110GHz 이상의 noise figure 측정

목표

최근 반도체 기술이 발전함에 따라, 밀리미터파 레이더 및 이미징 어플리케이션에서 110 GHz를 초과하는 microwave 주파수 대역을 활용하기 적합해졌습니다. 하지만 일반적으로 높은 주파수 대역에서는 수신기의 신호 대 잡음비가 나빠집니다. 이 때문에 밀리미터파 어플리케이션의 개발에서는 수신 감도를 높이기 위해 LNA(Low Noise Amplifier) 또는 전체 수신 경로의 노이즈 지수를 측정하는 것이 중요합니다.

전반적인 신호 대 잡음비는 LNA의 Noise Figure와 Gain에 좌우됩니다. 따라서 시스템을 적절히 설계하고 레이더 및 microwave 이미징 어플리케이션의 분해능을 개선하거나 통신 어플리케이션의 데이터 처리량을 높이려면 두 파라미터를 모두 측정해야 합니다.

T&M 솔루션

보안 파형 복조기가 있는 로데슈바르즈신호 및 스펙트럼 분석기(R&S^®FSW등)에 R&S^®FSx-K30 Noise Figure Measurement 옵션을 탑재한 시스템은 밀리미터파 대역에서도 noise figure와 gain을 정확하게 측정 및 분석하는 데 적합합니다. 외부 하모닉 믹서(R&S^®FS‑Z170 등)는 분석기의 주파수 대역을 최대 170 GHz까지 확장합니다

noise figure와 gain은 일반적으로 Y‑factor 방식으로 측정합니다. 이 기법은 테스트 대상 기기에 ENR(Excessive Noise Ratio)을 제공하기 위해 ELVA의 노이즈 다이오드(모델 ISSN-06)와 같이 주파수 대역이 110 GHz~ 170 GHz인 노이즈 소스를 활용합니다. 분석기의 감도를 높이고 믿을 수 있는 결과를 얻기 위해서는 믹서 전면에 RPG D-LNA 110-170과 같은 low noise preamp를 추가로 사용하는 것이 좋습니다(RPG는 로데슈바르즈의 자회사입니다).

R&S^®FSx-K30은 테스트 셋업을 완벽하게 제어합니다. 이 기기는 측정 스윕 중 노이즈 소스의 ENR을 전환하며, 계산된 noise figure와 gain의 결과를 다양한 그래프와 테이블에 표시합니다. 노이즈 플로어와 On/Off 노이즈 다이오드 간 차이가 Y-factor입니다. 프리앰프가 없을 경우 140 GHz에서 측정 가능한 Y-factor는 약 0.5 dB에 불과합니다. 프리앰프를 적용할 경우 Y factor는 10배이상인 약 7 dB로 증가하여 측정 정확도에 중요한 영향을 미치게 됩니다.

밀리미터파 주파수에서 뛰어난 성능 제공

R&S^®FSW Signal and Spectrum Analyzer는 밀리미터파 주파수에서도 뛰어난 성능을 제공합니다. 프리앰프는 0.1 dB범위에서도 Y-factor를 높여 noise figure 및 gain에 대한 분석기의 작은 통계 오류를 충분히 보상합니다. 따라서 110 GHz 이상에서도 재현 가능한 측정 결과를 얻을 수 있습니다.

테스트 셋업의 VSWR은 테스트 결과에 계산이 필요한 시스템 오차를 더합니다. R&S^®FSx-K30 옵션에는 noise figure 및 gain의 측정 불확도 계산기가 포함되어 있습니다. VSWR, ENR 불확도, 사용한 구성 요소의 gain에 대한 일반적 값을 입력할 수 있습니다. 이 경우 설명에 나와 있는 셋업에서 약 0.5 dB의 계산된 시스템 오차가 발생합니다. 시스템 오차를 줄이기 위해 감쇠기 또는 필터를 추가해야 할 수 있습니다.

요약

보안 파형 복조기가 있는 로데슈바르즈신호 및 스펙트럼 분석기(R&S^®FSx-K30 옵션 장착)는 Y-factor 방식을 사용하여 밀리미터파 주파수 대역에서 noise figure와 gain을 정확하게 측정하는 솔루션의 기초를 구성합니다. 통합 불확도 계산기는 VSWR, ENR 불확도, 오차 계산을 위한 추가 감쇠기 및 필터와 같이 모든 셋업 파라미터를 고려하는 강력한 도구입니다.

DUT를 0 dBgain 및 0 dBnoise figure의 through 연결로 대체할 경우 0.1 dB의 작은 통계 오류를 검증할 수 있습니다. 즉, R&S^®FSW에서 2단계 보정 후 분석기의 영향을 차감하기 위해 noise figure 및 gain에 대한 작은 통계 오류를 검증합니다.

Y-factor 방식을 기준으로 노이즈 지수를 측정하기 위한 일반적 셋업: 테스트 셋업에 R&S®FSx-K30 옵션이 내장된 R&S®FSW는 외부 하모닉 믹서, 저 노이즈 증폭기, 노이즈 소스를 사용하여 110 GHz 이상에서 오류를 계산하고 노이즈 지수와 게인을 정확하게 측정할 수 있습니다.