Four-state measurement method for direct-reading noise figure measurement of low-gain two-ports

• Autorzy: Adamski W.

Warianty tytułu

PL

Czterostopniowa metoda bezpośredniego pomiaru współczynnika szumu dwuwrotników o małym wzmocnieniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Noise figure F_m displayed by an automatic noise figure indicator should be equal to the true noise figure F_x value of the two-port under test, regardless of its available power gain G_AX and noise figure of the measurement receiver F_r. Technical problems related to the F_x direct readings and well-known methods for such measurements have been briefly recalled. A new method that allows the elimination of the influence of both noise figure F_r and gain G_AX values on the noise figure reading F_m is presented. Formulas have been given which allow the estimation of the technical requirements for additional components of the measurement system or to evaluate the method measurement error. Theoretical considerations have been supported by an example of noise figure measurements of the microwave amplifier.

PL

Współczynnik szumu F_m pokazywany przez wskaźnik zestawu automatycznego miernika współczynnika szumu powinien być równy wartości prawdziwej współczynnika szumu F_x dwuwrotnika badanego, niezależnie od jego wzmocnienia mocy dysponowanej G_AX i współczynnika szumu odbiornika pomiarowego F_r. We wstępie omówiono krótko problemy techniczne związane z realizacją pomiaru zapewniającego bezpośredni odczyt wartości prawdziwej współczynnika szumu F_x dwuwrotników o niewielkim wzmocnieniu przy stosowaniu znanych metod pomiarowych. W miernikach wykorzystujących automatyczne wprowadzanie poprawek wskazań, wynikających z małego wzmocnienia, jest mierzone i wykorzystywane w obliczeniach tych poprawek wzmocnienie wtrąceniowe G_IX zamiast wymaganego w tym przypadku wzmocnienia mocy dysponowanej G_AX. W pracy przedstawiono nową metodę, która umożliwia eliminowanie wpływu zarówno wartości współczynnika szumu F_r jak i wartości wzmocnienia G_AX na wartość współczynnika szumu F_m pokazywanego na wskaźniku miernika. Jest to zmodyfikowana metoda trzystanowa, gdzie w procedurze pomiarowej wprowadzono czwarty stan układu pomiarowego oraz zastosowano nową postać równania służącego do wyznaczania wartości mierzonej współczynnika szumu F_m. Wartość ta jest obliczana (zależność 3) na postawie pomiarów czterech pojawiających się cyklicznie w układzie pomiarowym poziomów mocy szumu oraz znajomości, wprowadzonych podczas kalibracji układu do pamięci procesora, wartości współczynnika szumu F_rk odbiornika pomiarowego układu i względnego przyrostu szumu Y(psi)_h zastosowanego w układzie generatora szumu. Cztery stany układu pomiarowego są ustalane na podstawie sterowania stanami (włączenie, wyłączenie) generatora szumu oraz dwóch regulatorów poziomu sygnału w torze pomiarowym, realizowanym najkorzystniej w postaci dwustanowych (przenoszenie, tłumienie) przełączników. Omówiono możliwości realizacji poszczególnych bloków układu pomiarowego oraz szczegóły zasady pracy i budowy diodowego przełącznika typu SPDT zapewniającego stałość w obu jego stanach pracy poziomu generowanego w nim sygnału szumowego, co jest pożądane ze wzgledu na minimalizację błędu analizowanej metody pomiaru współczynnika szumu. Wprowadzono wyrażenie (zależność 7), które służy do oszacowania wymagań technicznych dla dodatkowych podzespołów układu pomiarowego oraz do oceny błędu metody pomiaru. Łatwo jest zrealizawać przełączniki diodowe, w których zachowany jest stały poziom generowanego w nich sygnału szumowego a przyrost tłumienia (Aα i Bβ) przy przejściu od stanu przenoszenia do stanu izolacji jest wystarczająco duży oraz wykonać wzmacniacz p.cz. zapewniający wystarczająco duże wzmocnienie G_Arp stopnia wejściowego odbiornika pomiarowego układu w celu zapewnienia w równaniu (7) wartości wyrażenia w nawiasach kwadratowych pierwszego składnika praktycznie równej jedności oraz zaniedbania jako wielkości bardzo małych składników drugiego, trzeciegio i czwartego. Rozważania teoretyczne zostały wsparte przykładowymi pomiarami współczynnika szumu wzmacniacza mikrofalowego. Wykonano je w zrealizowanym zestawie automatycznego miernika współczynnika szumu, opisanego w pracy [12], w którym zaimplementowano oprogramowanie zapewniające stosowanie różnych metod pomiaru wsółczynnika szumu. Uzyskano bardzo dobrą zgodność wyników pomiarów (tabela I) otrzymanych przy stosowaniu weryfikowanej metody czterostanowej z wynikami innych metod bezpośredniego pomiaru współczynnika szumu. Zastosowanie czterostanowej metody pomiaru posiada wszystkie zalety wykorzystywania w układach pomiarowych właściwości obliczania wyników pomiarów na podstawie ilorazu różnic mierzonych sygnałów. Nie wymagało to również rozbudowy układowej zestawu miernika, gdyż przełącznik M, znajdujący się w torze wzmacniacza p.cz. miernika, jest przewidziany dla stosowania trzystanowej metody pomiaru współczynnika szumu mieszaczy mikrofalowych.

Słowa kluczowe

EN

noise measurement; noise figure; automatic meters

PL

pomiary szumu; współczynnik szumu; mierniki automatyczne

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 50, z. 3
• Strony: 429--440
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Adamski W.

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electronics, Telecommunications & Informatics, Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, Poland,

Bibliografia

• 1 A. C. Davidson, B. W. Leake, E. Strid: Accuracy improvements in microwave noise parameters measurements. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1989. vol. 37, pp. 1973-1977.
• 2. J. W. Archer, R. A. Batchelor: Fully automated on-wafer noise characterization of GaAs MESFET's and HAMT's. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1992, vol. 40, pp. 209- 216.
• 3. R. Benelbar, B. Huyart, R. G. Bosisio: Microwave noise characterization of two-port devices using an uncalibrated tuner. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1996, vol. 44, pp. 1725-1728.
• 4. P. Beand, L. Roy. S. Labonte, M. Stubbs: An enhanced on-wafer millimeter-wave noise parameter measurement system. IEEE Trans. lnstrum. Meas. 1999. vol. 48, pp. 825-829.
• 5. A. Lazaro, L. Pradell, J. M. O’Callaghan: FET noise-parameter determination using a novel technique based on 50-Ω n noise-figure measurements. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1999. vol. 47, pp. 315-324.
• 6. S. Van den Bosch, L. Martens: Experimental verification of pattern selection for noise characterization. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2000, vol. 48, pp. 156-158.
• 7. G. Martines, M. Sannino: The determination of the noise, gain and scettering parameters of microwave transistors (HEMT's) using only an automatic noise figure test-set. IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1994, vol. 42, pp. 1105-1113.
• 8. A. Di Poala, M. Sannino: A novel noise figure and gain test set for microwave devices. IEEE Trans. Instrum. Meas. 1999, vol. 48, pp. 921-926.
• 9. H. L. Swain, R. M. Cox: Noise figure meter sets records for accuracy, repeatability, and convenience. Hewlett-Packard Jour. 1983, vol. 34, pp. 23-34.
• 10. Noise figure measurement accuracy. Hewlett-Packard application note 57-2, Nov. 1988.
• 11. W. Adamski: Methods for direct-reading noise measurements of low-gain two-ports. IEEE Trans. Instrum. Meas. 1994, vol. 43, pp. 411-414.
• 12. W. Adamski, J. Dąbrowski, A. Janeczko, W. Rydzkowski: The set-up for automatic noise figure measurement. 9th Microwave Conf. MIKON '91, Rydzyna (Poland), 1991, pp. 408-412.
• 13. Solid state SPDT microwave switch. Hewlett-Packard tentative date 15, Mar. 1968.
• 14. R. Tenenholtz: Broadband MIC multithrow PIN diode switches. Microwave Jour. 1973, vol. 16, pp. 25-30.