Динамические измерения коэффициента шума

Анализатор фазового шума R&S®FSWP — это высококлассный прибор для точного анализа характеристик шума основных компонентов РЛС и систем связи. С помощью измерений фазового шума можно определить коэффициент шума устройства при интенсивных сигналах в реальных условиях эксплуатации.

Измерительная задача

Измерение коэффициента шума используется, чтобы определить характеристики, например, усилителей, преобразователей частоты и других устройств в тракте сигнала. Коэффициент шума (измеренный или указанный для устройства) — это основной параметр, используемый разработчиками систем при расчетах энергетического потенциала линии связи для систем передачи в восходящем и нисходящем канале.

Традиционно коэффициент шума измеряется с использованием стандартного метода Y-фактора (подробные сведения приведены в рекомендациях по применению 1MA178: The Y Factor Technique for Noise Figure Measurements (Метод Y-фактора для измерений коэффициента шума)). Традиционно это измерение выполняется с использованием анализатора спектра и источника шума. При этом измеряется вносимый шум, формируемый устройством во время имитации с использованием широкополосного откалиброванного источника шума.

Уровни мощности во время этого измерения описываются как слабый сигнал. Поэтому измеренный коэффициент шума не относится непосредственно к условиям эксплуатации. Эти условия в значительной степени зависят от входной мощности устройства.

Усилители, применяемые в передатчиках, обычно не используются в состоянии слабого сигнала. Коэффициент шума при слабом сигнале намного важнее для приемников. Типовые условия эксплуатации усилителя, используемого в передатчике базовой станции мобильной связи или даже в РЛС, обычно соответствуют очень узкому рабочему диапазону для достижения максимальной линейности и КПД. Часто этот диапазон располагается рядом с точкой компрессии 1 дБ устройства.

Метод Y-фактора может формировать коэффициенты шума, которые не соответствуют устройству в реальных условиях эксплуатации.

Контрольно-измерительное решение

Фазовый шум устройства очень тесно связан с его коэффициентом шума. Говоря упрощенно, шум усилителя включает фликкерный шум 1/f и широкополосный шум за пределами точки излома для фликкер-шума. Поскольку коэффициент шума в основном является показателем широкополосного шума, генерируемого устройством, целесообразно использовать измерение широкополосного фазового шума для расчета коэффициента шума устройства. Анализатор источников сигналов R&S®FSWP позволяет изменять уровни возбуждения ИУ, чтобы четко определять вносимый/остаточный фазовый шум и коэффициент шума устройства в изменяющихся условиях эксплуатации.

Коэффициент шума можно рассчитать по результатам измерения фазового шума по следующей формуле:

NF = L(f) – Nth + Pin

где

L(f) = фазовый шум, измеренный при определенном смещении в дБмВт/Гц

Nth = тепловой фазовый шум (–177 дБмВт (1 Гц))

Pin = уровень откалиброванного сигнала, подаваемого на ИУ

Пример

Усилитель, коэффициент шума при слабом сигнале которого измерен с использованием метода Y-фактора при 1,9 дБ при 1900 МГц. Используйте метод фазового шума, чтобы рассчитать коэффициент шума усилителя при изменяющемся уровне на входе.

Уровень возбуждения ИУ в дБмВтФазовый шум в дБмВт (1 Гц)Коэффициент шума, дБ
–30 –145,45 1,55
–20 –155,14 1,86
–10 –163,36 3,64
0 –165,31 11,69
10 –157,45 29,55

Заключение

Четко видно, что в случае ИУ, работающего близко к точке компрессии 1 дБ или за ней (уровень возбуждения 0 дБмВт), вносимый фазовый шум и рассчитанный для него коэффициент шума значительно ухудшаются. Данный пример показывает, что в реальных условиях эксплуатации коэффициент шума при интенсивных сигналах, полученный на основании результатов измерений фазового шума, обеспечивает более надежный способ расчета энергетического потенциала линии связи системы передачи.

Вносимый фазовый шум устройства с изменяющимся уровнем возбуждения
Вносимый фазовый шум устройства с изменяющимся уровнем возбуждения

Связанные решения