Измерение коэффициента шума линейных устройств с помощью анализатора спектра FSV3

Теоретические сведения

Метод Y-фактора с коррекцией второго каскада

Калибровка и измерение коэффициента шума DUT(device under test)

При измерениях коэффициента шума для расчетов используется метод Y-фактора с коррекцией второго каскада. Согласно формуле каскадного соединения устройств Фриса, наибольший вклад в общий коэффициент шума вносят первый и второй каскад (вторым каскадом выступает измеритель).

• При измерениях по этому методу к FSV сначала подключается только источник шума. Прибор включает и выключает источник шума, замеряя мощность и шумовую температуру $Y_2 = \frac{P_{2}^{ON}}{P_{2}^{OFF}} ; T_{2}^{noise} ; P_{2}^{ON} ; P_{2}^{OFF}$. Производится калибровка и кривые NF и Gain приводятся к уровню 0 дБ. Указанные величины сохраняются для последующего вычислени собственной шумовой температуры 1-го каскада (DUT).

• Следующим шагом является включение тестируемого устройства в разрыв между источником шума и прибором и повторное измерение методом Y-фактора. Система теперь состоит из тестируемого устройства (первый каскад) и прибора (второй каскад).

Суммарный Y-фактор системы: $Y_{12} = \frac{P_{12}^{ON}}{P_{12}^{OFF}}$,

Шумовая температура 1-го каскада, выраженная через формулу Фриса: $T_1 = T_{12} - \frac{T_2}{G_1}$

Коэффициент шума по методу Y-фактора рассчитывается как:

$NF(dB)=10\cdot log_{10}\left (\frac{10^{\frac{ENR}{10}}}{10^\frac{Y_{12}}{10} - 1} \right )$, где $ENR = \frac{T_1-T_0}{T_0}$ - избыточный коэффициент шума 1-го каскада.

Описание режимов измерений функции «FSV_K30 Noise figure measurement»

Допустимый максимальный коэффициент усиления DUT = 60 дБ. Параметры аттенюатора записываются в меню Loss Output Settings. Перевод FSV в режим измерения коэффициента шума осуществляется кнопкой MODE -> Noise Figure (на экране). Далее возможны варианты:

• Прямое измерение (direct measurement) на заданных частотах. При измерении данного типа коэффициент шума измеряется непосредственно на частотах, задаваемых пользователем в виде сетки, либо на одной частоте. При задании таблицы частот существует предел в 100 значений.

Для данного типа измерений необходимо (действия схожи для всех измерений):

Задать сетку частот и/или центральную частоту в Frequency Settings (на экране),

Записать в прибор таблицу ENR шумовой головки (ENR Settings на экране),

Произвести калибровку кнопкой SWEEP -> Cal (на экране),

Произвести измерение с подключенным DUT SWEEP -> Run single/Run cont.

• Измерение для повышающих частоту устройств (с фиксированной промежуточной частотой / частотой гетеродина).
• Измерение для понижающих частоту устройств (с фиксированной промежуточной частотой / частотой гетеродина).

В данных видах измерений FSV при калибровке запоминает коэффициент шума шумовой головки в области промежуточных частот, затем при подключенном DUT на этих же частотах выводится коэффициент шума DUT.

Для проведения измерений FSV снова переводится в режим измерения КШ.

В Frequency Settings пунктом MODE выбирается режим Fixed IF (Up/Down Conv), Fixed LO (Up/Down Conv).

Особенности:

• Fixed LO: Внешний генератор к DUT, подключается, если этого требует DUT (смесители), измерение возможно и без генератора.

В Frequency Settings задается частота гетеродина LO, сетка частот RF, записываются ENR, в Display Settings выбирается, относительно какой сетки будут отображаться кривые NF и Gain. Производится калибровка без DUT, затем измерение. В режиме Fixed LO необходимо учесть наличие зеркального канала: а) если DUT переносит сигналы с RF и Imag на IF с одинаковым уровнем и происходит измерение КШ этого DUT по методу Y-фактора с коррекцией, то возникает погрешность в 3 дБ: КШ отображается на 3 дБ ниже, а Gain - на 3 дБ выше, чем есть. Для корректировки в R&S_K30_NF_manual предлагаются варианты: а)Смеситель с высоким уровнем подавления ЗК - в Frequency Settings значение Image Rejection устанавливается 999.999 дБ.

б)Смеситель без ослабления - значение Image Rejection предлагается установить в 0.

в)Для смесителя с известным коэффициентом подавления ЗК задается соответствующее значение Image Rejection.

г)При неизвестном ослаблении требуется знать Gain, а также установить фильтр НЧ/ВЧ, подавляющий ЗК, между DUT и шумовой головкой. Значения ослабления, вносимого фильтром на RF и Imag, вносятся в прибор в Loss Settings.

• Fixed IF: Данный режим предусматривает подключение внешнего генератора к DUT, а также по интерфейсу B10 он подключается к задней панели FSV. Таким образом, FSV управляет генератором (который поддерживает опцию B10) и перебирает частоты LO. Частоты LO задаются в Frequency Settings, записываются ENR, производится калибровка, измерение.