Rauschzahlmessungen an Empfängern

Ihre Anforderung

Moderne Kommunikations- und Radarsysteme nutzen immer komplexere Modulationsverfahren. Auch nimmt die belegte Signalbandbreite zu. Beides sind übliche Methoden, um den Datendurchsatz zu maximieren oder in Radarapplikationen Ziele mit höherer Auflösung zu erfassen. Das Signal/Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise Ratio, SNR) stellt bei solchen Systemen mehr denn je eine Herausforderung dar. Zudem sind die für diese Anwendungen benötigten Trägerfrequenzen nur noch im höheren Bereich des verfügbaren Spektrums zu finden und führen somit zu höheren Ausbreitungsverlusten und niedrigeren Signalpegeln am Empfängereingang bei der Übertragung über eine gegebene Distanz.

Bei Empfängern kommen üblicherweise rauscharme Verstärker (Low-Noise Amplifiers, LNA) zum Einsatz, um Verluste zu kompensieren und den Signalpegel für die weitere Verarbeitung zu erhöhen. Da sie aktive Komponenten sind, fügen sie dem Signal stets einen gewissen Rauschanteil hinzu. Es liegt auf der Hand, dass der Rauschanteil aller Komponenten im Empfänger so gering wie möglich gehalten werden muss. Die Rauschzahl beschreibt den Rauschanteil, der durch eine Komponente hinzugefügt wird. Sie ist eine Schlüsseleigenschaft von LNAs sowie von Mischern und Abwärtsumsetzern. Für die Entwicklung hochempfindlicher Empfänger ist es wichtig, den Einfluss jeder einzelnen Komponente zu verstehen.

Lösung von Rohde & Schwarz

Die Rauschzahl lässt sich mit diversen Verfahren und Messgeräten bestimmen. Aber warum nicht einfach das nutzen, was Sie schon auf dem Arbeitstisch haben?

Die Charakterisierung von rauscharmen Verstärkern, Umsetzern oder Sende-/Empfangsmodulen (Transmit/Receive Modules, TRM) ist eine klassische Anwendung für einen Vektornetzwerkanalysator, der S‑Parameter misst und daraus Kenngrößen wie Frequenzgang oder Verstärkungskompression ableitet. Ein Vektornetzwerkanalysator (VNA) senkt nicht nur die Testkosten, sondern ermöglicht auch eine vollständige Charakterisierung des Messobjekts mit nur einem einmaligen Anschluss beziehungsweise einer einzigen Kontaktierung – sehr wichtig bei Wafertests.

Der R&S®ZNA High-End-Vektornetzwerkanalysator stellt eine vollständig integrierte Rauschzahl-Testlösung zur Verfügung, wobei der Anwender durch Kalibrierung und Messungen geführt wird. Anstatt der Verwendung einer Rauschquelle kann der R&S®ZNA die absolute Rauschleistung direkt messen, basierend auf einer hochgenauen Kalibrierung des absoluten Leistungspegels. Dadurch bleibt der Messaufbau übersichtlich und die erforderliche Hardware wird minimiert. Und obendrein lassen sich sämtliche Messungen mit einem einmaligen Anschließen bzw. einer einzigen Kontaktierung des Messobjekts durchführen.

Die Kalibrierung erfolgt unterstützt, während die Rauschzahlen der internen Messempfänger des VNA werksseitig kalibriert und im VNA abgespeichert sind.

Rauschzahlmessungen sind fehleranfällig und unterliegen großen Messunsicherheiten. Der R&S®ZNA bietet Empfehlungen für die besten Mess- und Kalibriereinstellungen, um jederzeit optimale Ergebnisse zu erzielen. Diese Empfehlungen betreffen nicht nur die Einstellungen für Messung und Kalibrierung, sondern auch die Messtorkonfiguration, um die größtmögliche Empfindlichkeit und präzise Rauschzahlmessungen sicherzustellen.

Wird der R&S®ZNA beispielsweise mit der Option "Direct Source Monitor Access" ausgestattet, so wird das Referenzsignal vor der Eichleitung der internen Quelle abgegriffen, d.h. Sie erhalten direkten Zugriff auf das Referenzsignal, ohne Beeinflussung durch die Quelleneichleitung. Dadurch erzielen Sie ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis und somit exaktere und schnellere Testergebnisse. Ähnliche „Tricks“ existieren auf Empfängerseite: Nutzt man den Koppler im Umkehrbetrieb (Reversed Mode), so profitiert man von einer um 10 dB höheren Empfindlichkeit, während die Rauschzahl des internen Messempfängers reduziert wird.

Nicht zuletzt kann der R&S®ZNA mit einem internen Vorverstärker ausgestattet werden, so dass die Verstärkung an Messtor 2 auf einen Wert zwischen 20 dB und 30 dB eingestellt werden kann. Damit lässt sich die Empfindlichkeit bei der Messung sehr niedriger Rauschzahlen erheblich steigern.

Die hier gezeigte interaktive All-In-One-Testkonfiguration für die Rauschzahlmessung bezeichnen wir als Quickset-Dialog. Er bietet sämtliche Rauschzahlparameter und mögliche Gerätekonfigurationen in einer einzigen Ansicht. So können Sie mit dem R&S®ZNA Vektornetzwerkanalysator mühelos die optimale Messkonfiguration ermitteln, um hochpräzise und zuverlässige Rauschzahlergebnisse erzielen.

Siehe auch: Rauschzahlmessungen mit kalter Rauschquelle