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2020-2021

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Bild 3:

Messtechnik Bild 3: Korrelierte Rauschmessung mit kohärenten Digitalisierern Bild 4: Messung der differentiellen Rauschzahl mithilfe eines Baluns rigen, was zu einer viel einfacheren, besser kontrollierbaren Rauschquelle führt – meist ein Abschlusswiderstand bei Raumtemperatur. Die Rauschzahl lässt sich über eine einfache Gleichung ermitteln: k ... Boltzmann-Konstante N ... hinzugefügte Rauschleistung G ... Gewinn B ... Bandbreite T 0 = 290 K Um die Rauschzahl zu berechnen, sind mehrere Schritte erforderlich. Zunächst ist die absolute Rauschleistung (Zähler N) erforderlich. Zweitens wird eine effektive Messbandbreite (B) benötigt. Drittens ist der Rauschbeitrag des Empfängers zu berücksichtigen. Bild 1 skizziert die Messung des Empfängerrauschens, Bild 2 des DUT mit Abschluss (Cold- Source). Unter Berücksichtigung des Empfängerrauschens lässt sich die Gleichung wie folgt umschreiben: begonnen wird, muss zunächst die Art des zu charakterisierenden differentiellen Bausteins betrachtet werden. Es sind zwei Szenarien zu berücksichtigen: Zeigt der differentielle Baustein am Ausgang ein unkorreliertes Verhalten, kann er mit der unkorrelierten Methode gemessen werden. Dabei handelt es sich einfach um zwei single-ended Rauschzahlmessungen. Ist hingegen unklar, ob ein unkorreliertes Verhalten vorliegt oder eine starke Korrelation zwischen den Ausgangssignalen der differentiellen Anschlüsse besteht, ist es besser, den Baustein als korreliert zu behandeln. Der VectorStar VNA bietet drei Methoden zur Messung der differentiellen Rauschzahl: Unkorrelierte Rauschzahlmessung Diese erfolgt, wenn der Baustein zwei unabhängige Signalpfade mit ausgezeichneter Rauschiso- Die Verstärkung (G) des DUT lässt sich mit demselben VNA einfach und sehr genau messen. Da alle vier S-Parameter (s2p- Datei) bekannt sind, lassen sich Anpassungsfehler, wie sie bei der Y-Faktor-Methode auftreten, deutlich reduzieren. Die differentielle Rauschzahlmessung im Detail Bevor mit der Messung der differentiellen Rauschzahl Bild 5: Rauschzahlfehler durch Fehlanpassung des Baluns 18 HF-Einkaufsführer 2020/2021

Messtechnik Bild 6: Schritt 1 – Sammeln von Single-Ended-Rauschdaten Bild 7: Schritt 2 – Messung mit Balun in normaler Konfiguration Bild 8: Rauschzahl kontra S-Parameter-Kompression lierung bietet. Ein differentielles Bauelement mit unkorreliertem Rauschen kann als duale single-ended Rauschzahlmessung behandelt werden und ist die vorherrschende Methode mit der bisher viele differentielle Bauelemente charakterisiert wurden. Sind korrelierte Signale vorhanden, werden sie nicht in die Analyse mit einbezogen. Zum Einsatz kommen zwei VNA-Empfänger mit Vorverstärkung und Filterung. Eine Empfängerkalibrierung legt eine absolute Leistungsreferenzebene für Cold-Source-Messungen fest. Da die Korrelation vernachlässigt wird, werden die differentielle (b d ) und die Gleichtakt-(b c -) Rauschleistung zu: Korrelierte Rauschzahl methode mit kohärenten Empfängern Die Verwendung zeitkohärenter ZF-Kanäle im VectorStar ermöglicht die direkte Korrelation zwischen den DUT-Ausgängen. Da die Rauschsignale nach der ZF- Verarbeitung direkt digitalisiert werden, kann die Korrelation zwischen zwei Rauschsignalen nach mehreren Korrekturstufen beibehalten werden. Bild 3 macht die korrelierte Rauschmessung mit kohärenten Digitalisierern anschaulich. Die Differential- und Gleichtakt- Rauschleistungen werden nun zu komplexen Größen und wie folgt ausgedrückt: Im Aufmacherfoto ist die praktische Umsetzung einer differen- Bild 9: Aufbau für die Kalibrierung des Empfängers Bild 10: Kalibrierung der Rauschleistung HF-Einkaufsführer 2020/2021 19

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