一款用于網(wǎng)絡(luò)特性測(cè)試的寬帶噪聲發(fā)生器及其應(yīng)用

陳項(xiàng)羽　林志琦

摘 要：文章提出了一種通過(guò)寬帶白噪聲來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和元件的頻率特性進(jìn)行測(cè)試的方法，設(shè)計(jì)了寬帶白噪聲發(fā)生器，采用常規(guī)的噪聲二極管做噪聲源，經(jīng)MMIC放大獲得白噪聲信號(hào)，并使用該寬帶噪聲發(fā)生器對(duì)濾波器進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，驗(yàn)證了該噪聲發(fā)生器的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：白噪聲；穩(wěn)壓二極管；三級(jí)放大電路

中圖分類號(hào)：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）04-0011-02

Abstract： This paper presents a method to test the frequency characteristics of the network and the components by using the wideband white noise. A wideband white noise generator is designed. The conventional noise diode is used as the noise source and the white noise signal is amplified by MMIC. Finally， the wideband noise generator is used to measure the filter， and the practicability and accuracy of the noise generator are verified.

Keywords： white noise； Zener diode； three-stage amplifying circuit

1 概述

白噪聲是一種功率頻譜密度為常數(shù)的隨機(jī)信號(hào)，本文針對(duì)微波及射頻電路中常常需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)和元件的頻率特性進(jìn)行測(cè)試的問(wèn)題，利用白噪聲對(duì)測(cè)試不同種類的電路有很強(qiáng)的可行性優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作了一款采用穩(wěn)壓二極管作為噪音源的寬帶噪聲發(fā)生器，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，將其作用為頻譜跟蹤源和干擾源，并取得了理想的效果。

2 工作原理及硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1，整體電路圖如圖2，通過(guò)普通的直流電源對(duì)電路板進(jìn)行整體供電，直流電源先通過(guò)穩(wěn)壓升壓模塊產(chǎn)生噪聲源所需的較大穩(wěn)定電壓，使噪聲源可以產(chǎn)生白噪聲，最后再經(jīng)放大濾波模塊對(duì)產(chǎn)生的白噪聲進(jìn)行濾波和放大以產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的白噪聲。

2.1 噪聲源

本設(shè)計(jì)中通過(guò)電阻串聯(lián)穩(wěn)壓二極管來(lái)構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的噪聲源，選用二極管1N4753A作為36V穩(wěn)壓管噪聲源，利用其反向特性特殊性，從而產(chǎn)生較好的穩(wěn)壓作用。圖2中與36V穩(wěn)壓管串聯(lián)的電阻其阻值為0.51K，所以通過(guò)其兩端的電流計(jì)算公式如下所示：

2.2 升壓穩(wěn)壓模塊

本設(shè)計(jì)采用MC34063開關(guān)電源芯片對(duì)12V直流電源進(jìn)行穩(wěn)壓升壓，從而產(chǎn)生擊穿穩(wěn)壓二極管，得到寬帶白噪音所需的電源電壓。圖3所示是使用芯片MC34063制作的升壓變換電源原理圖。最終得到MC34063開關(guān)電源芯片的輸出電壓為：

本設(shè)計(jì)中需要輸出電壓VOUT=38V，因此R1，R2我們分別使用電阻值為10K和340Ω的電阻。

2.3 放大器模塊

放大器模塊部分選用級(jí)聯(lián)硅雙極MMIC放大器，型號(hào)為MSA-0836，有時(shí)也稱射頻集成電路。本設(shè)計(jì)采用三級(jí)放大電路，經(jīng)此放大器以實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的三級(jí)放大，在三級(jí)放大電路兩側(cè)各有一π型衰減電路，用以實(shí)現(xiàn)信號(hào)衰減并保持輸入阻抗不變。該π型衰減器的衰減計(jì)算公式如下所示：

其中N為電壓衰減的倍數(shù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)選定衰減量為5dB，其與電壓衰減倍數(shù)的關(guān)系為201gN=5dB，則可求得N=1.78。實(shí)驗(yàn)時(shí)選定的輸入阻抗和輸出阻抗均為50Ω，進(jìn)而可得到：

因此取近似值為180Ω和30Ω，即R17～R20選取阻值為180Ω的貼片電阻，R15和R16選取阻值為30Ω的貼片電阻。圖中R8～R10，R12～R14用來(lái)限制加到放大器的電流，L3、L4、L5提供高阻抗，三個(gè)放大器串聯(lián)形成三級(jí)放大電路，放大成60dB的白噪聲，再經(jīng)π型衰減電路后輸出即可。

3 噪聲發(fā)生器及其應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，分別對(duì)21.6M濾波器、455K濾波器和二極管分別進(jìn)行了測(cè)量，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6、圖7所示，圖8為頻譜接噪音源的測(cè)試結(jié)果。

該設(shè)計(jì)可以根據(jù)實(shí)際情況改變頻率范圍，產(chǎn)生的白噪聲分別在以下檔位可調(diào)：0.1G/60DB，0.5G/55DB，1G/52DB，1.5G/48DB，2G/38DB，2.5G/30DB，3G/27DB，3.5G/20DB。圖9為該設(shè)計(jì)的PCB板的實(shí)物圖。

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，該寬帶白噪聲發(fā)生器電路穩(wěn)定、簡(jiǎn)單實(shí)用，信號(hào)特性良好，達(dá)到了預(yù)期的效果，可以很好地應(yīng)用于頻譜跟蹤源和干擾源，以及在微波及射頻電路中對(duì)網(wǎng)絡(luò)和元件的頻率特性進(jìn)行測(cè)試。

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