Brusgeneratorer  Tidig utveckling

Brusgenerator Magnetic 116B med bruskällan 123A





Brusdioden i 123A
5-250 MHz





Bruskälla Magnetic 122C
0,3-3 GHz




Brusröret i 122C
Argongasrör
ENR:15,6 dB ±0,2 DB





Bruskälla Magnetic 125B
1-12,4GHz





Lysämnesrör som bruskälla
med temperaturen 4100 K
Magnetic X120-1





Argonbruskälla med kvartsglas Magnetic H121 med avslutare





Under lacken låg ett dämpande skikt för att förhindra brusläckage utanför vågledaren





Referensbruskälla Magnetic
J121C 5,3-8,2 GHz





Bruskälla HP346B (1980)
10 MHz -18 GHz





Bruskälla HP R347B (1988)
26,5 – 40 GHz
 

Bakgrund

Brusgeneratorer är unika i ett avseende, de genererar en brusnivå av samma storleksordning som mätobjektets egenbrus.
Detta till skillnad från en signalgenerator, vars signal genereras, på en mätbar hög nivå, för att därefter dämpas kanske 100 dB, för att komma i nivå med mottagarens egenbrus. Allt med ett antal tillkommande osäkerheter avseende utnivåns storlek.
Med introduktionen av begreppet brusfaktor (Harald T Friis, Bell Labs 1942) aktualiserades behovet av en känd signalnivå inom ett mycket stort frekvensområde, upp till de då aktuella radarfrekvenserna.
Mätning av radarmottagares känslighet var vid denna tid av central betydelse för en radarstations räckvidd.
För en pulsradar motsvarar en sänkning av mottagarens brusfaktor med 5 dB en höjning av sändareffekten med 3 gånger.

Den automatiska brusfaktormetern, baserad på ett svenskt patent från 1954, introducerades av Magnetic AB. Denna blev snabbt en stor framgång på världsmarknaden där också Hewlett Packard, på licens tillverkade en egen version för de amerikanska och kanadensiska marknaderna.
Tillgången på stabila bruskällor med stort spektralt område var en förutsättning för denna utveckling.
 

Brus - tidig utveckling

Brus som fenomen var sedan länge ett känt och kvantifierat begrepp. Redan 1918 föreslog Walter Schottky att använda brus genererat av en diod som signalkälla s.k. hagelbrus, ett av honom identifierat elektriskt brus förorsakat av slumpmässiga rörelser hos laddningsbärare i elektronrör.
 

1927 demonstrerade den svenskfödde forskaren John B Jonsson vid Bell Labs, förekomsten av ett termiskt brus orsakat av värmerörelse hos elektroner i ett ledande material. Kollegan, svensk-amerikanen Harry Nyquist, utarbetade en teoretisk förklaring till detta termiska brus, som ofta kallas Jonsson-Nyquist Brus

Bruskällors uteffekt anges vanligen i dB över det termiska bruset kˑT ̥ vid 290K (eng. ENR, Excess Noise Ratio)
 

Brusdioder

Bruskällor byggda på elektronrör fanns tidigt i ett flertal utförande och används inom frekvensområdet 5-1000 MHz. Genom att variera glödströmmen kunde brusnivån varieras.
Senare har en mängd brusgeneratorer introducerats baserade på olika typer av halvledardioder.
 

Upphettad Resistiv avslutare

Används vid kritiska mätningar för verifiering av subnormaler. Detta termiska brus kommer ur sambandet:

Jonbrusgeneratorer

Ett sätt att få en bruskälla med hög brustemperatur och inom ett stort frekvensområde, är att använda gasurladdningsrör.
När en likström drivs genom gasurladdningsröret kolliderar joner och elektroner vilket ger en bruseffekt som är ungefär 15 dB (30 gånger) högre än k T ̥B.
Inledningsvis användes vanliga lysrör, men snart framställdes speciella brusrör. De är fyllda med neon, argon, helium eller xenon. Glasröret ersattes av rör i kvartsglas. Därmed erhölls en bättre spektralfördelning upp till mycket höga frekvenser.

Under 1980-talet ersattes gasurladdningsrören av diodbruskällor bland annat baserade på avalanchedioder. Dessa bruskällor hade ett stort frekvensområde, 10 MHz till 26,5 GHz, i koaxialutförande med en definierad inre impedans på 50 ohm i både till och från läge. SVF under 1,35.
I vågledarutförande upp till 50 GHz var SVF under 1,6.
 

Skrivet av Stig Hertze

Källor:

• HP Journal jan 1958

• HP Journal feb-mars 1959

• HP Journal 04-1983

• Wikipedia Noise generator

• Magnetic Katalog 1959

• Magnetic Katalog 1969

Senast uppdaterat 2017-09-09