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7-2017

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Die

Messtechnik Die populärsten Verfahren der Rauschmessung Rauschen kann man auf recht verschiedene Weise ermitteln, angefangen von der Messung mit analogem oder digitalem Oszilloskop, über die Messung mit RMS- Konverter, RMS- Voltmeter (Root Mean Square, echter Effektivwert) oder Spektrumanalysator bis hin zur thermischen Rauschleistungsmessung. Dieser Beitrag stellt drei für drahtlose Kommunikationssysteme bewährte und zeitgemäße Messverfahren vor. Bild 1: Schema der Y-Faktor-Methode. Der Unterschied im Rauschmaß der Quellen (unten „kalt”, oben „heiß”) beträgt oft 10 dB (z.B. 5/15 dB), Quelle: [1] Dabei handelt es sich um die Y-Faktor- oder Heiß-kalt- Methode, die Gain- oder Cold- Noise-Methode und die Verwendung eines Rauschmessplatzes (Noise Figure Analyzer). Messprinzipien Eine Rauschmessung zielt immer nur auf den Effektivwert ab. Es gibt grundsätzlich mindestens drei prinzipielle Herangehensweisen, ein Rauschmaß zu ermitteln: • Methode 1: Messung des Ausgangsrauschens • Methode 2: Signaleinspeisung mit dem Ziel 0 dB Rauschabstand am Ausgang • Methode 3: Rauscheinspeisung mit dem Ziel 3 dB Rauscherhöhung am Ausgang Wird bei Methode 1 der Eingang normgerecht beschaltet (abgeschlossen) und nicht etwa offen gelassen, dann sollten alle Methoden zum gleichen Ergebnis führen. Eine Unschärfe bei Methode 1 und 2 liegt darin, dass die hier erforderliche Rauschbandbreite meist nicht exakt kalkuliert werden kann. Methode 1 erlaubt das Ermitteln von Zusatzinformationen (Eingang offen oder kurzgeschlossen). Theoretisch ergeben sich dabei Abweichungen von 3 dB (entsprechend √2 bei Spannungen). Praktisch sind die Unterschiede deutlich geringer, da in der Theorie praxisfremd angenommen wird, alles Rauschen würde einzig und allein dem wirksamen Widerstand am/im Eingang entstammen. Allerdings: Je kleiner das Rauschmaß, umso mehr nähert sich die praktische Situation diesem theoretischen Szenario. Da ein am Eingang kurzgeschlossener wie auch unbeschalteter Verstärker nichts verstärken bzw. ein Empfänger nichts empfangen kann, ist es sinnvoll, die Rauschmaß- bzw. Empfindlichkeitsangabe an einen normgerechten Abschluss des Eingangs zu binden. Ob der Ausgang belastet wurde oder nicht, spielt zwar bezüglich der Rauschspannung/Rauschleistung am Ausgang, nicht jedoch bezüglich des Rauschmaßes bei allen drei Methoden eine Rolle. Denn die mit Belastung des Ausgangs sinkende Spannungsverstärkung wäre in der Rauschmaßberechnung zu berücksichtigen mit dem Effekt, dass sie die gesunkene Ausgangsrauschspannung exakt kompensieren würde. Das thermische Rauschen des Lastwiderstands kann man in der Praxis getrost vernachlässigen. Bild 2: Praktisches Schema der Y-Methode bei der Rauschmaßermittlung eines Verstärkers, Quelle: [1] Die prinzipiellen Methoden sind abhängig vom DUT (Device unter Test). So hat Methode 1 bei FM-Empfängern ihre Berechtigung, Methode 2 funktioniert dort wiederum nicht so einfach, da ein unmoduliertes Signal einen Rückgang des Rauschens hervorruft. Man müsste einen modulierten Träger verwenden. Methode 3 ist mit einem FM-Empfänger ebenfalls nicht möglich, da sich das eingespeiste Rauschen nicht zum Empfängerrauschen addieren würde. Dieses Messprinzip ist zwar sehr einfach und zuverlässig, 22 hf-praxis 7/2017

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