2015年09月29日

ノイズフィギアについての考察−1

以前からプリアンプの実験をしていますが、どうも測定したNF値に納得がいかないことが多々有ります。

以前は測定に、NFメーター8970Bとノイズソース346シリーズを使っていました。
(現在はN8973AとN4001Aの組み合わせです)
結果的には346シリーズのノイズソースに大きな測定誤差要素を含んでいる事が解りました。

これはメーカーの技術資料を読めばよく解りますが、アマチュア無線等で使用されるプリアンプはNFが重視されています。
但しNF重視でプリアンプを製作すると、入出力のインピーダンスが大幅に悪化します。
これは使用している素子(HEMT等)がNF最良の時に50オームにならないためです。

このような状態のプリアンプをENR15dBも有る346B、346C等のノイズソースを使うと、測定値は大抵ほんとうの値より良い値が示されてしまいます。
たとえは実際はNF0.5dB度でも測定値は0.2dBなんて値が出たことも有ります。

これは、NF計がAgilent N8973A等の現行機でもノイズソースがおこす誤差の影響を大きく受けてしまいます。
最近はメーカー(キーサイト)のHPでこの誤差を計算できるようになりました。
下記サイトを参照
http://rfmw.em.keysight.com/NFUcalc

例えばN8973Aに346Bを使用した場合、おおよそプラスマイナス0.25〜0.3dBの誤差を必ず含んでいます。
(校正した機器で適切に測定した場合。条件が適切で無いともっと多くの誤差が出ます。)

*346Bでもアジレント時代の製品とHP時代の製品がありますが、経験的にはHP時代の黒いノイズソースの方が測定誤差が大きくでるように感じます。

多くのプリアンプ、特にキャビティタイプのプリアンプは、入力のインピーダンスが50オームから大きく離れているので、本当のNF値より測定値がかなり良い値を示してしまいます。
これはゲイン特性とは関係なく発生します。
もちろんノイズソース等は校正されていなければなりません。

また346Bは気温の影響も大きく受けます。更に測定機自体の温度にも大きく影響を受けます。

実際にNF値が非常に良いとされるプリアンプを測定してみると、入力のインピーダンスが大幅に悪化している物が多々ありますし、実際に測定してみるとNF値が思ったより良くない場合が多々あります。

ちなみに346A(ENR5dB)を使用すると、測定誤差はかなり改善されますが、それでも計算上NF0.2dB程度の誤差は残ります。

アマチュアでもNF測定の誤差を最小にするために、ノイズソースとプリアンプの間にアイソレーターを挿入して、プリアンプからの反射を抑えて、見かけ上のSWRを低くして測定されている方もいらっしゃいます。
この方法ですと、見かけのSWRが非常に低いので、測定誤差を減らすことが出来ます。
1.2GHz帯では測定誤差を、346Bでも0.13dB程度まで下げることが可能です。
(N8973Aを使用し、出力側のインピーダンスも良好な場合)
この場合は挿入損失が入るので、正確な補正値を入れる必要が有ります。
その挿入損失の測定誤差は0.1dB以内でないと、その誤差がNF測定値に直接影響します。

特にマイクロ波帯のNF測定にはダウンコンバーターを使うので、インピーダンスの影響を最小にしないと、その結果は真値と大きく異なります。

またノイズソースのENR値の誤差は直接測定誤差につながります。
正しく校正していなければ、測定誤差は更に大きくなります。
(システムのキャリブレーションではENR値の誤差は除去できません)
8970A,B等ではもっと誤差は大きくなります。

先程紹介した、キーサイトの「Noise Figure Uncertainty」でパラメーターを色々と変えてみると、システムの測定誤差がよく解ります。

ノイズソースのことですが、「346B」の代わりに「N4001A」を使用すると、測定誤差は非常に小さくなり、入力インピーダンスを合わせた場合、その誤差は0.09dB程度まで下げることが出来ます。

NF測定を追い求める方は、ノイズソース選びは重要なファクターになります。

*Noise Figure Uncertaintyでの計算上の値を使っていますので、実際の測定誤差はもっと多いかも知れません。
*個人的な意見も多く含んでいますので、参考程度にして頂ければ幸いです。


posted by 7L1WQG at 20:40| Comment(0) | プリアンプ・LNA
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