Измеритель коэффициента шума (стр. 1 из 15)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Радиотехнический факультет
Кафедра радиотехнических систем (РТС)
Пояснительная записка к дипломному проекту
Измеритель коэффициента шума
2006
Реферат
Дипломный проект 48 рис., 19 табл., 8 источников, 6 л. графического материала.
ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА, КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ, БЛОК ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА, СМЕСИТЕЛЬ, ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ.
Объектом проектирования является блок цифровой обработки сигнала ПЧ (ЦОС ПЧ), входящий в измеритель коэффициента шума (ИКШ).
Цель данного проекта - разработка блока цифровой обработки сигнала ПЧ (ЦОС ПЧ), улучшение технических характеристик ИКШ за счет выбора новой элементной базы.
В результате проектирования проведен анализ методов измерения КШ, анализ принципов построения современных ИКШ, выработана структурная схема измерителя, а также схема электрическая принципиальная блока ЦОС ПЧ, входящего в ИКШ.
Область применения - ИКШ предназначен для измерения коэффициента шума и коэффициента передачи приемно-усилительных устройств в частотном диапазоне от 10 МГц до 4 ГГц; блок ЦОС ПЧ предназначен для оцифровки, фильтрации и детектирования сигнала ПЧ.
Дипломный проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2003 с использованием программы СВЧ - моделирования Microwave Office 2004.
Задание на дипломный проект студенту гр. 121-2 Брюхову Дмитрию Алексеевичу оканчивающему университет по специальности ''Радиоэлектронные системы''
1. Тема дипломного проекта: Измеритель коэффициента шума
2. Срок сдачи проекта на кафедру ''8'' декабря 2006г.
3. Назначение и область применения устройства: Измеритель предназначен для измерения коэффициента шума и коэффициента передачи приемно-усилительных устройств в частотном диапазоне от 10 МГц до 4 ГГц.
4. Источники разработки:
1. К.И. Алмазов - Долженко, “Коэффициент шума и его измерение на СВЧ”, “Научный мир” 2000г.
2. ГОСТ 25489-88. Измерители коэффициента шума. Общие технические требования и методы испытаний. М.: Изд. стандартов. 1989г.
5. Стадии разработки по ЕСКД: эскизный проект (ГОСТ 2.119-73)
6. Состав проектируемой системы и уровень разработки входящих в нее блоков
6.1. В состав проектируемой системы входят: блок генератора шума, блок радиоприемного тракта, блок цифровой обработки сигнала, блок сбора данных и управления, блок синтезаторов частот.
6.2. Разработке на уровне структурных схем подлежит: весь прибор.
6.3. Разработке на уровне функциональных схем подлежит: весь прибор.
6.4. Разработке на уровне принципиальных схем подлежит: блок цифровой обработки сигнала.
7. Технические требования
7.1. Основные показатели назначения:
| Наименование | Значение |
| Диапазон рабочих частот, МГц | от 10 до 4000 |
| Ширина полосы пропускания по уровню 3 дБ, МГц | 3 (дополнительно: 0,3 МГц) |
| Диапазон измерений коэффициента шума, дБ | от 0 до 35 |
| Диапазон измерений коэффициента передачи, дБ | от –20 до +50; |
| Собственный коэффициент шума измерителя, дБ, не более | 8 |
| Максимальная допустимая мощность на входе, дБм, не более | 20 дБм |
7.2. Требования к конструктивному исполнению
7.2.1. Общие требования в соответствии с ГОСТ 22261-94.
7.2.2. Конструкторской проработке в проекте подлежит: общий вид и габаритный чертеж прибора.
7.3. Условия эксплуатации
7.3.1. Общие требования в соответствии с аппаратурой 3 группы по ГОСТ 22261-94.
7.4. Требования к надежности
7.4.1. Общие требования:
Средняя наработка на отказ – не менее 10000 часов.
7.4.2. Проработке в проекте подлежит:
Расчет и обеспечение требований по надежности устройств, разрабатываемых на уровне принципиальных схем.
8. Требования эргономики, техники безопасности и технической эстетики
8.1. Общие требования в соответствии с ГОСТ 22261-94.
9. Требования к организационно – экономической части работы
9.1. Общие требования в соответствии с ГОСТ 2.119-73.
9.2. Разработке в проекте подлежат:
Технико-экономическое обоснование разработки.
10. Требования к патентной чистоте и конкурентоспособности - не предъявляются.
11. Требования к макетированию, моделированию
11.1. Общие требования в соответствии со стадией проектирования
11.2. Разработке в проекте подлежит: выбор элементной базы блока цифровой обработки сигнала и расчет линий передачи
12. Подлежит разработке следующая документация
А. Чертежи
1. Измеритель коэффициента шума. Схема электрическая структурная – 1 лист.
2. Измеритель коэффициента шума. Схема электрическая функциональная – 1 лист.
3. Блок цифровой обработки сигнала. Схема электрическая принципиальная – 1 лист.
Б. Демонстрационные иллюстрации
Основы метода измерения коэффициента шума, математические соотношения – 1 лист.
В. Пояснительная записка
В пояснительной записке должны быть приведены все материалы проектирования в соответствии с заданием и методическими указаниями.
ГШ - генератор шума;
ГШТ - газоразрядные шумовые трубки;
ИКШ - измеритель коэффициента шума;
ИОШТ - избыточная относительная шумовая температура;
ИС - интегральная схема;
КП - коэффициент передачи;
КСВН - коэффициент стоячей волны по напряжению;
КШ - коэффициент шума;
ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема;
ППУ - приемно-усилительные устройства;
ПСДУ - плата сбора данных и управления;
РПТ - (блок) радиоприемного тракта;
СПМШ - спектральная плотность мощности шума;
УВХ - устройство выборки-хранения;
ЦОС ПЧ - (блок) цифровой обработки сигнала ПЧ;
Dither - шумовой сигнал;
DSP - цифровой сигнальный процессор;
ENOB - эффективная разрядность;
LVDS - метод передачи цифровых данных дифференциальными сигналами;
SFDR - динамический диапазон, свободный от гармоник;
SINAD - показатель сигнал/шум/искажения;
SNR - отношение сигнал/шум.
Шумы представляют собой важную проблему в науке и технике, поскольку они определяют нижние пределы, как в отношении точности любых измерений, так и в отношении величины сигналов, которые могут быть обработаны средствами электроники.
Отношение сигнал-шум (с/ш) радиоприемных систем - это очень важный критерий в системах электросвязи. Современные приемные устройства радиолокационных станций, аппаратуры связи, навигации должны обнаруживать и обрабатывать слабые радиосигналы. К факторам, которые ограничивают их чувствительность, относятся собственные шумы приемно-усилительных устройств. Для характеристики уровня собственных шумов приемных устройств и отдельных узлов и блоков применяются параметры: коэффициент шума (КШ) и температура шума входа устройства.
Высокое отношение сигнал шум на выходе приемника означает высокое качество связи аналоговых систем, низкую вероятность ошибки цифровых систем. Достижение этих характеристик путем увеличения мощности передатчика или коэффициента усиления антенны (то есть размеров антенны) не всегда возможно из-за технических и экономических ограничений, поэтому уменьшение генерации шума приемными устройствами часто является единственным путем увеличения помехозащищенности систем связи.
Целью данного проекта является разработка блока цифровой обработки сигнала ПЧ, а также улучшение технических характеристик измерителя коэффициента шума за счет выбора новой элементной базы.
2. Шумовые параметры четырехполюсников
Коэффициент шума приемного устройства или любого линейного четырехполюсника определяется соотношением:
, (2.1)где Рс.вх, Рш.вх, Рс.вых, Рш.вых - номинальные мощности входного сигнала и шума, сигнала и шума на выходе четырехполюсника при нормальной температуре шума входной нагрузки T = 293 K.
Как следует из (2.1), коэффициент шума показывает, во сколько раз отношение сигнала к шуму на выходе четырехполюсника уменьшается по сравнению с аналогичным отношением на его входе.
Введя обозначение
(коэффициент усиления по мощности), (2.1) можно записать как 
(2.2)Коэффициент усиления реальных четырехполюсников имеет частотную зависимость, потому и коэффициент шума в общем случае также зависит от частоты и полосы частот, в которой производятся измерения. Для характеристики шумовых свойств используется дифференциальный коэффициент шума
(2.3)Под дифференциальным коэффициентом шума понимается величина, показывающая, во сколько раз уменьшается отношение мощностей сигнала и шума в бесконечно малой полосе частот при прохождении полезного сигнала через четырехполюсник.
При измерениях обычно определяют интегральный (усредненный) в полосе частот коэффициент шума, который показывает, во сколько раз уменьшается отношение полной мощности сигнала к полной мощности шума при прохождении через четырехполюсник полезного сигнала от стандартного источника:
, (2.4)где
- мощность шумов на выходе четырехполюсника при температуре стандартного источника; 
- полоса пропускания.Если учесть, что полный шумовой сигнал на выходе содержит составляющие за счет шумов источника и собственных шумов четырехполюсника, уравнение для интегрального коэффициента шума можно записать в следующем виде: