测量 110 GHz 以上频率范围的噪声系数

配备 R&S®FSx-K30 选件的罗德与施瓦茨信号与频谱分析仪是该解决方案的基石,能够使用 Y 因子法准确测量毫米波频率范围内的噪声系数。

您的任务

随着近来半导体技术的增强,110 GHz以上的微波频率范围越来越具有吸引力,尤其是对毫米波雷达和成像应用而言。但是,频率范围越高,接收机的信噪比通常越差。因此,在开发毫米波应用时,为了提高灵敏度,必须测量低噪声放大器 (LNA) 或整个接收路径的噪声系数。

LNA 的噪声系数和增益定义整体可实现的信噪比。不管是为了正确设计系统并提高雷达和微波成像应用的分辨率,还是提高通信应用的数据吞吐量,都必须测量上述两项参数。

测试与测量解决方案

罗德与施瓦茨信号与频谱分析仪(比如 R&S®FSW)配备 R&S®FSx-K30 噪声系数测量选件,能够准确测量和分析高达毫米波范围的噪声系数与增益。R&S®FS‑Z170 等外部谐波混频器可将分析仪的频率范围扩展到 170 GHz

在测量噪声系数和增益时,通常使用 Y 因子法。此方法使用一个噪声源,比如频率范围介于 110 GHz170 GHz的 ELVA 噪声二极管(ISSN-06 型号),以便向被测设备提供超噪比 (ENR)。为提高分析仪的灵敏度并获得可重复的可靠结果,建议在混频器前额外使用低噪声前置放大器,比如 RPG D-LNA 110-170(RPG 系罗德与施瓦茨的子公司)。

测量 110 GHz 以上频率范围的噪声系数
在 140 GHz 中心频率下,相比于不使用前置放大器(黄色)可得到的 Y 因子,使用前置放大器(绿色)可使 Y 因子增加 10 倍以上。
打开灯箱

R&S®FSx-K30 可完全控制测试装置。它在测量扫描过程中打开和关闭噪声源的 ENR,并以各种图形和表格的形式显示计算的噪声系数和增益结果。噪声二极管打开/关闭时噪声基底之间的差异即为 Y 因子。不使用前置放大器时, 140 GHz频率下 Y 因子大约仅为 0.5 dB。使用前置放大器可使 Y 因子增加 10 倍以上,大约为 7 dB,从而显著影响测量精度。

在毫米波频率下具有卓越性能

即便在毫米波频率下,R&S®FSW 信号与频谱分析仪也具有卓越性能。使用前置放大器可大幅增加 Y 因子,足以补偿分析仪在噪声系数和增益方面的微小统计误差(仅为 0.1 dB)。分析仪甚至能够在超过 110 GHz 的频率下获得可重复的测量结果。

测试装置的电压驻波比 (VSWR) 会将附加系统误差引入测试结果,必须加以校准。R&S®FSx-K30 选件已经添加了用于噪声系数和增益测量的不确定度计算器。所用组件的 VSWR、ENR 不确定度和增益典型值均可输入计算器。如此,可计算出所述装置的系统误差大约为 0.5 dB。为降低系统误差,可能还需要使用附加衰减器或滤波器。

总结

配备 R&S®FSx-K30 选件的罗德与施瓦茨信号与频谱分析仪是该解决方案的基石,能够使用 Y 因子法准确测量毫米波频率范围内的噪声系数和增益。集成式不确定度计算器是强大工具,可考量 VSWR、ENR 不确定度以及附加衰减器和滤波器等各项装置参数以计算误差。

0 dB增益和 0 dB噪声系数的条件下以直通连接代替被测设备,证明在经过第二级校正以消除分析仪的影响之后,R&S®FSW 的噪声系数和增益的统计误差仅为 0.1 dB。

用于噪声系数测量(基于 Y 因子法)的典型装置:此测试装置包括配备 R&S®FSx-K30 选件的 R&S®FSW、外部谐波混频器、低噪声前置放大器和噪声源,能够在 110 GHz 以上的频率范围准确测量噪声系数和增益(包括计算误差)。