Анализатор спектра и коэффициент шума

Коэффициент шума приемника

Современные приёмники РЛС могут обеспечить очень низкий коэффициент шума (NF). Кроме всего прочего, приёмник должен обеспечить соответствующее усиление, фазовую и амплитудную стабильность, динамический диапазон и быстрое восстановление после перегрузки и воздействия активных радиопомех. Должна быть также обеспечена защита от перегрузки или насыщения и выжигания от воздействия близко расположенных передатчиков. И, наконец, приёмник должен иметь высокую надёжность.
Принимая во внимание эти соображения, некоторые конструкторы предпочитают выполнять первый каскад приёмника смесителем, вместо использования малошумящего ВЧ усилителя. Но и коэффициент шума смесителя очень важен и должен быть оптимизирован с учетом других имеющихся ограничений.

Метод Y-фактора

Для измерения коэффициента шума обычно используются два метода. Это метод Y-фактора, иногда называемый методом горячего/холодного источника, и второй – метод холодного источника или метод прямого измерения шума. Метод Y-фактора использует анализатор спектра или сигналов и источник шума. Метод холодного источника использует векторный анализатор цепей, что требует более высоких затрат на оборудование, чем метод Y-фактора, но позволяет измерять S-параметры, компрессию и интермодуляционные искажения при одном подключении к испытуемому устройству (ИУ).
Для измерения коэффициента шума методом Y-фактора используются анализатор сигналов серии X (N9020A MXA, N9030A PXA или N9040A UXA), прикладная программа измерения коэффициента шума N9069A (запускается в анализаторе) и интеллектуальный источник шума (SNS) серии N4000A (рис. 1).

Для начальной установки необходимо выполнить следующие пять шагов:
1. Выбрать диапазон частот, соответствующий испытуемому устройству (ИУ).
2. Выбрать опцию внутреннего усилителя для данного диапазона частот.
3. Ввести в анализатор сигналов таблицу коэффициентов избыточного шума (ENR) для источника шума серии SNS. Для этого нажать клавишу [Meas Setup], затем программные клавиши {ENR}, {SNS setup}, {Noise
Source}, установить SNS в состояние (Auto) {Auto Load ENR}.
4. Подключить источник шума к анализатору сигналов с помощью кабеля; источники шума серии SNS используют кабель 11730A. Проверить, что данные ENR переданы в анализатор сигналов.
5. Сохранить таблицу ENR. Для этого нажать клавишу [Save], затем программные клавиши {Data}, {ENR Table}, {Meas} Table, {Save As} name [Enter].

Выполнить калибровку прикладной программы измерения коэффициента шума N9069A и анализатора.
1. Подключить вход источника шума к соединителю на задней панели анализатора с помощью кабеля 11730A. Подключить выход источника шума к входу анализатора.
2. Установить начальную частоту. Для этого нажать клавишу [Freq Channel], затем программную клавишу {Start Freq}, набрать на цифровой клавиатуре число 10 и нажать программную клавишу {MHz} (ввод выбранной частоты).
3. Установить конечную частоту. Для этого нажать программную клавишу {Stop Freq}, набрать на цифровой клавиатуре число 3 и нажать программную клавишу {GHz} (ввод выбранной частоты).
4. Установить число точек. Для этого нажать программную клавишу {Points}, набрать на цифровой клавиатуре число 30 и нажать {Enter} (ввод числа точек).
5. Установить функцию усреднения. Для этого нажать клавишу [Meas Setup], затем программную клавишу {Average Num} и установить её в состояние ON; набрать на цифровой клавиатуре число 15 и нажать {Enter}.
6. Откалибровать программу N9069A. Для этого нажать клавишу [Meas Setup], программную клавишу {Calibrate Now} и [Enter].

Рисунок 1 – Измерительная установка, включающая анализатор, источник шума и ИУ

Выполнить измерение коэффициента шума (NF).
1. Выбрать прикладную программу измерения коэффициента шума в анализаторе сигналов. Это обычно выполняется с передней панели. Для этого нажать клавишу [Mode], затем программную клавишу {More}, пока не будет доступна программная клавиша {Noise Figure}.
2. Используя визуальное руководство установкой, начать измерение. Для этого нажать клавишу [Mode Setup], программные клавиши {DUT Setup...}, {Amplifier} или выбрать устройство из выпадающего меню с помощью мыши.
3. Отключить источник шума от входа анализатора и подключить его к входу ИУ. Подключить выход ИУ к ВЧ входу (RF input) анализатора (рисунок 1). Чем меньше используется переходов, тем лучше результаты измерения.
4. Ввести соответствующие значения для ИУ в меню установки и запустить процесс измерения.

Подробное сравнение методов Y-фактора и холодного источника Вы можете найти в этих и этих русскоязычных заметках по применению.

Рисунок 2 – Пример погрешности измерения коэффициента шума в среде АИС

Интересующие Вас материалы могут быть уже переведены на русский язык. Пожалуйста, обращайтесь к нам.

Англоязычные материалы по решениям компании Keysight Technologies для измерения коэффициента шума.
Наши видео об измерениях КШ на Youtube.

Фазовый шум. Как выбрать генератор сигналов?

Ранее была опубликована статья о добавлении нужного значения фазового шума. Специально для разработчиков доплеровских РЛС, систем с использованием OFDM или программно-определяемых радиостанций (SDR) рассмотрим вопрос о фазовых шумах генераторов сигналов более подробно.

Схемы генераторов сигналов

Производительность в области фазового шума часто является решающим фактором при определении соответствия генератора сигналов требованиям приложения. Улучшение характеристики фазового шума зависит от внутренней архитектуры, типа гетеродина, наличия внутреннего и внешнего опорного генераторов и влияния дополнительных встроенных функций. Оптимальное решение выбирается с учетом скорости переключения, цены, а также оптимизации влияния малых и больших отстроек от несущей. 

Рассмотрим две самые распространенными схемы генераторов сигналов: с одноконтурной и многоконтурной ФАПЧ. Применение менее сложной одноконтурной ФАПЧ упрощает проектирование и оптимизацию генератора. Но эта недорогая архитектура требует оптимизации, так как при очень хорошем относительном уровне мощности в соседнем канале (ACPR) одноконтурные синтезаторы частот имеют средние характеристики фазового шума.

Генераторы многоконтурной архитектуры сложнее и дороже. В число дополнительных элементов этих генераторов входят контур точной настройки, контур отстройки или ступенчатого изменения частоты и контур суммирования, каждый из которых снижает уровни паразитных сигналов и значительно улучшает характеристику фазового шума (рис. 1). При наличии определенных органов управления, доступных для пользователя, гибкость регулировки многоконтурного синтезатора частот увеличивается, что облегчает оптимизацию характеристики фазового шума с учетом требований конкретного приложения.

Рис. 1. Трехконтурная архитектура, используемая в генераторах Keysight PSG и MXG, позволяет значительно улучшить характеристику фазового шума.

На рис. 2 показаны зависимости фазового шума от частоты отстройки, полученные для трех генераторов сигналов Keysight серии X: EXG, стандартного MXG и MXG с опцией снижения фазового шума UNY. На рисунке видны четкие различия характеристик для одноконтурного генератора серии EXG и многоконтурного генератора серии MXG с опцией снижения фазового шума или без нее.

Рис. 2. Одноконтурный генератор EXG подходит для многих приложений, а многоконтурный генератор MXG можно эффективно использовать для более точных измерений.

При отстройке 10 кГц MXG с опцией снижения фазового шума способен формировать сигнал с уровнем фазового шума менее -140 дБн/Гц, что является превосходным значением.

Помимо уровня фазового шума при оценке возможности использования генератора сигналов следует обратить особое внимание на паразитные сигналы, гармоники, широкополосный шум и амплитудный шум.

Подробное русскоязычное руководство по применение о выборе генератора сигналов с учетом фазового шума Вы можете скачать на нашем сайте. Сравнение основных технических характеристик и функций генераторов сигналов Keysight Technologies доступно по ссылке

http://www.keysight.com/ru/pc-1000000524%3Aepsg%3Apgr/signal-generator-signal-source?pm=SC&nid=-536902260.0&cc=RU&lc=rus

Формирование сложных сигналов для систем РЭБ

Приемники систем РЭБ

Одна из важнейших задач приемной части систем РЭБ является детектирование сигналов и распознавание источника этого сигнала. Реальный сигнал на входе приемника системы РЭБ является комбинацией сигналов от различных радаров или систем связи, анализ которого является сложной задачей. Поэтому необходимо проводить моделирование и испытания приемной части систем РЭБ.

Формирование многомерного тестового сигнала

Тестовый сигнал должен:

• являться комбинацией нескольких сигналов от различных источников с пересекающимися или непересекающимися диапазонами частот
• содержать информацию о координатах и скорости источников сигналов, а также временные метки

Такой сигнал принято называть многомерным (multi-dimensional signal). Пример схемы испытания приемной части РЭБ показана на рисунке 1.

Рис. 1. Схема испытания РЭБ.

Задача данной системы РЭБ - обнаружить все сигналы, распознать, к какому источнику принадлежит каждый сигнал. Она может быть установлена на самолете, машине или корабле. При этом передатчики должны:

• обладать системой формирования луча антенна (фазированная решетка)
• формировать произвольные импульсные последовательности

ПО System Vue позволяет провести моделирование системы РЭБ, но необходимо также проводить испытания приемников реальными сигналами.

Оборудование для проведения испытаний

Вы можете сформировать любую комбинацию сигналов с помощью ПО System Vue и загрузить полученный файл формы волны в векторный генератор сигналов или генератор сигналов произвольной формы. Блок-схема тестовой установки показана на рисунке 2.

Рис. 2. Вы можете формировать различные тестовые сигналы - основной полосы частот, ПЧ или РЧ. Кроме того, сигналы можно захватывать и анализировать в любой точке схемы. 

Сигнал на выходе приемника системы РЭБ можно проанализировать с помощью осциллографа или анализатора спектра и ПО 89600 VSA.

Подробней об испытаниях систем РЭБ можно узнать в англоязычном руководстве по применению Generating Multi-Dimensional Signalsto Test Radar/EW Systems