
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.
I en brusdiod är
brusströmmen i i²=2·e·I·B
Där e är
elektronens laddning = 1,602177·10-19 coulumb,
I
likströmmen genom dioden i ampere
B är
bandbredden i Hz |
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:
P ̥ = k ·T ̥ · B
Där P ̥ är avgiven effekt
k är Boltzmanns konstant 1.38 x 10-23 joule/Kelvin
T ̥ är Motståndets temperatur
B är bandbredden i Hz |
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.
Brusmätningar
inom transmissionsområdet behandlas separat under fliken
Marktele Avsnittet för
Försvarets Telenät
|
Skrivet av Stig Hertze
Källor:
Senast uppdaterat
2017-09-09
|