Analizator szumu fazowego R&S FSWP jest wysokiej klasy przyrządem zaprojektowanym do dokładnej analizy parametrów szumowych najważniejszych komponentów w systemach radarowych i telekomunikacyjnych. Na podstawie pomiaru szumu fazowego umożliwia on wyznaczenie wielkosygnałowego współczynnika szumów w warunkach rzeczywistej pracy systemu.

Zadanie

Pomiar współczynnika szumów jest częstą metodą charakteryzacji takich układów, jak wzmacniacze, konwertery częstotliwości i inne elementy toru sygnałowego. Współczynnik szumów (mierzony dla konkretnego urządzenia) jest podstawowym parametrem, który projektanci wykorzystują podczas obliczania budżetu łącza systemów nadawczych i odbiorczych.

Tradycyjne metody wyznaczania współczynnika szumów wykorzystują popularną metodę współczynnika Y (Y factor) opisaną w nocie aplikacyjnej 1MA178. Pomiar ten jest zazwyczaj zrealizowany przy pomocy analizatora widma i źródła szumów. Mierzy jest wzrost poziomu szumów generowanych przez urządzenie pobudzone przez szerokopasmowe, skalibrowane źródło szumów.

Poziomy mocy występujące podczas tego pomiaru można określić jako „mały sygnał”. Oznacza to, że otrzymana wartość współczynnika szumów nie przekłada się bezpośrednio na rzeczywiste warunki pracy. Zależą one w dużym stopniu od mocy na wejściu urządzenia.

Wzmacniacze wykorzystywane w nadajnikach zazwyczaj nie pracują w zakresie małosygnałowym. Natomiast małosygnałowy współczynnik szumów jest znacznie bardziej istotny w przypadku odbiorników.

Typowe warunki pracy wzmacniacza nadajnika stacji bazowej lub radaru mieszczą się w ściśle określonym zakresie, który zapewnia maksymalną sprawność oraz liniowość. Często ten zakres znajduje się w pobliżu punktu kompresji 1 dB urządzenia.

Metoda współczynnika Y może dawać wyniki, które nie odpowiadają rzeczywistym warunkom pracy urządzenia.

Rozwiązanie pomiarowo-testowe

Szum fazowy urządzenia jest ściśle związany z jego współczynnikiem szumów. Składowe szumu wzmacniacza można ogólnie podzielić na szum 1/f oraz szum szerokopasmowy widoczny w postaci zagięcia charakterystyki. Ponieważ współczynnik szumów w praktyce odpowiada szerokopasmowemu szumowi generowanemu przez urządzenie, rozsądne jest wyznaczenie współczynnika szumu na podstawie pomiaru szumu fazowego tego urządzenia w szerokim paśmie. Analizator źródła sygnału R&S FSWP pozwala na zmianę poziomu wysterowania badanego urządzenia, aby dokładnie zbadać addytywny i szczątkowy szum fazowy oraz współczynnik szumów urządzenia w zmiennych warunkach pracy.

Współczynnik szumów można wyznaczyć na podstawie fazowego z poniższego wzoru:

NF = L(f ) – N_T + P_i

Gdzie:

L(f ) to szum fazowy zmierzony dla określonej częstotliwości, wyrażony w dBm/Hz

N_T    to termiczny szum fazowy (-177 dBm na częstotliwości 1 Hz)

P_i      to moc skalibrowanego sygnału wprowadzonego do badanego urządzenia

Przykład

Małosygnałowy współczynnik szumów wzmacniacza został zmierzony metodą współczynnika Y i wynosi 1,8 dB na częstotliwości 1900 MHz. Za pomocą metody szumu fazowego można obliczyć współczynnik szumów wzmacniacza dla różnych poziomów sygnału wejściowego.

Fot. 1. Addytywny szum fazowy zmieniający się wraz z poziomem wysterowania urządzenia

Podsumowanie

Wyraźnie można zauważyć, że gdy badane urządzenie jest wysterowane w pobliżu i ponad punktem kompresji 1 dB (wypadającym dla sygnału wejściowego 1 dB), addytywny szum fazowy i wyznaczony współczynnik szumów ulegają znacznemu pogorszeniu. Ten przykład pokazuje, że w rzeczywistych warunkach pracy wielkosygnałowy współczynnik szumów wyznaczony na podstawie pomiaru szumu fazowego jest bardziej pewną metodą obliczania budżetu łącza systemu telekomunikacyjnego.