Y를 이용한 노이즈 지수 측정

Oct 16, 2023

최신 자동화 노이즈 피겨(NF) 장비를 사용하면 노이즈 피겨 측정을 매우 쉽게 수행할 수 있습니다. 그러나 지식이 풍부한 운영자가 필요하지 않은 것은 아닙니다. 측정에 영향을 미치는 오류 원인을 확실하게 이해하지 못한다면 해당 측정을 자동화해도 결과가 개선되지 않습니다. Thomas H. Lee 박사가 Planar Microwave Engineering에서 언급한 바와 같이, "자동화 장비는 단위 시간당 더 많은 잘못된 답을 생성할 수 있을 뿐입니다."

그림 1은 NF 측정을 위한 Y 인자 방법의 단순화된 블록 다이어그램을 보여줍니다.

Y 인자 방법은 Th(고온) 및 Tc(저온)의 등가 온도가 알려진 두 가지 서로 다른 잡음 수준을 테스트 중인 장치(DUT)의 입력에 적용하고 해당 출력 잡음 전력 Nh 및 Nc를 측정합니다. Y 인자는 Nh와 Nc의 비율로 정의됩니다.

$$Y = \frac{N_h}{N_c}$$

DUT의 잡음 온도 Te는 다음 방정식을 사용하여 구합니다.

$$T_e = \frac{T_h - YT_c}{Y-1}$$

여기서 핵심 개념은 Y-요인 방법에는 절대값이 아닌 Nh와 Nc의 비율이 필요하다는 것입니다. 이는 교정된 전력계에 의존하지 않고도 측정 장비를 구축할 수 있음을 의미합니다. NF 계측기는 교정된 전력계를 사용하는 대신 일반적으로 정밀 가변 감쇠기를 사용합니다(그림 1).

기본 조작은 다음과 같습니다.

노이즈 피겨 분석기 작동에 대한 이러한 기본적인 이해는 때때로 정확한 측정을 위한 팁과 요령을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

노이즈 지수를 측정하려면 출력 노이즈 레벨이 교정된 노이즈 소스가 필요합니다(그림 2의 예). 소음원의 소음 수준은 과도한 소음 비율(ENR)로 특징지어집니다. NF 장비는 노이즈 소스의 ENR 값을 사용하여 DUT 노이즈 지수를 계산합니다.

제조업체가 제공하는 잡음 소스 ENR의 불확실성은 측정 불확실성의 원인 중 하나입니다. ENR 불확도는 일반적으로 0.1~0.2dB 범위에 있습니다. 이 불확실성은 종종 거의 dB 대 dB인 NF 측정 불확실성에 영향을 미칩니다. 예를 들어 ENR 측정 불확도가 0.3dB이면 잡음 지수 측정 불확도도 0.3dB입니다.

ENR 측정은 잡음원의 작동 주파수 범위에 걸쳐 다양한 개별 주파수(예: 10개 또는 20개 주파수 지점)에서 수행됩니다. 그러나 잘 설계된 소음원의 ENR은 주파수에 따라 점진적으로만 변하기 때문에 측정 장비는 큰 오류를 발생시키지 않고 교정 지점 간에 소음원 성능을 보간할 수 있습니다.

상업용 소음원의 가장 일반적인 ENR 값은 5, 6, 15dB입니다. 남은 질문은 주어진 측정에 대한 적절한 공칭 ENR은 무엇입니까? ENR은 소음원의 뜨거운 상태와 차가운 상태 사이의 소음 수준 차이를 지정하는 방법입니다.

ENR이 낮을수록 측정 장비는 핫 측정 중에 더 작은 소음 수준을 처리합니다. 여기에는 두 가지 장점이 있습니다. 첫째, DUT가 매우 큰 이득을 갖지 않는 한 측정 장비는 선형 작동 영역에 남아 있을 가능성이 더 높습니다. 둘째, 측정 장비는 더 작은 내부 감쇠 계수를 사용하므로 더 작은 노이즈 지수를 가져야 합니다. 따라서 낮은 ENR 노이즈 소스를 사용하면 장비의 비선형성 및 노이즈 지수로 인한 오류를 최소화할 수 있습니다.

그러나 고려해야 할 또 다른 요소가 있습니다. 즉, DUT의 잡음 지수가 높을 때는 낮은 ENR을 사용할 수 없습니다. 이를 이해하려면 DUT의 잡음 지수가 잡음 소스의 ENR에 비해 너무 클 경우 출력 잡음은 주로 DUT 자체에서 발생한다는 점에 유의하십시오. 따라서 핫 및 콜드 측정 중 출력 잡음은 Nh ≅ Nc와 거의 동일하여 Y ≅ 1이 됩니다. 결과적으로 방정식 2의 분모는 0에 가까워집니다. 이 경우 Y의 작은 오류는 측정된 등가 소음 온도 Te의 큰 오류로 이어집니다.