ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
(ВНИИФТРИ)

МЕТОДИКА
ПОВЕРКИ ГЕНЕРАТОРОВ ШУМА
ДЛЯ ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ 0,5 - 12,42 ГГц

МИ 168-78

Москва

ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

1979

РАЗРАБОТАНА Всесоюзным ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ)

Директор В.К. Коробов

Исполнители Г.Г. Петросян, Р.И. Уздин

ПОДГОТОВЛЕНА К УТВЕРЖДЕНИЮ Сектором госиспытаний и стандартизации ВНИИФТРИ

Руководитель сектора И.И. Турунцова

Исполнитель И.Ш. Генфон

УТВЕРЖДЕНА Научно-техническим советом ВНИИФТРИ 28 июня 1978 г. (протокол № 3)

СОДЕРЖАНИЕ

Настоящая методика распространяется на СВЧ измерительные генераторы шума (ГШ) газоразрядные и полупроводниковые для диапазона частот 0,5 - 12,42 ГГц (нормативно-технические характеристики их указаны в приложении 1) и устанавливает методы и средства их поверки в лабораториях государственной и ведомственной метрологической службы.

1. ОПЕРАЦИИ ПОВЕРКИ

1.1. В зависимости от конструкции и требуемой точности поверки необходимо проводить следующие виды поверки: а) полную поверку (для ГШ любой конструкции); б) сокращенный вариант поверки (только для простых конструкций ГШ с газоразрядной лампой типа ГШ-10 или ГШ-11) и с СВЧ-патроном проходного типа; в) поэлементную поверку (допускается для составных ГШ).

Примечание. По конструкции различают неразборные и разборные ГШ. Последние, допускающие разборку при поверке, могут быть: а) простой конструкции и состоять из СВЧ-патрона проходного типа (отрезка линии передачи с газоразрядной лампой) и согласованной нагрузки; б) составные, которые кроме собственно генератора шума содержат дополнительные СВЧ-устройства - аттенюаторы, направленные ответвители и др.

1.2. При проведении полной поверки необходимо выполнять следующие операции:

внешний осмотр (п. 4.1);

опробование (п. 4.2);

измерение КСВ ( и ) в «холодном» и «горячем» режимах источника шума (пп. 4.3.1, 4.3.2);

измерение ослабления А_х и разности ослаблений (А_г - А_х) (пп. 4.3.1, 4.3.2) - только для газоразрядных ГШ с СВЧ-патроном проходного типа;

определение нестабильности спектральной плотности мощности шума (СПМШ) (пп. 4.3.3, 4.3.4);

измерение действительного значения СПМШ (п. 4.3.5);

определение погрешности генератора шума (п. 4.3.8).

1.3. При проведении сокращенного варианта поверки необходимо выполнять следующие операции:

внешний осмотр (п. 4.1);

опробование (п. 4.2);

измерение КСВ ( и ) (пп. 4.3.1, 4.3.2);

измерение ослабления А_х и разности ослаблений (А_г - А_х) (пп. 4.3.1, 4.3.2);

определение действительного значения СПМШ и погрешности ГШ (п. 4.3.6).

1.4. При поэлементной поверке составного ГШ необходимо выполнять следующие операции:

поверку собственно ГШ (в зависимости от вида поверки выполняют операции по п. 1.2 либо по п. 1.3);

измерение ослабления, вносимого дополнительными СВЧ-устройствами (пп. 4.3.1, 4.3.2);

измерение КСВ составного ГШ (п. 4.3.2);

определение действительного значения СПМШ (п. 4.3.7);

определение погрешности составного ГШ (п. 4.3.8).

2. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

2.1. При проведении поверки допускается применять образцовые и вспомогательные средства, перечисленные в табл. 1.

2.2. Разрешается применять другие измерительные приборы (с погрешностями не более, чем у приборов, указанных в табл. 1).

3. УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ И ПОДГОТОВКА К НЕЙ

3.1. При проведении поверки должны соблюдаться нормальные условия по ГОСТ 22261-76 (при температуре окружающей среды 293 ± 5 K).

3.2. При наличии сильных электромагнитных помех аппаратуру для измерений уровня СПМШ рекомендуется размещать в экранированном помещении со степенью экранирования 40 - 60 дБ в диапазоне частот от 2 МГц до верхней рабочей частоты поверяемых ГШ. Перед началом работы необходимо проверить степень экранирования аппаратуры по промежуточной частоте и частоте модуляции; экранирование при этом должно быть не менее 50 дБ.

Контактные соединения в цепях питания аппаратуры и осветительной сети не должны создавать искрения.

Допустимые искажения результатов измерений электромагнитными помехами не должны превышать 0,5 % при выполнении операций по пп. 4.3.4 и 4.3.5, что проверяют сравнением результатов в присутствии помех и при их отсутствии.

3.3. Рекомендуется при выполнении операций по пп. 4.3.4 и 4.3.5 питать аппаратуру от сети через стабилизатор.

Таблица 1

СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

________

*Погрешности приборов, используемых в качестве компараторов, определяют в процессе их аттестации.

**Характеристики даны в табл. 3.

3.4. Средства поверки должны быть подготовлены к работе в соответствии с эксплуатационной документацией на них.

3.5. Полную поверку проводят с помощью поверочных установок, собранных по одной из схем, приведенных на рис. 1 - 3. Состав поверочных установок указан в табл. 2.

Рис. 1. Структурная схема установки для поверки ГШ с использованием
приборов вида Г1: ОГШ - образцовый ГШ; ПГШ - поверяемый ГШ

Рис. 2. Структурная схема установки для поверки ГШ
с использованием измерителей вида ПК7

Рис. 3. Структурная схема установки для поверки ГШ
с использованием измерителей коэффициента шума

3.6. Метрологические характеристики образцовых ГШ, входящих в состав поверочных установок, приведены в табл. 3.

3.7. Генераторы шума, входящие в состав поверочных установок, должны быть аттестованы в качестве образцовых при помощи вторичных эталонов СПМШ.

Таблица 2

Состав поверочных установок

Таблица 3

Метрологические характеристики образцовых ГШ

3.8. Компараторы шума, входящие в состав поверочных установок, должны быть аттестованы в качестве образцовых по п. 6 табл. 4 - при помощи вторичных эталонов СПМШ, по пп. 1 - 5 табл. 4 - при помощи приборов, перечисленных в табл. 1, на предприятиях, которые в дальнейшем будут эксплуатировать поверочные установки.

3.9. Генератор шума признают годным, если измеренные при поверке значения его параметров удовлетворяют требованиям, указанным в паспорте (или в формуляре, либо в свидетельстве о предыдущей поверке) и соответствуют значениям, приведенным в приложении 1.

Таблица 4

Метрологические характеристики компараторов шума

4. ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ

4.1. Внешний осмотр.

При внешнем осмотре проверяют:

комплектность (допускается поверка ГШ без блока питания);

отсутствие видимых внешних повреждений ламп, СВЧ-соединителей, кабелей и разъемов питания;

отсутствие видимых внешних повреждений пайки клиньев Н-волновода и патрубков, через которые газоразрядная лампа введена в СВЧ-патрон (для волноводных ГШ);

отсутствие люфтов в коаксиальных разъемах и видимых деформаций опирали (для коаксиальных газоразрядных ГШ);

отсутствие недопустимых механических нагрузок на баллон лампы, установленной в СВЧ-патрон;

соответствие размеров СВЧ-соединителей требованиям ГОСТ 13317-73.

При проведении поверки необходимо соблюдать меры безопасности, указанные в технической документации на поверяемый ГШ и средства измерений, используемые при поверке. К поверке ГШ допускаются лица, специально обученные правилам работы с высокими напряжениями и СВЧ.

4.2. Опробование.

4.2.1. Для опробования поверяемый ГШ подключают к соединительному кабелю из комплекта и контролируют омметром наличие контактов в накальной цепи газоразрядного ГШ либо в цепи диода полупроводникового ГШ при изгибах кабеля (необходимо защитить диод от повреждения статическим электричеством).

4.2.2. Включают генератор шума в соответствии с его описанием; контролируя ток источника шума, проверяют:

возможность установки рабочего тока I_раб ± 1 %;

устойчивость рабочего тока к перемещениям ГШ и изгибам соединительного кабеля, имитирующим механические воздействия при реальных пересоединениях ГШ;

стабильность рабочего тока при повторных включениях ГШ;

если рабочий ток изменяется более чем на 1,5 % при описанных воздействиях на ГШ, прибор бракуют.

Примечания. 1. Контроль тока ведут по внешнему или встроенному в блок питания прибору, имеющему класс точности не более 1,0.

2. При поверке ГШ, конструкция которых исключает возможность контроля рабочего тока, вместо операций по п. 4.2.2 выполняют на верхней рабочей частоте операции по пп. 4.3.2 и 4.3.4.

4.3. Определение метрологических параметров.

4.3.1. Значения КСВ ,  ослаблений А_х, (A_г - А_х) и СПМШ N измеряют на десяти рабочих частотах, равномерно расположенных по частотному диапазону ГШ, включая верхнюю и нижнюю граничные частоты f_в и f_н при 1,4 ≤ f_в/f_н ≤ 5. При Других значениях f_в/f_н количество рабочих частот уточняют в соответствии с нормативно-технической документацией на поверяемый прибор. Значения  и (A_г - А_х) при полной периодической поверке измеряют на нижней граничной частоте диапазона.

Допускается поверка ГШ на отдельных фиксированных частотах, указанных в ГОСТ 17466-72; при этом измерения КСВ, ослаблений, СПМШ необходимо выполнять и при расстройке на ±5 % относительно каждой из фиксированных частот, а вход компаратора должен быть предварительно настроен согласующим трансформатором, например, из комплекта установок Г1-2, Г1-4 ÷ Г1-7 до КСВ не более 1,05 (настройку вести с помощью измерителей КСВ группы Р2). Допускается настраивать вход компаратора согласующим трансформатором по максимуму мощности, проходящей от ГШ, при этом вариации потерь в согласующем трансформаторе не должны превышать 0,05 дБ. Значение рабочей частоты устанавливают с погрешностью не более ±0,5 % по шкале генератора сигналов, входящего в состав поверочной установки.

4.3.2. Измерение КСВ и ослаблений выполняют с помощью приборов группы Р2 (см. табл. 1) по методике и структурной схеме, указанным в описаниях приборов. В качестве измерителей ослаблений при полной поверке могут быть использованы также поверочные установки (см. табл. 2). Результаты наблюдений заносят в протокол, форма которого дана в приложении 2.

4.3.3. Предварительные операции при определении нестабильности и действительного значения СПМШ.

При поверке на отдельных фиксированных частотах вход компаратора настраивают в соответствии с п. 4.3.1.

Если поверочная установка собрана по схеме рис. 1, то усиление компаратора регулируют так, чтобы изменение ослабления отсчетного аттенюатора (в блоке Я5Х-261 установки Г1-2 или в блоке сравнений других установок группы Г1) на 0,1 дБ (2 %) приводило к изменению показаний внешнего индикатора на 0,2 - 0,3 В (или, примерно, 10 мм по любой линейной шкале выходного индикатора).

Таким образом, шкалу внешнего индикатора (ВИ) градуируют в децибелах или процентах относительно уровня СПМШ генератора, подсоединенного ко входу компаратора (далее - «входу»), что создает возможность прямого отсчета нестабильности уровня СПМШ поверяемого ГШ.

В установках, собранных по схемам рис. 2 и 3, из(меняют усиление на промежуточной и низкой частотах (ПЧ и НЧ), обеспечивая показания ВИ в пределах 1,2 - 1,3 В при подсоединении образцового ГШ ко входу. После настройки усиления ко входу подсоединяют согласованную нагрузку и корректируют по ВИ нуль компаратора в схемах по рис. 1 и 2 с помощью регулировок «компенсации» либо отсчитывают начальное показание ВИ α₀ в схеме по рис. 3. При корректировке нуля в схеме по рис. 1 опорный сигнал не должен подаваться на вход.

4.3.4. Определение нестабильности СПМШ.

После (предварительных операций по п. 4.3.3 «горячий» ГШ присоединяют :ко входу компаратора, настроенного на верхнюю рабочую частоту ГШ, и проверяют нестабильность б сигнала на выходе в следующих условиях:

при легких механических воздействиях на корпус ГШ и места заделки присоединительных кабелей;

при двухкратной установке рабочего тока ГШ;

при двухкратном подсоединении выходного разъема ГШ ко входу, при этом время прогрева должно соответствовать указанному в ТО на поверяемый ГШ. При поверке генераторов шума с лампами типов ГШ-1 и ГШ-2 необходимо измерить зависимость СПМШ от пяти фиксированных значений рабочего тока, которые устанавливают равномерно в пределах границ, указанных в паспорте на лампу. Чтобы выявить гистерезис в зависимости СПМШ от рабочего тока, измерения выполняют дважды - при противоположных направлениях изменения рабочего тока. При гистерезисе δN_гист > 0,1 дБ в свидетельство о поверке следует внести рекомендацию о выборе значения рабочего тока в границах, более жестких по сравнению с указанными в паспорте на лампу, либо при сохранении паспортного значения допуска на рабочий ток увеличить погрешность поверяемого ГШ на ± δN_гист, см. п. 3.9.

Значение нестабильности δ определяют непосредственно по изменениям показаний ВИ для схемы рис. 1 или находят из отношений:

для схемы рис. 2 (в процентах)

для схемы рис. 3

где Δα - изменения показаний ВИ из-за нестабильности СПМШ; α₂₀, α₀ - начальные отсчеты по ВИ при подсоединении поверяемого ГШ.

Каждую из проверок повторяют три - пять раз и находят среднее значение нестабильности сигнала δ_ср на выходе компаратора.

Если хотя бы при одном из видов поверки δ_ср превышает нормированное значение 2 %, то прибор бракуют. Если же для газоразрядного ГШ простой конструкции δ_ср превышает нормированное значение 1 %, но соответствует норме 2 %, то поверку не продолжают и считают, что ГШ прошел сокращенный вариант поверки (см. п. 1.1).

Приборы, удовлетворяющие требованию δ_ср = 1 %, подлежат поверке по погрешности δN_п - см. приложение 1.

4.3.5. Определение действительного значения СПМШ при полной поверке (после выполнения операции по п. 4.3.4).

4.3.5.1. Повторяют коррекцию нуля компаратора по ВИ для схем по рис. 1 и 2; отсчитывают показание ВИ α₀ для схемы по рис. 3 - см. п. 4.3.4.

4.3.5.2. Подсоединяют ко «входу» образцовый ГШ; в схеме по рис. 1 уравновешивают компаратор и считывают показания y₁, дБ, по аттенюатору в блоке Я5Х-261 либо y в «блоке сравнений»; считывают по ВИ показания α₁ и α₁₀ в схемах по рис. 2 и 3 соответственно.

4.3.5.3. Подсоединяют ко «входу» поверяемый ГШ; в схеме по рис. 1 восстанавливают равновесие компаратора и считывают показания у₂, дБ, по аттенюатору в блоке Я5Х-261 либо у₂ в «блоке сравнений»; считывают по ВИ α₂ и α₂₀ в схемах по рис. 2 и 3 соответственно.

4.3.5.4. По результатам наблюдений вычисляют N_i - результат однократного измерения СПМШ, пользуясь одной из формул;

для схемы по рис. 1 (Г1-2)

здесь размерность N_i - [дБ];

для схемы по рис. 1 (Г1-5 - Г1-7)

для схемы по рис. 2

для схемы по рис. 3

здесь N₀ - номинальное значение СПМШ образцового ГШ; в формулах (4) - (6) N₀, N_i - в относительных единицах; N_0,i, дБ, = 10 lg N_0,i;

γ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние рассогласования компарируемых ГШ;

γ = 1 при настройке «входа» на максимум мощности, проходящей от образцового и поверяемого ГШ; в остальных случаях

где ,  - значения «горячего» КСВ для образцового и поверяемого ГШ на рабочей частоте; γ, дБ, = 10 lg γ.

4.3.5.5. Операции по пп. 4.3.5.1 - 4.3.5.4 повторяют три - четыре раза; разброс значений N_i (N_imax - N_imin) не должен превышать 3 % (0,15 дБ). Вычисляют действительное значение СПМШ N_p на рабочей частоте f_р:

где n = 3 - 4 - число наблюдений.

4.3.5.6. Определяют действительные значения СПМШ N_p на каждой из рабочих частот f_р.

Если при поверке на отдельных фиксированных частотах (см. п. 4.3.1) отклонение от фиксированной частоты на ±5 % приводит к изменению СПМШ, выходящему за пределы ±0,5δN_п, то ГШ бракуют.

4.3.5.7. Для простого газоразрядного ГШ, имеющего (A_г - А_х) ≥ 20 дБ, вычисляют:

действительное значение СПМШ N, усредненное по частотному диапазону, и наибольшие отклонения (N - N_min) и (N_max - N), где N_mах и N_min - наибольшее и наименьшее значения СПМШ в частотном диапазоне.

Если наибольшие отклонения (N - N_min) и (N_min - N) находятся в пределах 0,8δN_п, то допускается график или таблицу зависимости N_p (f_p) в паспорте не помещать; за действительное значение СПМШ в этом случае принимают значение N_cp, найденное графическим усреднением или вычисленное как средневзвешенное в рабочем диапазоне частот:

где Р_р - весовые коэффициенты; Р_р = 1 для |N_p - N| ≤ 0,4⋅δN_п; Р_р = 0,5 для 0,4δN_п < |N_p - N| ≤ 0,8⋅δN_п. Значения N_p и δN_п определены соответственно в п. 4.3.5.5 и указаны в приложении 1.

Примечание. График N_p (f_p) по оси N_p должен иметь масштаб 0,1 дБ на 1 см.

4.3.6. Определение действительного значения СПМШ и погрешности ГШ при сокращенном варианте поверки.

Если результаты измерений КСВ и ослаблений удовлетворяют требованиям нормативно-технических характеристик - КСВ, A_х, (A_г - А_х), то считают, что:

ГШ выдержал сокращенный вариант поверки;

действительное значение СПМШ на выходе ГШ соответствует указанному в паспорте на газоразрядный ГШ с погрешностью (см. приложение 1).

4.3.7. Определение действительного значения СПМШ при поэлементной поверке составного ГШ.

Действительное значение СПМШ, дБ, определяют из соотношения

где N - значение СПМШ, дБ, собственно ГШ, найденное после выполнения операций по пп. 1.2 либо 1.3 в зависимости от выбора метода поверки;

А, дБ, - результирующее ослабление, вносимое дополнительными СВЧ-устройствами, измеренное в соответствии с п. 4.3.2.

4.3.8. Погрешность генератора шума определяют на каждой рабочей частоте f_p как разность полученного в результате поверки действительного значения СПМШ и значения, указанного в паспорте.

Погрешность газоразрядного ГШ простой конструкции допускается определять как разность между значением СПМШ N_ср, полученным при поверке (см. п. 4.3.5.7), и значением, указанным в паспорте.

5. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

5.1. На генератор шума, прошедший поверку, выдают свидетельство о поверке или вносят отметку о поверке в паспорт прибора с указанием вида поверки (полный или сокращенный вариант поверки).

5.2. По результатам поверки составляют свидетельство, в котором указывают:

тип и заводской номер поверяемого ГШ;

тип и заводской номер поверяемой генераторной лампы;

режим питания поверяемого ГШ;

частотные зависимости величин , А_х, (A_г - А_х), N, оформленные в виде таблиц или графиков;

погрешность ГШ.

Примечание. Частотные зависимости величии А_х и (A_г - А_х) указывают только для газоразрядного ГШ простой конструкции.

5.3. Если при очередных периодических поверках значения СПМШ не выходят за пределы погрешности поверки, то на следующий срок поверки подтверждают данные предыдущего свидетельства.

5.4. В паспорте на прибор, не выдержавший поверку, делается отметка о его непригодности с указанием причины забракования.

Примечание. Указания о градуировке ГШ после выяснения и устранения причины забракования приведены в приложении 2.

6. ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПОВЕРКИ

6.1. Генераторы шума подвергают периодической поверке один раз в год.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Нормативно-технические характеристики генераторов шума

__________

*Нормируется только для газоразрядных ГШ простой конструкции.

**Допускается полная поверка газоразрядных ГШ с разностью ослаблений (А_г - А_х) < 2,0 дБ, при этом должны быть выполнены требования п. 5.2.

Пределы допускаемых погрешностей ГШ

________

*В соответствии с нормативно-технической документацией на поверяемый ГШ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ФОРМЫ ЗАПИСИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИИ

Значения КСВ и ослаблений

Нестабильность СПМШ

Частотная зависимость СПМШ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

УКАЗАНИЯ ПО ГРАДУИРОВКЕ ГШ

Генераторы шума градуируют:

а) перед выпуском прибора из производства;

б) после ремонта;

в) после выяснения и устранения причины забракования прибора при поверке.

Характеристики ГШ должны соответствовать требованиям, указанным в приложении 1. При градуировке выполняют операции по п. 4.3.5.

По результатам градуировки строят график частотной зависимости, по которому определяют неравномерность СПМШ в диапазоне частот δN_f:

в процентах

в децибелах

где N_f1, N_f2 - значения СПМШ в относительных единицах на рабочих частотах f₁, f₂; N_f1, дБ = 10 lg N_f

Генератор допускается к обращению, если в результате градуировки неравномерность СПМШ находится в установленных пределах (см. таблицу).

На ГШ, прошедший градуировку, выписывают свидетельство в соответствии с указаниями пп. 5.1 и 5.2.

Допустимые пределы неравномерности СПМШ

Примечания:

1. Значения f₁, f₂ должны находиться в пределах рабочего частотного диапазона ГШ.

2. Допустимая неравномерность СПМШ должна быть указана в нормативно-технической документации на градуируемый ГШ.