eng
DOI: 10.22184/1992-4178.2024.235.4.92.102
Эффективным методом измерения коэффициента шума является применение векторных анализаторов цепей, оснащенных опцией NF. В статье описано оборудование и методика измерения коэффициента шума с помощью векторных анализаторов цепей производства ООО «ПЛАНАР» с опцией NF.
Эффективным методом измерения коэффициента шума является применение векторных анализаторов цепей, оснащенных опцией NF. В статье описано оборудование и методика измерения коэффициента шума с помощью векторных анализаторов цепей производства ООО «ПЛАНАР» с опцией NF.
Теги: nf option noise figure noise power test receiver vector network analyzer векторный анализатор цепей измерительный приемник коэффициент шума мощность шума опция nf
Измерение коэффициента шума
С. Заостровных, В. Губа, А. Пивак
Одним из этапов проектирования, тестирования и эксплуатации усилительных и приемных устройств является измерение и оценка их коэффициента шума. Эффективным методом измерения коэффициента шума является применение векторных анализаторов цепей, оснащенных опцией NF. Эта опция позволяет проводить оперативную проверку устройств в условиях промышленного производства, в том числе в рамках использования автоматизированных измерительных стендов. В статье описано оборудование и методика измерения коэффициента шума с помощью векторных анализаторов цепей производства ООО «ПЛАНАР» с опцией NF.
Введение
Измерение коэффициента шума (КШ) играет важную роль в обеспечении качества радиотехнических устройств, а также в их эффективном применении в различных приложениях. Есть несколько аспектов, определяющих значение этих измерений.
Эффективность приема. КШ усилителя или приемника указывает на способность устройства усиливать полезный сигнал по сравнению с внутренними шумами и искажениями. Низкое значение коэффициента шума позволяет более эффективно получать и обрабатывать слабые радиосигналы, особенно в условиях с высоким отношением сигнал/шум.
Чувствительность и дальность приема. Низкий коэффициент шума позволяет увеличить чувствительность приемника и расширить дальность его приема. Это важно, например, для радиосвязи, радиолокации и спутниковых систем, где слабые сигналы могут передаваться
на большие расстояния.
Качество и четкость сигнала. Низкий уровень шума помогает сохранить качество и четкость сигнала, особенно при приеме аналоговых сигналов, таких как аудио и видео. Это важно, например, в радиовещании и телевидении.
Спектральная чистота. Высокий коэффициент шума усилителя может способствовать спектральным искажениям сигнала. Измерение коэффициента шума позволяет контролировать и минимизировать такие искажения, что важно в приемниках, работающих в плотных радиочастотных диапазонах.
Экономия энергии. Усилители и приемники с более низким коэффициентом шума обычно потребляют меньше энергии. Это важно в мобильных устройствах, беспроводных коммуникациях и других приложениях, где эффективное использование энергии играет важную роль.
Соответствие стандартам. Устройства радиосвязи и радиолокации должны соответствовать определенным стандартам и нормативам. Измерение и документирование коэффициента шума помогает подтвердить соответствие этим стандартам.
Опция NF – это решение для измерения коэффициента шума усилительных и приемных устройств без преобразования частоты с помощью векторных анализаторов цепей. Опция включает следующие компоненты (табл. 1):
При разработке программы NF были соблюдены следующие принципы.
Эффективное управление прибором. Программа должна обладать интуитивным графическим интерфейсом и обеспечивать оператору эффективное управление прибором. Для достижения этой цели были разработаны меню элементов управления, панель с кнопками быстрого доступа и мастер проведения калибровки.
Анализ данных. Программа должна предоставлять инструменты для анализа данных. Чтобы соответствовать указанному требованию, был разработан менеджер графиков (трасс) с контекстным меню, реализована возможность размещения графиков на разные диаграммы с собственными вертикальными осями, а также маркеры и ограничительные линии.
Сохранение данных. Программа должна обеспечивать возможность сохранения
пользовательских настроек и результатов измерений в файл или в виде графических данных. Для поддержки данного требования, акцент был сосредоточен на создании файла состояния, охватывающего не только настройки, но и калиброванные коэффициенты, маркеры, ограничительные линии и графики памяти. Загрузив такой файл, пользователь может немедленно приступить к измерениям.
Удаленное управление. Программа должна позволять оператору удаленное управление. Для этого реализована поддержка протокола управления и обмена данными TCP/IP Socket-сервер.
Рассмотрим оборудование и методологии, используемые для измерений КШ.
Векторные анализаторы цепей
Измерение коэффициента шума, а именно мощности шумового сигнала, выполняется с помощью измерительного приемника векторных анализаторов цепей.
В данном контексте термин «стандартный анализатор» или «стандартный приемник» означает измерительное устройство или его часть, специально разработанные
и адаптированные для измерений S-параметров радиотехнических устройств.
Стандартный приемник выполнен по супергетеродинной схеме без преселектора. Его входная цепь – это группа выделения сигналов, представляющая собой пассивное устройство с потерями, приблизительно равными 15…20 дБ. Распределение усиления в тракте приемника выбрано так, чтобы обеспечить прием сигналов в широком динамическом диапазоне, значительно превышающем 100 дБ. Уровень собственного шума составляет порядка –135…–140 дБм/Гц в зависимости от модели анализатора. Если говорить в терминах КШ, то получается, что КШ стандартного приемника близок к 40 дБ.
Вычислим мощность шума, приведенную к входу приемника, в полосе 1 МГц: NIN = kT0 BF ≈ –74 дБм (рис. 1).
Входная мощность шума стандартного приемника получается слишком высокой для прямого определения КШ устройств. К примеру, в той же полосе частот мощность на выходе усилителя с коэффициентом 10 дБ при температуре TH будет составлять порядка –90 дБм, практически на 20 дБ меньше уровня собственных шумов приемника.
Для увеличения чувствительности анализатора опция NF включает в себя аппаратную часть – внешний малошумящий усилитель (МШУ).
Составим таблицу параметров измерителя коэффициента шума со специализированным шумовым приемником и векторного анализатора цепей со стандартным приемником (табл. 2). Проанализируем, какие параметры соответствуют требованиям, какие не подходят и что
необходимо добавить для проведения измерений КШ.
Табл. 2 показывает, что необходимо изменить в векторном анализаторе цепей на программном и аппаратном уровнях, чтобы он стал средством измерения КШ:
Для реализации аппаратных задач разработан МШУ, структурная схема которого приведена на рис. 2. В зависимости от модели структура может незначительно отличаться.
На входе и выходе МШУ установлена схема защиты от электростатических разрядов. Устройства имеют встроенный переключатель, обеспечивающий выбор между подключением усилителей мощности или работой «на проход». МШУ имеют несколько ступеней усиления и банк фильтров (зависит от модели) для преселекции входных сигналов.
Питание МШУ осуществляется от внешнего источника постоянного тока. Для связи с персональным компьютером и управления используется интерфейс USB.
МШУ подключается к измерительному порту анализатора напрямую, с помощью кабеля СВЧ или перехода с соответствующими типами соединителей (рис. 3).
Выбор ступени усиления выполняется в зависимости от параметров исследуемого устройства. МШУ оснащен соединителем для подключения внешнего датчика температуры и имеет встроенный модулятор 28 В для управления ГШ по заданному в программе NF алгоритму.
Далее под приемником будем понимать каскадно соединенные анализатор и МШУ, работающие как единое средство для определения мощности шумового сигнала.
Стандартный приемник не выполняет преселекцию входных сигналов. Это означает, что прием будет выполняться на частотах, равноудаленных от гармоник гетеродина на промежуточную частоту IF (рис. 4). На промежуточную частоту перенесутся сигналы, находящиеся в основном и зеркальном каналах приема для каждой гармоники гетеродина.
Банк фильтров предназначен для фильтрации сигналов только на гармониках. Компенсация зеркального канала не происходит.
После преселекции мощность шума, регистрируемая приемником, будет представлять собой сумму основного BMain и зеркального BImage каналов, а также частично
из побочных каналов BHarm:
NOUT = kG(T0+ Te ) ∑iBi ,
∑iBi = BMain+BImage+∑iBHarm≅2BMain .
Следует отметить, что анализаторы, в отличие от классических измерителей коэффициента шума, способны измерять S-параметры используемых устройств. Это открывает ряд преимуществ:
Коэффициент шума
Основные термины и определения приведены в [1, 2],
теоретические основы измерений коэффициента шума отражены в [3, 4].
Коэффициент шума – это число, показывающее
во сколько раз изменяется (уменьшается) отношение сигнал/шум на выходе четырехполюсника по сравнению
с отношением сигнал/шум на его входе (рис. 5):
F = ,
где SIN / NIN – отношение сигнал/шум на входе четырехполюсника;
SOUT / NOUT – отношение сигнал/шум на выходе четырехполюсника;
S и N – номинальные мощности сигнала и шума, соответственно (Вт).
Чем больше собственных шумов вносит четырехполюсник, тем больше его КШ. Для идеального четырехполюсника, не имеющего собственных шумов, КШ принимает минимально возможное значение, равное единице.
КШ может быть выражен в дБ:
NF = 10 log(F).
В электронных приборах имеется большое разнообразие источников шумовых сигналов.
Существуют шумы тепловые, дробовые, токораспределения, генерационно-рекомбинационные, шумы газового разряда и др. Для единообразия подхода часто выделяют наиболее распространенные – тепловые шумы, а все остальные виды эквивалентно сводят к тепловым. В настоящем описании будем полагать, что шумы являются тепловыми, и применять соответствующий математический аппарат для их описания.
Деградацию сигнал/шум можно записать в другой форме:
F = = = = 1 + ,
где NIN = kTB – номинальная мощность источника тепловых шумов (Вт), выведенная Найквистом (формула является фундаментальной и определяет закон передачи шумовой мощности в нагрузку при условии согласования; NIN зависит от температуры T и не является функцией от импеданса нагрузки);
G – номинальный коэффициент усиления четырехполюсника;
Nadd =kTe BG – добавочная мощность шума, возникающего в цепях устройства (Вт);
NOUT = kTBG + Nadd – полная выходная шумовая мощность (Вт);
k – постоянная Больцмана (Дж/К);
B – полоса частот (Гц).
Институт инженеров электротехники и электроники стандартизировал температуру, при которой должен определяться коэффициент шума. Это температура называется стандартной и равна 290 К (обозначается T0).
Согласно отечественным стандартам, T0 составляет 293 К. Стоит обратить внимание, что в приведенном ниже выражении КШ определяется как отношение мощностей шума:
F = = 1 + = 1 + ,
Te = (F – 1) T0,
где Te – эквивалентная шумовая температура (К).
Данное определение КШ предполагает, что на входе, помимо источника со стандартной температурой T0, находится дополнительный источник теплового шума с эквивалентной температурой Te (рис. 6).
КШ, как правило, является функцией частоты и обычно не зависит от полосы (при условии, что полоса измерения достаточно узкая по сравнению с вариациями по частоте).
Приведем альтернативное определение КШ.
Полная входная шумовая мощность с учетом того, что входной шум и добавочный шум, пересчитанный ко входу, являются некоррелированными:
Nadd,IN = kTe B = kT0 B(F–1),
Nfull,IN = kT0 B + Nadd,IN = kT0 BF.
Полная мощность на входе бесшумной части устройства увеличивается относительно kT0 B в F раз. КШ – это число, показывающее во сколько раз увеличивается входная шумовая мощность.
Результат измерений M, полученный приемником анализатора, представляет собой комплексный отсчет:
M = X + iY,
где X и Y – при измерении шума это независимые гауссовские случайные величины, имеющие нулевые математические ожидания m и одинаковые дисперсии σ2.
На рис. 7 кривые зеленого цвета, отображающие реальную и мнимую части, имеют средние значения, стремящиеся к нулю, и СКО, приблизительно равные 5,4∙10– 3.
При вычислении мощности шума используется выражение:
Z = X2 + Y2.
Амплитудная флуктуация Z имеет экспоненциальное распределение, которое обладает практичным статистическим свойством. Математическое ожидание M и среднее квадратическое отклонение STD данного распределения равны между собой. Для оценки можно использовать следующее выражение:
M(Z) = STD(Z)~2∙σ2.
Программа NF определяет оба эти значения. В случае нарушения равенства моментов случайной величины Z программа выдает предупреждение, которое можно рассматривать, как рекомендацию к проверке схемы измерений. Нарушение равенства может быть связано с перегрузкой приемного тракта или интерференцией сигналов на входе приемника из-за слабых изоляционных свойств исследуемого устройства. Примером может быть случай, когда сигналы сотовой связи или беспроводных технологий передачи информации попадают на вход устройства, усиливаются и блокируют приемник.
Метод Y-фактора
Для реализации метода Y-фактора необходимо использовать источник шума, который имеет два температурных состояния: высокотемпературное TH и низкотемпературное TC. В качестве требуемого источника шума рекомендуется применять полупроводниковые ГШ.
Принцип действия полупроводниковых ГШ основан на возникновении СВЧ шумового сигнала при электрическом пробое p-n-перехода твердотельного лавинно-пролетного диода (ЛПД). Конструктивно такие ГШ состоят из стабилизатора тока, генераторной секции и аттенюатора. Стабилизатор тока обеспечивает режим работы ЛПД – основного элемента генераторной секции. Аттенюатор предназначен для уменьшения мощности шума до заданного уровня и улучшения согласования выхода СВЧ-генератора.
Полупроводниковые ГШ нашли широкое применение благодаря стабильности параметров во времени, приемлемому уровню выходного согласования, простоте эксп-
луатации, малым габаритам и электропотреблению. Управление ГШ в опции NF, то есть включение и выключение, осуществляется с МШУ.
Как средства измерений полупроводниковые ГШ предназначены для использования в качестве меры перепада спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения при работе с приборами, обеспечивающими режим измерений коэффициента шума.
По результатам градуировки ГШ заполняется таблица частотной зависимости избыточной спектральной плотности мощности шума (СПМШ) или избыточной относительной шумовой температуры (ИОШТ) (excess noise ratio, ENR), что в целом одно и то же, но с некоторым изменением расчетной формулы:
ENR[лин.] = ,
ENR[дБ] = 10∙log( ),
где TH – высокотемпературное состояние, когда ГШ включен (K);
TC – низкотемпературное состояние, когда ГШ выключен (K);
T0 – стандартная температура (К).
Температура TH при известном ENR может быть вычислена по формуле:
TH = ENR∙T0 + TC.
В статье далее будем полагать, что температура TC равна температуре окружающей среды – единой температуре, при которой выполняется измерение КШ. Программа NF не подразумевает использование других температур, связанных с приемником анализатора или отдельными точками на корпусе исследуемого устройства (ИУ). Определение КШ выполняется при заданных TC и T0.
Программа NF позволяет учитывать температуру окружающей среды и допускает проведение измерений КШ в этих условиях. Но стоит обратить внимание, что согласно определению института инженеров электротехники и электроники, КШ должен быть определен при стандартной температуре. Температурная коррекция лишь математически отражает изменение КШ исследуемого устройства, физически, тем более для активных устройств, компенсация будет выполнена с погрешностью. Следует использовать данный режим измерений при определении рабочего КШ.
Суть метода Y-фактора заключается в измерении отношения мощности шума на выходе ИУ, когда ГШ включен, к измеренной мощности шума на выходе устройства, когда ГШ выключен. Включение и выключение ГШ осуществляется автоматически в каждой частотной точке.
Приведем выражение для расчета мощности шума на выходе ИУ при подключении на вход источника шума с температурой T:
P(T) = kB∙{T + Te }∙G∙MM,
MM = ,
ΓIN = S11 + ,
где G – коэффициент усиления ИУ по мощности;
Te – эквивалентная шумовая температура ИУ (К);
ΓS – коэффициент отражения источника шума;
ΓIN – коэффициент отражения входа ИУ, подключенного к приемнику;
Γrec – коэффициент отражения приемника.
Мощность шума определяется с помощью измерительного приемника анализатора цепей в контексте характеристического импеданса Z0, равного 50 Ом (рис. 8). Составляющая MM компенсирует эффект рассогласования в плоскости подключения источника шума к ИУ.
Полагая, что эквивалентная шумовая температура связана с КШ формулой Te = (F–1) T0, можно переписать выражение:
POUT(T) = kB∙{T + (F–1) T0 }∙G∙MM.
Мы получили базовое выражение для расчета мощности шума POUT(T) с учетом эффекта рассогласования в тракте с характеристическим импедансом Z0 и ввели основное определение ENR.
Вернемся к Y-фактору. Для реализации этого метода необходимо измерить отношение Y = PH / PC и, зная исходный перепад мощностей на входе устройства, который задает ГШ, определить коэффициент шума данного устройства (рис. 9).
Последовательность измерений состоит из двух основных этапов. Вначале необходимо определить параметры приемника (измерение собственного коэффициента шума приемника (КШ ПРМ), далее измерить КШ каскадного соединения устройства плюс приемник (КШ ИУ+ПРМ) и провести расчет КШ устройства по формуле Фрииса.
В качестве промежуточного этапа можно считать процесс измерений S-параметров используемых переходов для подключения генератора шума и исследуемого устройства, а также коэффициентов отражения ГШ и приемника для учета эффекта рассогласования.
Для расчета КШ необходимо знать:
Программа NF имеет два режима измерения КШ методом Y-фактора – без учета погрешности рассогласования при определении мощностей PH и PC и с учетом данного эффекта. В зависимости от выбранного режима «мастер проведения измерений» будет предлагать разный набор измерений S-параметров используемых устройств.
Первый этап измерений
Первый этап, который часто называют калибровкой, – это измерение коэффициента шума приемника. Схема измерений приведена на рис. 10.
Для выполнения калибровки необходимо подключить ГШ к входу приемника (рис. 11). На каждой частотной точке ГШ будет включаться и выключаться, устанавливая высокотемпературное состояние TH и низкотемпературное – TC. Для подключения ГШ к приемнику может потребоваться переход, аттенюатор или другое пассивное устройство, обеспечивающее соединение. Программа NF позволяет учитывать S-параметры данного устройства, автоматически пересчитывая ENR ГШ и его коэффициенты отражения при включенном и выключенном состоянии.
Запишем выражения для расчета мощности шума при двух состояниях ГШ:
PH = kB∙{[F–1]∙T0+TH }∙GREC ∙ ,
PC = kB∙{[F–1]∙T0 + TC }∙GREC ∙.
Здесь использованы следующие обозначения: коэффициент усиления приемника GREC, коэффициент отражения его входа ΓREC, а также коэффициент отражения ГШ в двух состояниях ΓH и ΓC . Следует отметить и то, что не использовано. Речь идет об изменении КШ приемника при разных импедансах нагрузки, подключенной ко входу. Более правильно поставить F(ΓH ) и F(ΓC ). Однако при отсутствии возможности оценивания всех шумовых параметров приемника решить задачу можно только в предположении примерного равенства:
F(ΓH ) ≅ F(ΓC ).
Это можно обеспечить двумя способами: или стремиться к равенству ΓH ≅ ΓC, или использовать приемник с малым значением шумового параметра Rn.
Повлиять на свойства уже разработанного приемника с помощью подключения внешних устройств довольно сложно, поэтому на практике используют ГШ, у которого ΓH ≅ ΓC. Это обеспечивается внутренним выходным аттенюатором согласно структурной схеме полупроводниковых ГШ. В некоторых случаях добавляют внешний согласующий аттенюатор, чтобы добиться более точного равенства.
Итак, получив значения PH и PC, найдем их отношение
в терминах эквивалентной шумовой температуры и КШ:
Y = ∙ ,
Y = ,
Y = = ,
Te (TС) = ,
F(TС ) = 1 + = + (1–TС / T0),
F(TС=T0) = .
Используя приведенное выражение для F(TС ), на этапе калибровки определяется КШ приемника FREC.
Далее рассмотрим алгоритм определения коэффициента усиления. Основой данного алгоритма является анализ разности мощностей:
= {[F – 1]∙T0 + TH}∙GREC∙MH – {[F – 1]∙T0 + TC }∙GREC∙MC,
где для сокращения записи обозначено:
MH = , MC = .
Поскольку шумовая полоса B неизвестна, то следует выразить произведение BGrec:
BGrec = .
При MH = MC = 1, то есть без учета эффекта рассогласования, выражение существенно упрощается:
BGREC = .
Выходными данными первого этапа являются FREC и BGREC.
Второй этап измерений
Второй этап – измерение коэффициента шума каскадного соединения исследуемого устройства и приемника. Схема измерений приведена на рис. 12, графическое представление – на рис. 13.
Для подключения устройств могут потребоваться переходы или кабели СВЧ. Программа NF позволяет учитывать их S-параметры, корректируя коэффициент шума и коэффициент усиления исследуемого устройства.
На этом этапе также измеряются мощности PH и PC и выполняется расчет:
Y = ∙ ,
ΓREC →ΓIN = S11 + ,
где Sij – S-параметры исследуемого устройства.
FSYS и BGSYS определяются по аналогичным для FREC и BGrec формулам.
Далее выполняется расчет коэффициента усиления устройства GDUT и его коэффициент шума FDUT:
GDUT = ,
FDUT = FSYS – .
Стоит обратить внимание, что GDUT корректно вычисляется, если шумовая полоса B при калибровке и измерении не меняется. Если исследуемое устройство ограничивает полосу, то это может привести к значительному ухудшению качества оценки GDUT и увеличению погрешности при компенсации второго каскада. Коэффициент шума FDUT (FSYS или FREC), как отмечалось ранее, не зависит от шумовой полосы B.
Полоса при измерении мощности шума приблизительно равна 2BMain. Это может привести к двум ограничениям: ухудшению качества оценки GDUT и снижению качества компенсации эффекта рассогласования (рис. 14, 15).
Расчет мощности с учетом эффекта рассогласования выполняется на частоте основного канала приема. При наличии зеркального канала, мы вынуждены ввести два допущения:
мощности в основном и зеркальном каналах одинаковые и распределены строго пополам;
отстройка по частоте на 2∙IF не вызывает дополнительных пульсаций мощности, превышающих погрешность измерений коэффициента шума.
Программа NF позволяет вычислять GDUT на основе предварительных измерений S-параметров и использовать при коррекции. В этом случае исключается влияние полосы B.
Рассмотрим ограничение метода, связанное с коэффициентом усиления GDUT. В формуле Фрииса для каскадного соединения, указан номинальный коэффициент усиления GA, то есть:
FDUT = FSYS – ,
GA = ,
ΓOUT = S22 + .
Математический аппарат метода Y-фактора устроен так, что он работает только в предположении неизменности коэффициента шума приемника от импеданса
на его входе – будет ли это генератор шума или выход исследуемого устройства:
FREC (ΓH) ≅ FREC (ΓC) ≅ FREC (ΓOUT).
При отсутствии информации об изменении FREC, как функции импеданса, мы не можем скорректировать измеряемую мощность PH (FREC (Г)) или PС (FREC (Г)) так, чтобы отразить суть передачи максимальной (номинальной) мощности в нагрузку за счет вариации FREC. В этих условиях единственно верным решением остается использование вносимого коэффициента усиления GINS. Так устроен метод.
При использовании ГШ для вычисления вносимого коэффициента усиления, следует использовать формулу:
GINS = GDUT = .
При использовании измеренных S-параметров с помощью анализатора можно выполнить расчет:
GINS = .
Дальнейшие попытки улучшения точности Y-фактора приводят к тому, что нужно знать шумовые параметры приемника.
Перечислим ограничения метода Y-фактора:
Измерение коэффициента шума с помощью программы NF
Управление анализатором, сбор данных и отображение результатов измерений осуществляются программой NF. Программа распространяется на условиях лицензионного соглашения. Файл лицензии создается и предоставляется предприятием-изготовителем в момент приобретения.
Процесс измерений довольно простой. После установки программы, необходимо выбрать генератор шума, ввести температуру окружающей среды или измерить ее с помощью штатного датчика, определить параметры приемника, следуя рекомендациям мастера калибровки (рис. 16), и перейти к измерениям. Программа автоматически определяет МШУ и устанавливает соединение. Введенные параметры генератора шума сохраняются в отдельной библиотеке.
Программа NF отображает результаты измерений в виде графиков, которые обладают функциональностью масштабирования (рис. 17). Для их анализа предусмотрены маркеры. Полученные результаты могут быть сохранены в файл.
Заключение
На следующем этапе работ, проводимых в ООО «ПЛАНАР», предполагается внедрение метода холодного источника с применением тюнера импеданса. В планах – реализация режима измерений шумовых параметров.
Авторы глубоко признательны д.т.н. А.А. Савину, который стал неотъемлемой частью коллектива разработчиков предлагаемого решения, за его бесценный вклад в данную научно-инженерную работу.
ЛИТЕРАТУРА
Friis H.T. Noise Figures of Radio Receivers // Proceedings of the IRE, July, 1944.
IRE (IEEE) standards on methods of measuring noise in linear twoports, 1959.
Алмазов-Долженко К.И. Коэффициент шума и его измерение на СВЧ. М.: Научный мир, 2000.
Белоусов А.П., Каменецкий Ю.А. Коэффициент шума. М.: Радио и связь, 1981.
С. Заостровных, В. Губа, А. Пивак
Одним из этапов проектирования, тестирования и эксплуатации усилительных и приемных устройств является измерение и оценка их коэффициента шума. Эффективным методом измерения коэффициента шума является применение векторных анализаторов цепей, оснащенных опцией NF. Эта опция позволяет проводить оперативную проверку устройств в условиях промышленного производства, в том числе в рамках использования автоматизированных измерительных стендов. В статье описано оборудование и методика измерения коэффициента шума с помощью векторных анализаторов цепей производства ООО «ПЛАНАР» с опцией NF.
Введение
Измерение коэффициента шума (КШ) играет важную роль в обеспечении качества радиотехнических устройств, а также в их эффективном применении в различных приложениях. Есть несколько аспектов, определяющих значение этих измерений.
Эффективность приема. КШ усилителя или приемника указывает на способность устройства усиливать полезный сигнал по сравнению с внутренними шумами и искажениями. Низкое значение коэффициента шума позволяет более эффективно получать и обрабатывать слабые радиосигналы, особенно в условиях с высоким отношением сигнал/шум.
Чувствительность и дальность приема. Низкий коэффициент шума позволяет увеличить чувствительность приемника и расширить дальность его приема. Это важно, например, для радиосвязи, радиолокации и спутниковых систем, где слабые сигналы могут передаваться
на большие расстояния.
Качество и четкость сигнала. Низкий уровень шума помогает сохранить качество и четкость сигнала, особенно при приеме аналоговых сигналов, таких как аудио и видео. Это важно, например, в радиовещании и телевидении.
Спектральная чистота. Высокий коэффициент шума усилителя может способствовать спектральным искажениям сигнала. Измерение коэффициента шума позволяет контролировать и минимизировать такие искажения, что важно в приемниках, работающих в плотных радиочастотных диапазонах.
Экономия энергии. Усилители и приемники с более низким коэффициентом шума обычно потребляют меньше энергии. Это важно в мобильных устройствах, беспроводных коммуникациях и других приложениях, где эффективное использование энергии играет важную роль.
Соответствие стандартам. Устройства радиосвязи и радиолокации должны соответствовать определенным стандартам и нормативам. Измерение и документирование коэффициента шума помогает подтвердить соответствие этим стандартам.
Опция NF – это решение для измерения коэффициента шума усилительных и приемных устройств без преобразования частоты с помощью векторных анализаторов цепей. Опция включает следующие компоненты (табл. 1):
- измерительный приемник, в качестве которого применяются в данном случае анализаторы цепей серии «КОБАЛЬТ» производства ООО «ПЛАНАР»;
- малошумящие усилители серии AMP (предусилители);
- генератор шума;
- программа NF (распространяется на условиях лицензионного соглашения).
При разработке программы NF были соблюдены следующие принципы.
Эффективное управление прибором. Программа должна обладать интуитивным графическим интерфейсом и обеспечивать оператору эффективное управление прибором. Для достижения этой цели были разработаны меню элементов управления, панель с кнопками быстрого доступа и мастер проведения калибровки.
Анализ данных. Программа должна предоставлять инструменты для анализа данных. Чтобы соответствовать указанному требованию, был разработан менеджер графиков (трасс) с контекстным меню, реализована возможность размещения графиков на разные диаграммы с собственными вертикальными осями, а также маркеры и ограничительные линии.
Сохранение данных. Программа должна обеспечивать возможность сохранения
пользовательских настроек и результатов измерений в файл или в виде графических данных. Для поддержки данного требования, акцент был сосредоточен на создании файла состояния, охватывающего не только настройки, но и калиброванные коэффициенты, маркеры, ограничительные линии и графики памяти. Загрузив такой файл, пользователь может немедленно приступить к измерениям.
Удаленное управление. Программа должна позволять оператору удаленное управление. Для этого реализована поддержка протокола управления и обмена данными TCP/IP Socket-сервер.
Рассмотрим оборудование и методологии, используемые для измерений КШ.
Векторные анализаторы цепей
Измерение коэффициента шума, а именно мощности шумового сигнала, выполняется с помощью измерительного приемника векторных анализаторов цепей.
В данном контексте термин «стандартный анализатор» или «стандартный приемник» означает измерительное устройство или его часть, специально разработанные
и адаптированные для измерений S-параметров радиотехнических устройств.
Стандартный приемник выполнен по супергетеродинной схеме без преселектора. Его входная цепь – это группа выделения сигналов, представляющая собой пассивное устройство с потерями, приблизительно равными 15…20 дБ. Распределение усиления в тракте приемника выбрано так, чтобы обеспечить прием сигналов в широком динамическом диапазоне, значительно превышающем 100 дБ. Уровень собственного шума составляет порядка –135…–140 дБм/Гц в зависимости от модели анализатора. Если говорить в терминах КШ, то получается, что КШ стандартного приемника близок к 40 дБ.
Вычислим мощность шума, приведенную к входу приемника, в полосе 1 МГц: NIN = kT0 BF ≈ –74 дБм (рис. 1).
Входная мощность шума стандартного приемника получается слишком высокой для прямого определения КШ устройств. К примеру, в той же полосе частот мощность на выходе усилителя с коэффициентом 10 дБ при температуре TH будет составлять порядка –90 дБм, практически на 20 дБ меньше уровня собственных шумов приемника.
Для увеличения чувствительности анализатора опция NF включает в себя аппаратную часть – внешний малошумящий усилитель (МШУ).
Составим таблицу параметров измерителя коэффициента шума со специализированным шумовым приемником и векторного анализатора цепей со стандартным приемником (табл. 2). Проанализируем, какие параметры соответствуют требованиям, какие не подходят и что
необходимо добавить для проведения измерений КШ.
Табл. 2 показывает, что необходимо изменить в векторном анализаторе цепей на программном и аппаратном уровнях, чтобы он стал средством измерения КШ:
- расширить математический аппарат;
- увеличить чувствительность приемника;
- обеспечить селекцию входных сигналов (где реализуемо);
- добавить управление генератором шума (ГШ);
- добавить работу с датчиками температуры.
Для реализации аппаратных задач разработан МШУ, структурная схема которого приведена на рис. 2. В зависимости от модели структура может незначительно отличаться.
На входе и выходе МШУ установлена схема защиты от электростатических разрядов. Устройства имеют встроенный переключатель, обеспечивающий выбор между подключением усилителей мощности или работой «на проход». МШУ имеют несколько ступеней усиления и банк фильтров (зависит от модели) для преселекции входных сигналов.
Питание МШУ осуществляется от внешнего источника постоянного тока. Для связи с персональным компьютером и управления используется интерфейс USB.
МШУ подключается к измерительному порту анализатора напрямую, с помощью кабеля СВЧ или перехода с соответствующими типами соединителей (рис. 3).
Выбор ступени усиления выполняется в зависимости от параметров исследуемого устройства. МШУ оснащен соединителем для подключения внешнего датчика температуры и имеет встроенный модулятор 28 В для управления ГШ по заданному в программе NF алгоритму.
Далее под приемником будем понимать каскадно соединенные анализатор и МШУ, работающие как единое средство для определения мощности шумового сигнала.
Стандартный приемник не выполняет преселекцию входных сигналов. Это означает, что прием будет выполняться на частотах, равноудаленных от гармоник гетеродина на промежуточную частоту IF (рис. 4). На промежуточную частоту перенесутся сигналы, находящиеся в основном и зеркальном каналах приема для каждой гармоники гетеродина.
Банк фильтров предназначен для фильтрации сигналов только на гармониках. Компенсация зеркального канала не происходит.
После преселекции мощность шума, регистрируемая приемником, будет представлять собой сумму основного BMain и зеркального BImage каналов, а также частично
из побочных каналов BHarm:
NOUT = kG(T0+ Te ) ∑iBi ,
∑iBi = BMain+BImage+∑iBHarm≅2BMain .
Следует отметить, что анализаторы, в отличие от классических измерителей коэффициента шума, способны измерять S-параметры используемых устройств. Это открывает ряд преимуществ:
- появляется возможность измерения мощности шума с учетом эффекта рассогласования в тракте;
- коэффициент усиления может быть определен по результатам измерений S-параметров;
появляется возможность вычисления номинального и вносимого коэффициента усиления для коррекции по формуле Фрииса;
- могут быть определены шумовые параметры, а не только КШ.
Коэффициент шума
Основные термины и определения приведены в [1, 2],
теоретические основы измерений коэффициента шума отражены в [3, 4].
Коэффициент шума – это число, показывающее
во сколько раз изменяется (уменьшается) отношение сигнал/шум на выходе четырехполюсника по сравнению
с отношением сигнал/шум на его входе (рис. 5):
F = ,
где SIN / NIN – отношение сигнал/шум на входе четырехполюсника;
SOUT / NOUT – отношение сигнал/шум на выходе четырехполюсника;
S и N – номинальные мощности сигнала и шума, соответственно (Вт).
Чем больше собственных шумов вносит четырехполюсник, тем больше его КШ. Для идеального четырехполюсника, не имеющего собственных шумов, КШ принимает минимально возможное значение, равное единице.
КШ может быть выражен в дБ:
NF = 10 log(F).
В электронных приборах имеется большое разнообразие источников шумовых сигналов.
Существуют шумы тепловые, дробовые, токораспределения, генерационно-рекомбинационные, шумы газового разряда и др. Для единообразия подхода часто выделяют наиболее распространенные – тепловые шумы, а все остальные виды эквивалентно сводят к тепловым. В настоящем описании будем полагать, что шумы являются тепловыми, и применять соответствующий математический аппарат для их описания.
Деградацию сигнал/шум можно записать в другой форме:
F = = = = 1 + ,
где NIN = kTB – номинальная мощность источника тепловых шумов (Вт), выведенная Найквистом (формула является фундаментальной и определяет закон передачи шумовой мощности в нагрузку при условии согласования; NIN зависит от температуры T и не является функцией от импеданса нагрузки);
G – номинальный коэффициент усиления четырехполюсника;
Nadd =kTe BG – добавочная мощность шума, возникающего в цепях устройства (Вт);
NOUT = kTBG + Nadd – полная выходная шумовая мощность (Вт);
k – постоянная Больцмана (Дж/К);
B – полоса частот (Гц).
Институт инженеров электротехники и электроники стандартизировал температуру, при которой должен определяться коэффициент шума. Это температура называется стандартной и равна 290 К (обозначается T0).
Согласно отечественным стандартам, T0 составляет 293 К. Стоит обратить внимание, что в приведенном ниже выражении КШ определяется как отношение мощностей шума:
F = = 1 + = 1 + ,
Te = (F – 1) T0,
где Te – эквивалентная шумовая температура (К).
Данное определение КШ предполагает, что на входе, помимо источника со стандартной температурой T0, находится дополнительный источник теплового шума с эквивалентной температурой Te (рис. 6).
КШ, как правило, является функцией частоты и обычно не зависит от полосы (при условии, что полоса измерения достаточно узкая по сравнению с вариациями по частоте).
Приведем альтернативное определение КШ.
Полная входная шумовая мощность с учетом того, что входной шум и добавочный шум, пересчитанный ко входу, являются некоррелированными:
Nadd,IN = kTe B = kT0 B(F–1),
Nfull,IN = kT0 B + Nadd,IN = kT0 BF.
Полная мощность на входе бесшумной части устройства увеличивается относительно kT0 B в F раз. КШ – это число, показывающее во сколько раз увеличивается входная шумовая мощность.
Результат измерений M, полученный приемником анализатора, представляет собой комплексный отсчет:
M = X + iY,
где X и Y – при измерении шума это независимые гауссовские случайные величины, имеющие нулевые математические ожидания m и одинаковые дисперсии σ2.
На рис. 7 кривые зеленого цвета, отображающие реальную и мнимую части, имеют средние значения, стремящиеся к нулю, и СКО, приблизительно равные 5,4∙10– 3.
При вычислении мощности шума используется выражение:
Z = X2 + Y2.
Амплитудная флуктуация Z имеет экспоненциальное распределение, которое обладает практичным статистическим свойством. Математическое ожидание M и среднее квадратическое отклонение STD данного распределения равны между собой. Для оценки можно использовать следующее выражение:
M(Z) = STD(Z)~2∙σ2.
Программа NF определяет оба эти значения. В случае нарушения равенства моментов случайной величины Z программа выдает предупреждение, которое можно рассматривать, как рекомендацию к проверке схемы измерений. Нарушение равенства может быть связано с перегрузкой приемного тракта или интерференцией сигналов на входе приемника из-за слабых изоляционных свойств исследуемого устройства. Примером может быть случай, когда сигналы сотовой связи или беспроводных технологий передачи информации попадают на вход устройства, усиливаются и блокируют приемник.
Метод Y-фактора
Для реализации метода Y-фактора необходимо использовать источник шума, который имеет два температурных состояния: высокотемпературное TH и низкотемпературное TC. В качестве требуемого источника шума рекомендуется применять полупроводниковые ГШ.
Принцип действия полупроводниковых ГШ основан на возникновении СВЧ шумового сигнала при электрическом пробое p-n-перехода твердотельного лавинно-пролетного диода (ЛПД). Конструктивно такие ГШ состоят из стабилизатора тока, генераторной секции и аттенюатора. Стабилизатор тока обеспечивает режим работы ЛПД – основного элемента генераторной секции. Аттенюатор предназначен для уменьшения мощности шума до заданного уровня и улучшения согласования выхода СВЧ-генератора.
Полупроводниковые ГШ нашли широкое применение благодаря стабильности параметров во времени, приемлемому уровню выходного согласования, простоте эксп-
луатации, малым габаритам и электропотреблению. Управление ГШ в опции NF, то есть включение и выключение, осуществляется с МШУ.
Как средства измерений полупроводниковые ГШ предназначены для использования в качестве меры перепада спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения при работе с приборами, обеспечивающими режим измерений коэффициента шума.
По результатам градуировки ГШ заполняется таблица частотной зависимости избыточной спектральной плотности мощности шума (СПМШ) или избыточной относительной шумовой температуры (ИОШТ) (excess noise ratio, ENR), что в целом одно и то же, но с некоторым изменением расчетной формулы:
ENR[лин.] = ,
ENR[дБ] = 10∙log( ),
где TH – высокотемпературное состояние, когда ГШ включен (K);
TC – низкотемпературное состояние, когда ГШ выключен (K);
T0 – стандартная температура (К).
Температура TH при известном ENR может быть вычислена по формуле:
TH = ENR∙T0 + TC.
В статье далее будем полагать, что температура TC равна температуре окружающей среды – единой температуре, при которой выполняется измерение КШ. Программа NF не подразумевает использование других температур, связанных с приемником анализатора или отдельными точками на корпусе исследуемого устройства (ИУ). Определение КШ выполняется при заданных TC и T0.
Программа NF позволяет учитывать температуру окружающей среды и допускает проведение измерений КШ в этих условиях. Но стоит обратить внимание, что согласно определению института инженеров электротехники и электроники, КШ должен быть определен при стандартной температуре. Температурная коррекция лишь математически отражает изменение КШ исследуемого устройства, физически, тем более для активных устройств, компенсация будет выполнена с погрешностью. Следует использовать данный режим измерений при определении рабочего КШ.
Суть метода Y-фактора заключается в измерении отношения мощности шума на выходе ИУ, когда ГШ включен, к измеренной мощности шума на выходе устройства, когда ГШ выключен. Включение и выключение ГШ осуществляется автоматически в каждой частотной точке.
Приведем выражение для расчета мощности шума на выходе ИУ при подключении на вход источника шума с температурой T:
P(T) = kB∙{T + Te }∙G∙MM,
MM = ,
ΓIN = S11 + ,
где G – коэффициент усиления ИУ по мощности;
Te – эквивалентная шумовая температура ИУ (К);
ΓS – коэффициент отражения источника шума;
ΓIN – коэффициент отражения входа ИУ, подключенного к приемнику;
Γrec – коэффициент отражения приемника.
Мощность шума определяется с помощью измерительного приемника анализатора цепей в контексте характеристического импеданса Z0, равного 50 Ом (рис. 8). Составляющая MM компенсирует эффект рассогласования в плоскости подключения источника шума к ИУ.
Полагая, что эквивалентная шумовая температура связана с КШ формулой Te = (F–1) T0, можно переписать выражение:
POUT(T) = kB∙{T + (F–1) T0 }∙G∙MM.
Мы получили базовое выражение для расчета мощности шума POUT(T) с учетом эффекта рассогласования в тракте с характеристическим импедансом Z0 и ввели основное определение ENR.
Вернемся к Y-фактору. Для реализации этого метода необходимо измерить отношение Y = PH / PC и, зная исходный перепад мощностей на входе устройства, который задает ГШ, определить коэффициент шума данного устройства (рис. 9).
Последовательность измерений состоит из двух основных этапов. Вначале необходимо определить параметры приемника (измерение собственного коэффициента шума приемника (КШ ПРМ), далее измерить КШ каскадного соединения устройства плюс приемник (КШ ИУ+ПРМ) и провести расчет КШ устройства по формуле Фрииса.
В качестве промежуточного этапа можно считать процесс измерений S-параметров используемых переходов для подключения генератора шума и исследуемого устройства, а также коэффициентов отражения ГШ и приемника для учета эффекта рассогласования.
Для расчета КШ необходимо знать:
- ENR генератора шума совместно со стандартной температурой T0;
- температуру окружающей среды TC;
- S-параметры используемых переходов для подключения генератора шума и исследуемого устройства;
- коэффициенты отражения ГШ во включенном и выключенном состояниях и коэффициент отражения входа приемника.
Программа NF имеет два режима измерения КШ методом Y-фактора – без учета погрешности рассогласования при определении мощностей PH и PC и с учетом данного эффекта. В зависимости от выбранного режима «мастер проведения измерений» будет предлагать разный набор измерений S-параметров используемых устройств.
Первый этап измерений
Первый этап, который часто называют калибровкой, – это измерение коэффициента шума приемника. Схема измерений приведена на рис. 10.
Для выполнения калибровки необходимо подключить ГШ к входу приемника (рис. 11). На каждой частотной точке ГШ будет включаться и выключаться, устанавливая высокотемпературное состояние TH и низкотемпературное – TC. Для подключения ГШ к приемнику может потребоваться переход, аттенюатор или другое пассивное устройство, обеспечивающее соединение. Программа NF позволяет учитывать S-параметры данного устройства, автоматически пересчитывая ENR ГШ и его коэффициенты отражения при включенном и выключенном состоянии.
Запишем выражения для расчета мощности шума при двух состояниях ГШ:
PH = kB∙{[F–1]∙T0+TH }∙GREC ∙ ,
PC = kB∙{[F–1]∙T0 + TC }∙GREC ∙.
Здесь использованы следующие обозначения: коэффициент усиления приемника GREC, коэффициент отражения его входа ΓREC, а также коэффициент отражения ГШ в двух состояниях ΓH и ΓC . Следует отметить и то, что не использовано. Речь идет об изменении КШ приемника при разных импедансах нагрузки, подключенной ко входу. Более правильно поставить F(ΓH ) и F(ΓC ). Однако при отсутствии возможности оценивания всех шумовых параметров приемника решить задачу можно только в предположении примерного равенства:
F(ΓH ) ≅ F(ΓC ).
Это можно обеспечить двумя способами: или стремиться к равенству ΓH ≅ ΓC, или использовать приемник с малым значением шумового параметра Rn.
Повлиять на свойства уже разработанного приемника с помощью подключения внешних устройств довольно сложно, поэтому на практике используют ГШ, у которого ΓH ≅ ΓC. Это обеспечивается внутренним выходным аттенюатором согласно структурной схеме полупроводниковых ГШ. В некоторых случаях добавляют внешний согласующий аттенюатор, чтобы добиться более точного равенства.
Итак, получив значения PH и PC, найдем их отношение
в терминах эквивалентной шумовой температуры и КШ:
Y = ∙ ,
Y = ,
Y = = ,
Te (TС) = ,
F(TС ) = 1 + = + (1–TС / T0),
F(TС=T0) = .
Используя приведенное выражение для F(TС ), на этапе калибровки определяется КШ приемника FREC.
Далее рассмотрим алгоритм определения коэффициента усиления. Основой данного алгоритма является анализ разности мощностей:
= {[F – 1]∙T0 + TH}∙GREC∙MH – {[F – 1]∙T0 + TC }∙GREC∙MC,
где для сокращения записи обозначено:
MH = , MC = .
Поскольку шумовая полоса B неизвестна, то следует выразить произведение BGrec:
BGrec = .
При MH = MC = 1, то есть без учета эффекта рассогласования, выражение существенно упрощается:
BGREC = .
Выходными данными первого этапа являются FREC и BGREC.
Второй этап измерений
Второй этап – измерение коэффициента шума каскадного соединения исследуемого устройства и приемника. Схема измерений приведена на рис. 12, графическое представление – на рис. 13.
Для подключения устройств могут потребоваться переходы или кабели СВЧ. Программа NF позволяет учитывать их S-параметры, корректируя коэффициент шума и коэффициент усиления исследуемого устройства.
На этом этапе также измеряются мощности PH и PC и выполняется расчет:
Y = ∙ ,
ΓREC →ΓIN = S11 + ,
где Sij – S-параметры исследуемого устройства.
FSYS и BGSYS определяются по аналогичным для FREC и BGrec формулам.
Далее выполняется расчет коэффициента усиления устройства GDUT и его коэффициент шума FDUT:
GDUT = ,
FDUT = FSYS – .
Стоит обратить внимание, что GDUT корректно вычисляется, если шумовая полоса B при калибровке и измерении не меняется. Если исследуемое устройство ограничивает полосу, то это может привести к значительному ухудшению качества оценки GDUT и увеличению погрешности при компенсации второго каскада. Коэффициент шума FDUT (FSYS или FREC), как отмечалось ранее, не зависит от шумовой полосы B.
Полоса при измерении мощности шума приблизительно равна 2BMain. Это может привести к двум ограничениям: ухудшению качества оценки GDUT и снижению качества компенсации эффекта рассогласования (рис. 14, 15).
Расчет мощности с учетом эффекта рассогласования выполняется на частоте основного канала приема. При наличии зеркального канала, мы вынуждены ввести два допущения:
мощности в основном и зеркальном каналах одинаковые и распределены строго пополам;
отстройка по частоте на 2∙IF не вызывает дополнительных пульсаций мощности, превышающих погрешность измерений коэффициента шума.
Программа NF позволяет вычислять GDUT на основе предварительных измерений S-параметров и использовать при коррекции. В этом случае исключается влияние полосы B.
Рассмотрим ограничение метода, связанное с коэффициентом усиления GDUT. В формуле Фрииса для каскадного соединения, указан номинальный коэффициент усиления GA, то есть:
FDUT = FSYS – ,
GA = ,
ΓOUT = S22 + .
Математический аппарат метода Y-фактора устроен так, что он работает только в предположении неизменности коэффициента шума приемника от импеданса
на его входе – будет ли это генератор шума или выход исследуемого устройства:
FREC (ΓH) ≅ FREC (ΓC) ≅ FREC (ΓOUT).
При отсутствии информации об изменении FREC, как функции импеданса, мы не можем скорректировать измеряемую мощность PH (FREC (Г)) или PС (FREC (Г)) так, чтобы отразить суть передачи максимальной (номинальной) мощности в нагрузку за счет вариации FREC. В этих условиях единственно верным решением остается использование вносимого коэффициента усиления GINS. Так устроен метод.
При использовании ГШ для вычисления вносимого коэффициента усиления, следует использовать формулу:
GINS = GDUT = .
При использовании измеренных S-параметров с помощью анализатора можно выполнить расчет:
GINS = .
Дальнейшие попытки улучшения точности Y-фактора приводят к тому, что нужно знать шумовые параметры приемника.
Перечислим ограничения метода Y-фактора:
- измерение КШ в Z0 тракте; шумовые параметры не определяются;
- не учитывается изменение FREC при изменении входного импеданса, хотя ГH ≅ ГC отличается от ГOUT: FREC (ΓH) ≅ FREC (ΓC ) ≅ FREC (ΓOUT);
- при калибровке и измерении ГH ≅ ГC, F(ГH ) ≅ F(ГC );
- использование GINS вместо GA при расчете КШ каскадного соединения;
- нельзя точно сделать гамма-коррекцию, поскольку мы не знаем распределение мощности по каналам приема.
Измерение коэффициента шума с помощью программы NF
Управление анализатором, сбор данных и отображение результатов измерений осуществляются программой NF. Программа распространяется на условиях лицензионного соглашения. Файл лицензии создается и предоставляется предприятием-изготовителем в момент приобретения.
Процесс измерений довольно простой. После установки программы, необходимо выбрать генератор шума, ввести температуру окружающей среды или измерить ее с помощью штатного датчика, определить параметры приемника, следуя рекомендациям мастера калибровки (рис. 16), и перейти к измерениям. Программа автоматически определяет МШУ и устанавливает соединение. Введенные параметры генератора шума сохраняются в отдельной библиотеке.
Программа NF отображает результаты измерений в виде графиков, которые обладают функциональностью масштабирования (рис. 17). Для их анализа предусмотрены маркеры. Полученные результаты могут быть сохранены в файл.
Заключение
На следующем этапе работ, проводимых в ООО «ПЛАНАР», предполагается внедрение метода холодного источника с применением тюнера импеданса. В планах – реализация режима измерений шумовых параметров.
Авторы глубоко признательны д.т.н. А.А. Савину, который стал неотъемлемой частью коллектива разработчиков предлагаемого решения, за его бесценный вклад в данную научно-инженерную работу.
ЛИТЕРАТУРА
Friis H.T. Noise Figures of Radio Receivers // Proceedings of the IRE, July, 1944.
IRE (IEEE) standards on methods of measuring noise in linear twoports, 1959.
Алмазов-Долженко К.И. Коэффициент шума и его измерение на СВЧ. М.: Научный мир, 2000.
Белоусов А.П., Каменецкий Ю.А. Коэффициент шума. М.: Радио и связь, 1981.
Отзывы читателей
