Medidas de factor de ruido por encima de 110 GHz

Los analizadores de señal y espectro de Rohde&Schwarz equipados con la opción R&S®FSx-K30 conforman la base de una solución que permite medir con precisión el factor de ruido en el rango de frecuencias de las ondas milimétricas utilizando el método del factor Y.

Su misión

Con los últimos avances en la tecnología de semiconductores, el rango de frecuencias de microondas más allá de los 110 GHz resulta cada vez más interesante, especialmente para las aplicaciones de radar y de creación de imágenes de ondas milimétricas. Sin embargo, la relación señal/ruido de un receptor suele empeorar en los rangos de frecuencias más altas. Al desarrollar aplicaciones de ondas milimétricas, por lo tanto, es esencial medir el factor de ruido de los amplificadores de bajo nivel de ruido (LNA) o del camino completo de recepción para incrementar la sensibilidad.

El factor de ruido de un LNA y su ganancia determinan la relación señal/ruido que puede alcanzarse en general. La medida de ambos parámetros es imprescindible para lograr un diseño del sistema eficiente y mejorar la resolución de las aplicaciones de radar y de creación de imágenes de microondas, o para incrementar el rendimiento de datos en aplicaciones de comunicación.

Solución de test y medida

Un analizador de señal y espectro de Rohde&Schwarz como el R&S®FSW, equipado con la opción de medida de factor de ruido R&S®FSx-K30, resulta perfecto para medir con exactitud y analizar el factor de ruido y la ganancia incluso en el rango de las ondas milimétricas. Un mezclador de armónicos externo, como p. ej. el R&S®FS‑Z170, amplía el rango de frecuencias del analizador hasta los 170 GHz

El factor de ruido y la ganancia se miden generalmente con el método de factor Y. Esta técnica utiliza una fuente de ruido, por ejemplo el diodo de ruido (modelo ISSN-06) ELVA con un rango de frecuencias desde 110 GHz hasta 170 GHz, para aplicar una relación de ruido excesiva (ENR) al dispositivo bajo prueba. Con el fin de aumentar la sensibilidad del analizador y alcanzar unos resultados reproducibles y fiables se recomienda utilizar un preamplificador adicional de bajo ruido como el RPG D-LNA 110-170 delante del mezclador (RPG es una compañía del grupo Rohde&Schwarz).

Medidas de factor de ruido por encima de 110 GHz
Un preamplificador (en verde) permite alcanzar un factor Y 10 veces mejor en comparación con el factor Y que puede lograrse sin preamplificador (en amarillo) con una frecuencia central de 140 GHz.
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El R&S®FSx-K30 controla íntegramente la configuración de prueba. Se encarga de activar y desactivar la ENR de la fuente de ruido durante el barrido y visualiza el factor de ruido y la ganancia calculados en diferentes gráficos y tablas. La diferencia entre los ruidos de fondo con el diodo de ruido activado o desactivado es el factor Y. Si no se utiliza un preamplificador, el factor Y que se puede alcanzar con 140 GHz es de solamente unos 0,5 dB. Con el preamplificador, el factor Y es hasta 10 veces mayor o más, alcanzando unos 7 dB, lo que influye de forma decisiva en la exactitud de medida.

Excelente rendimiento con frecuencias de ondas milimétricas

El analizador de señal y espectro R&S®FSW ofrece un rendimiento extraordinario incluso con frecuencias de ondas milimétricas. Un preamplificador aumenta el factor Y lo suficiente como para compensar el pequeño error estadístico del analizador para el factor de ruido y la ganancia en el rango de solo 0,1 dB. De este modo se obtienen resultados reproducibles incluso por encima de los 110 GHz.

La ROE de la configuración de prueba añade un error sistemático adicional a los resultados, el cual debe calcularse. La opción R&S®FSx-K30 incluye ya una calculadora de incertidumbre para medidas de factor de ruido y de ganancia. Los valores típicos de ROE, incertidumbre de ENR y ganancia de los componentes utilizados se pueden especificar. De todo ello se obtiene como resultado un error sistemático calculado de alrededor de 0,5 dB para la configuración descrita. Pueden ser necesarios atenuadores o filtros adicionales para reducir el error sistemático.

Resumen

Un analizador de señal y espectro de Rohde&Schwarz equipado con la opción R&S®FSx-K30 conforma la base de una solución que permite medir con precisión el factor de ruido y la ganancia en el rango de las ondas milimétricas utilizando el método de factor Y. La calculadora integrada de incertidumbre es una eficaz herramienta que considera todos los parámetros de configuración como ROE, incertidumbre de ENR y atenuadores y filtros adicionales para cálculos de error.

Sustituyendo el dispositivo bajo prueba por una conexión transversal con 0 dB de ganancia y 0 dB de factor de ruido se constata el pequeño error estadístico de 0,1 dB del R&S®FSW para el factor de ruido y la ganancia – después de la corrección en el segundo paso para restar la influencia del analizador.

Configuración típica para medidas del factor de ruido basadas en el método de factor Y: El R&S®FSW, equipado con la opción R&S®FSx-K30 en una configuración de pruebas con un mezclador de armónicos externo, un preamplificador de bajo ruido y una fuente de ruido, permite realizar mediciones precisas del factor y la ganancia de ruido, incluidos cálculos de error por encima de 110 GHz.