает анодное напряжение 120—150 В. Ток диода можно регулировать переменным резистором R1. Одновременно с этим контакт Р1/2 подключает нижнее плечо делителя напряжения, который обеспечивает ослабление шумового сигнала на 3 дБ.
Настройка прибора сводится к регулировке делителя с помощью подстроечного резистора R10. Для этого на гнездо Ш1 надо подать синусоидальный сигнал и по вольтметру, подключенному к точке а, добиться, чтобы при нажатии кнопки выходное напряжение уменьшалось в 1,41 раза. Конструкция измерителя не имеет особенностей. Важно только обеспечить минимальную длину выводов резистора R4 и конденсаторов С5 и С6. При этом во избежание внешних наводок желательно снабдить диод Л1 отдельным экраном.
Дроссели L1 и L2 имеют по 20 витков провода ПЭВ2-0,64. Диаметр каркаса 4—5 мм. Прибор ИП1 — миллиамперметр со шкалой 5—10 мА, ИП2 — микроамперметр 50—200 мкА. Реле Р1 типа РЭС-9. Вместо диодов Д9, Д10 можно применить газоразрядный стабилитрон СГ1П.
Процедура измерения коэффициента шума данным прибором очень проста. Нажимая и отжимая кнопку Кн1, надо с помощью резистора R1 добиться неизменных показаний стрелочного индикатора ИП2. Коэффициент шума отсчитывается по миллиамперметру ИП1. С помощью прибора можно легко найти оптимальное положение элементов настройки входной цепи приемника. Для этого надо нажимать кнопку Кн1 с периодичностью 0,5—1 с и, подстраивая входную цепь, следить по индикатору ИП2 за изменением коэффициента шума. Прибор пригоден для абсолютных измерений коэффициента шума в KB диапазонах, а также в диапазонах 144 и 432 МГц. В диапазоне 1296 МГц шумовой генератор дает большую погрешность и годится только для относительных измерений.
(рис. 31 - щелкните мышью для получения большого изображения)
Далее >> (Антенны и антенные усилители)