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"Méthode et équipement pour l'essai de circuits électriques"
La présente invention est relative à une métho- de et à un équipement pour l'essai de circuits électriques, et concerne la mesure du bruit engendré par de tels circuits.
Jusqu'à présent la mesure du bruit engendré par des circuits électriques a été une opération difficile. Par exemple, dans des récepteurs construits pour être employés avec des fréquences de porteuse très élevées, telles que 1000 Mc/s ou davantage, l'exécution d'une mesure réussie a dépendu habituellement du calibrage exact d'un certain nom- bre d'atténuateurs.
Le niveau des bruits d'un récepteur est normale- ment exprimé par le rapport du contenu d'énergie du bruit présent à la sortie du récepteur lorsque le système aérien est relié à celui-ci, au contenu d'énergie du bruit qui
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serait présent à la sortie si l'on employait un récepteur exempt de bruit. Ce rapport est habituellement exprimé en décibels et on s'y réfère souvent sous le nom de facteur de bruit du récepteur. Aux très hautes fréquences mentionnées le facteur de bruit peut valoir entre 10 et 20 décibels.
Une méthode connue pour obtenir le facteur de bruit d'un récepteur, est de comparer le contenu d'énergie du bruit à la sortie du récepteur, lorsque le système aérien y est relié, avec celui qui existe lorsqu'un élément résistant dont la résistance est égale à l'impédance du système aérien est substitué au système aérien.
L'objet principal de la présente invention est de fournir une méthode et un appareil perfectionnés à emploi pour la mesure du facteur de bruit d'un circuit électrique.
Suivant la présente invention une méthode pour mesurer le facteur de bruit d'un circuit électrique comprend les étapes de faire passer un courant électrique à travers un appareil résistant pour produire des tensions de bruits, d'appliquer les dites tensions de bruit au circuit, de mo- difier le courant s'écoulant à travers l'appareil résistant pour modifier les dites tensions de bruit, et de mesurer le bruit présent à la sortie du circuit. L'appareil résistant peut être une lampe à fil-amant de tungstène et un agence- ment d'adaptation d'impédance pour adapter l'impédance de la lampe à l'impédance d'entrée du circuit. Le dispositif répondant peut comprendre un appareil de mesure de puissance de sortie.
Deux formes de réalisation de l'invention seront décrites à présent, en manière d'exemple, en se reportant aux dessins annexés au présent mémoire, dans lesquels
Fig. 1 est un schéma théorique du circuit de l'une des formes de réalisation;
Fige 2 est un plan partiel d'une deuxième forme de réalisation pour l'emploi aux très hautes fréquences;
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Fig. 3 est une coupe transversale de la forme de réalisation montrée à la figure 2, et
Fig. 4 est un croquis d'une partie de l'agen- cement de la figure 3.
Les figures 2,3 et 4 ne sont pas à l'échelle.
Dans tous les dessins les parties remplissant les mêmes fonctions sont désignées par les mêmes indices de référence. n se reportant à la figure 1, une lampe 1 à filament de tungstène est relié au primaire d'un transforma- teur T1 accordé d'adaptation d'impédance, dont le secondaire est monté entre les bornes d'aérien et de terre 2 et 3 du récepteur radioélectrique 4. Une batterie 5 fournit de l'énergie électrique à la lampe 1 en passant par une résis- tance variable R1 pour permettre l'ajustement, à la demande, du courant qui y passe.
En cours de fonctionnement, lorsque la tempéra- ture du filament de la lampe 1 s'élève par réduction de R1 il y aura augmentation de la tension de bruit engendrée dans le dit filament, cette tension étant proportionnelle à la racine carrée de l'élévation de la température. Puisque le tungstène a un point de fusion élevé, la température absolue du filament peut être changée par un facteur de 10 ou davantage; ainsi l'énergie de bruit à la sortie peut être augmentée trois fois ou davantage. L'augmentation du ni- veau de puissance du bruit peut être facilement mesurée au moyen d'un instrument suivant la loi du carré tel qu'un voltmètre 6 à tube diode, monté entre les bornes de sortie 7 et 8 du récepteur.
Une connaissance de l'élévation de température du fil et du changement qui en résulte dans l'énergie de bruit à la sortie mesurée par l'instrument 6 est tout ce qui est nécessaire pour le calcul du facteur de bruit du récepteur.
Les tensions de bruit seront également engendrées
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dans la résistance R1, la batterie 5 et l'appareil de me- sure M montrés à la figure 1. Ces dispositifs sont shuntés par la capacité fixe C en série avec le générateur de bruit 1 à filament de lampe. Une méthode d'emploi du géné- rateur de signal est d'abord de mesurer l'énergie de bruit à la sortie dans l'appareil en cours d'essai en mettant /puis en branchant la lampe à filament 1 hors circuit la lampe à filament 1/eten ajustant R1 jus- ou'à ce que l'énergie de bruit à la sortie soit double de celle obtenue sans la lampe en fonctionnement. Par suite le bruit engendré dans l'appareil seul est donné par le bruit ajouté par la lampe à filament, que l'on peut calculer à partir des conditions de courant et de température du fila- ment de la lampe.
Dans certains cas une comparaison plus précise peut être faite si la lampe à filament est rempla- cée par un élément résistant de même résistance à la tempé- rature de l'enceinte que la résistance de la lampe à sa tem- pérature d'échauffement, lorsque le bruit provenant de l'appareil seul ést en cours de mesure. De cette manière l'impédance adaptée n'a pas a être changée comme dans le cas où la température et par suite la résistance du fila- ment de la lampe est changée.
Se reportant maintenant à la figure 2, on y voit une vue en plan partielle d'un agencement convenant pour l'emploi à de très hautes fréquences et comprend un
9 guide d'ondes/de section rectangulaire et une enveloppe 10 pour une lampe à filament de tungstène (non montrée sur cette figure). Comme cela est montré sur cette figure, la plus grande dimension en section transversale du guide d'ondes est constante.
Figure 3 est une coupe transversale partielle de l'agencement, prise suivant 3-3 de la figure 2. Ainsi qu'on le voit sur cette figure, la plus petite dimension transversale du guide d'ondes 9 va en augmentant vers la section 11 de celui-ci, ou est disposée la lampe 1. Cet
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évasement est fait en vue d'adapter l'impédance faible de la lampe 1 à l'impédance caractéristique du guide d'ondes et par suite correspond au transformateur T1 de la figure 1.
Comme la section 11 du guide d'ondes doit être découpée afin de permettre le montage de la lampe 1 dans la section 11, il est nécessaire de prévoir un dispositif convenable pour rendre minima les effets de cette partie découpée sur les courants à haute fréquence s'écoulant dans le guide d'ondes. Dans la présente forme de réalisa- tion ceci est obtenu en faisant des tiges 15 et 16 les conducteurs centraux de deux lignes coaxiales 17 et l8 qui constituent des transformateurs à basse fréquence, les transformateurs 17 et 18 se terminant respectivement par de court-circuitage des tronçons /19 et 20 d'impédance caractéristique plus élevée que celle des lignes 17 et 18.
Les transformateurs 17 et 18 conjointement avec les tronçons 19 et 20 court-circuitent effectivement les parties du guide d'ondes découpé pour permettre ltintroduc- tion de la lampe 1, et sont agencées de telle façon que la non-adaptation à des fréquences autres que, mais voisines de leurs fréquences de résonance ne soit pas excessive, permettant de ce fait à l'agencement d'être employé sur une bande de fréquence.
La batterie 5 et l'élément résistant R1 sont reliés au filament 12 par l'intermédiaire des tiges 15 et 16, une broche 21 associée à la tige 15 et une broche 22 associée à la tige 16. La broche 21 est mobile afin de fa- ciliter l'accord dans une mesure limitée, et afin d'assurer un bon contact électrique entre la broche 21 et la tige 15, un collier (non montré) peut être prévu sur la surface su- périeure de la broche 21 pour saisir la tige 15 après qu'un réglage d'accord a été fait.
Afin d'empêcher la lampe 1 d'être court-circuitée par le guide d'ondes, il est nécessaire d'introduire une
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rondelle isolante 23. Dans le but de rendre minima la réactance présentée par la rondelle 23 aux hautes fréquen- ces employées, une cavité demi-onde 24 est prévue et la rondelle est placée p mi-chemin le long de la paroi de la cavité 24, c'est-à-dire à un noeud de courant. Cette cavité présente alors une résistance de presque zéro à son point d'entrée dans la section 11 du guide d'ondes et par suite ltemploi de la rondelle 23 est sensiblement sans effet sur les courants à haute fréquence dans le guide dtondes.
Dans cette forme de réalisation', tout bruit du même ordre de fréquence que celle pour laquelle le guide est construit qui peut être relevé ou engendré dans le circuit extérieur de la batterie et de la résistance est effectivement éliminé par la contraction appropriée des parties 18, 20, 22, 23, 19 et 17, en sorte de produire un effet suffisant de dérivation et d'amortissement pour qu'un tel bruit soit négligeable avant d'atteindre la sèction 11 du guide d'ondes.
REVENDICATIONS
1. Méthode de mesure du facteur de bruit dtun circuit électrique, caractérisée par les étapes consistant à faire passer un courant électrique à travers un appareil résistant pour produire des tensions de bruit, à appliquer les dites tensions de bruit à l'entrée du circuit, à modi- fier le dit courant pour modifier les dites tensions de bruit, et à mesurer les variations dans le bruit présent à la sortie du circuit.
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"Method and equipment for testing electrical circuits"
The present invention relates to a method and to equipment for testing electrical circuits, and relates to the measurement of the noise generated by such circuits.
Up to now, measuring the noise generated by electrical circuits has been a difficult operation. For example, in receivers built for use with very high carrier frequencies, such as 1000 Mc / s or more, the execution of a successful measurement has usually depended on the exact calibration of a number of devices. attenuators.
The noise level of a receiver is normally expressed as the ratio of the energy content of the noise present at the output of the receiver when the air system is connected to it, to the energy content of the noise which
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would be present at the output if a noise-free receiver were used. This ratio is usually expressed in decibels and is often referred to as the receiver noise figure. At the very high frequencies mentioned, the noise figure can be between 10 and 20 decibels.
A known method of obtaining the noise figure of a receiver is to compare the energy content of the noise at the output of the receiver, when the air system is connected to it, with that which exists when a resistive element whose resistance is equal to the impedance of the air system is substituted for the air system.
The main object of the present invention is to provide an improved method and apparatus for use in measuring the noise figure of an electrical circuit.
According to the present invention a method for measuring the noise figure of an electric circuit comprises the steps of passing an electric current through a resistive device to produce noise voltages, of applying said noise voltages to the circuit, of modifying the current flowing through the resistive apparatus to modify said noise voltages, and to measure the noise present at the output of the circuit. The resistive apparatus may be a tungsten wire-lover lamp and an impedance matching arrangement to match the impedance of the lamp to the input impedance of the circuit. The responsive device may include an output power meter.
Two embodiments of the invention will now be described, by way of example, with reference to the drawings appended hereto, in which
Fig. 1 is a theoretical circuit diagram of one of the embodiments;
Fig. 2 is a partial plan of a second embodiment for use at very high frequencies;
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Fig. 3 is a cross section of the embodiment shown in figure 2, and
Fig. 4 is a sketch of part of the arrangement of figure 3.
Figures 2, 3 and 4 are not to scale.
In all the drawings the parts fulfilling the same functions are designated by the same reference indices. Referring to figure 1, a tungsten filament lamp 1 is connected to the primary of an impedance matching transformer T1, the secondary of which is mounted between the overhead and earth terminals 2 and 3 of the radioelectric receiver 4. A battery 5 supplies electrical energy to the lamp 1 via a variable resistor R1 to allow the adjustment, on demand, of the current flowing through it.
During operation, when the temperature of the filament of the lamp 1 rises by reduction of R1 there will be an increase in the noise voltage generated in the said filament, this voltage being proportional to the square root of the rise of the temperature. Since tungsten has a high melting point, the absolute temperature of the filament can be changed by a factor of 10 or more; thus the noise energy at the output can be increased three times or more. The increase in noise power level can easily be measured using a square law instrument such as a diode tube voltmeter 6, mounted between the output terminals 7 and 8 of the receiver.
Knowledge of the wire temperature rise and the resulting change in noise energy at the output measured by instrument 6 is all that is needed for the calculation of the receiver noise figure.
Noise voltages will also be generated
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in resistor R1, the battery 5 and the meter M shown in figure 1. These devices are shunted by the fixed capacitor C in series with the noise generator 1 with lamp filament. One method of using the signal generator is to first measure the noise energy at the output in the device under test by turning on / then plugging in the filament lamp 1 off the lamp. filament 1 / andadjusting R1 until the noise energy at the output is double that obtained without the lamp in operation. Hence the noise generated in the apparatus alone is given by the noise added by the filament lamp, which can be calculated from the current and temperature conditions of the filament of the lamp.
In some cases a more precise comparison can be made if the filament lamp is replaced by a resistant element with the same resistance to the temperature of the enclosure as the resistance of the lamp to its heating temperature, when the noise coming from the device alone is being measured. In this way the matched impedance does not have to be changed as in the case where the temperature and hence the resistance of the filament of the lamp is changed.
Referring now to Figure 2, there is shown a partial plan view of an arrangement suitable for use at very high frequencies and comprising a
9 waveguide / rectangular section and a casing 10 for a tungsten filament lamp (not shown in this figure). As shown in this figure, the largest cross-sectional dimension of the waveguide is constant.
Figure 3 is a partial cross section of the arrangement, taken along 3-3 of Figure 2. As seen in this figure, the smallest transverse dimension of the waveguide 9 increases towards section 11 of it, where the lamp 1. This
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flaring is made with a view to adapting the low impedance of the lamp 1 to the characteristic impedance of the waveguide and therefore corresponds to the transformer T1 of FIG. 1.
As the section 11 of the waveguide must be cut in order to allow the mounting of the lamp 1 in the section 11, it is necessary to provide a suitable device to minimize the effects of this cut part on the high frequency currents s 'flowing through the waveguide. In the present embodiment this is achieved by making the rods 15 and 16 the central conductors of two coaxial lines 17 and 18 which constitute low frequency transformers, the transformers 17 and 18 respectively terminating in short-circuiting cables. sections / 19 and 20 of higher characteristic impedance than that of lines 17 and 18.
The transformers 17 and 18 together with the sections 19 and 20 effectively short-circuit the parts of the cut-out waveguide to allow the insertion of the lamp 1, and are arranged in such a way that the non-adaptation at frequencies other than , but close to their resonant frequencies is not excessive, thereby allowing the arrangement to be employed over a frequency band.
The battery 5 and the resistive element R1 are connected to the filament 12 by means of the rods 15 and 16, a pin 21 associated with the rod 15 and a pin 22 associated with the rod 16. The pin 21 is movable in order to fa - cilitate tuning to a limited extent, and in order to ensure good electrical contact between pin 21 and rod 15, a collar (not shown) can be provided on the upper surface of pin 21 to grip the pin. rod 15 after a tuning adjustment has been made.
In order to prevent the lamp 1 from being short-circuited by the waveguide, it is necessary to introduce a
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insulating washer 23. In order to minimize the reactance presented by the washer 23 at the high frequencies used, a half-wave cavity 24 is provided and the washer is placed halfway along the wall of the cavity 24 , that is to say to a current node. This cavity then has a resistance of almost zero at its point of entry into section 11 of the waveguide and therefore the use of the washer 23 has substantially no effect on the high frequency currents in the waveguide.
In this embodiment, any noise of the same order of frequency as that for which the guide is constructed which can be picked up or generated in the external circuit of the battery and resistor is effectively removed by the appropriate contraction of the parts 18, 20, 22, 23, 19 and 17, so as to produce a sufficient bypass and damping effect for such noise to be negligible before reaching section 11 of the waveguide.
CLAIMS
1. Method for measuring the noise figure of an electric circuit, characterized by the steps of passing an electric current through a resistive device to produce noise voltages, applying said noise voltages to the input of the circuit, modifying said current in order to modify said noise voltages, and measuring the variations in the noise present at the output of the circuit.