ダイナミック雑音指数測定

R&S®FSWP 位相雑音アナライザは、レーダーシステムや通信システムの主要コンポーネントの雑音特性を正確に解析するように設計されたハイエンドの測定器です。位相雑音測定により、デバイスの大信号雑音指数を実環境の動作条件で導出できます。

課題

雑音指数の測定は一般的に、増幅器、周波数コンバーターなどの信号経路にあるデバイスの性能の評価に使用されます。雑音指数(デバイスの測定値/仕様値)は、システムのデザイナーが、アップリンク/ダウンリンク伝送システムのリンクバジェットの計算の一部として使用する重要なパラメータです。

従来の雑音指数法では、一般的なYファクタ法が使用されます(詳細については、アプリケーションノート1MA178:『The Y Factor Technique for Noise Figure Measurements』を参照してください)。この測定は、従来、スペクトラム・アナライザとノイズソースを使用して行います。校正済みの広帯域ノイズソースを使用して、デバイスに起因する相加性雑音を測定します。

この測定中に生じるパワーレベルは、小信号と呼ばれます。このため、動作条件と直接関係のない雑音指数が測定されます。これらのデバイス条件は、デバイスの入力パワーに大きく依存します。

トランスミッターに使用されているアンプは通常、小信号状態では使用されません。小信号雑音指数は、レシーバーでははるかに重要です。移動基地局やレーダーのトランスミッターに使用されているアンプの代表的な動作条件は、リニアリティーと効率を最大限に高めるために、極めて特殊な動作範囲でドライブされる傾向があります。多くの場合、この範囲は、デバイスの約1 dB圧縮ポイント付近になります。

Yファクタ法で得られる雑音指数は、実環境の動作条件のデバイスの代表値ではない可能性があります。

電子計測ソリューション

デバイスの位相雑音は、デバイスの雑音指数と非常に密接な関係にあります。アンプに対する雑音寄与は、大雑把には1/fフリッカーノイズによるものとされますが、広帯域ノイズもフリッカーのニーを超えて作用します。雑音指数が基本的にはデバイスに起因する広帯域ノイズの指標だとすると、デバイスの雑音指数の計算に広帯域位相雑音測定を使用するのは当然です。R&S®FSWP シグナル・ソース・アナライザを使用すれば、DUTに対するドライブレベルを変更して、さまざまな動作条件におけるデバイスの相加性/残留位相雑音/雑音指数性能を明確に理解することができます。

雑音指数は、以下の式を使用して、位相雑音の結果から計算することができます。

NF = L(f) – Nth + Pin

ここで、

L(f) = 指定されたオフセットで測定された位相雑音(dBm/Hz)

Nth = 熱位相雑音(–177 dBm(1 Hz))

Pin = DUTに印加される校正済み信号レベル

小信号雑音指数が1900 MHz1.9 dBのYファクタ法を用いて測定されたアンプ。位相法を使用して、さまざまな入力レベルでアンプの雑音指数を計算します。

DUTドライブレベル(dBm)位相雑音(dBm単位、1 Hz)雑音指数(dB)
–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

まとめ

DUTが1 dB圧縮(0 dBmドライブレベル)近くまでまたはそれを超えてドライブされるにつれて、同じ結果から計算された相加性位相雑音および雑音指数が大幅に悪化することがわかります。この例からは、実環境の動作条件では、位相雑音測定から導出された大信号遺贈雑音が伝送システムのリンクバジェットを計算するためのより信頼性の高い方法であることがわかります。

さまざまなドライブレベルのデバイスの相加性位相雑音
さまざまなドライブレベルのデバイスの相加性位相雑音

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