DE19503021A1

DE19503021A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Einseitenband-Rauschzahl aus Zweiseitenband-Messungen

Info

Publication number: DE19503021A1
Application number: DE19503021A
Authority: DE
Inventors: Robert G Dildine
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2015-02-01
Also published as: GB9507990D0; US5416422A; GB2289544B; DE19503021C2; JPH0875808A; JP3471121B2; GB2289544A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf elektronische Geräte und Techniken zur Messung elektrischer Signale und insbesondere auf elektronische Geräte und Techniken zur Messung der Rauschzahl eines zu testenden Gerätes. Besonders ein Aus führungsbeispiel der Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Einseitenband-Rauschzahl eines zu testenden Gerätes aus Zweiseitenband-Messungen.

Messungen der Rauschzahl bei Hochfrequenzen (z. B. Mikro wellen) erfordert typischerweise die Verwendung eines Lokal oszillators (LO) und eines Mischers, um die Meßfrequenz auf eine geeignete Zwischenfrequenz (ZF) zur Erfassung durch einen Empfänger abwärts zu mischen. Während herkömmlicher Rauschzahlmessungen eines zu testenden Gerätes wird ein Hochfrequenz-Eingangssignal (HF-Eingangssignal) des zu testenden Gerätes durch den Mischer abwärts gemischt. Der Mischer verbindet das HF-Eingangssignal mit einem Signal, das durch den LO erzeugt wird, oder mit einer Harmonischen des Signals des LO, um ein vorbestimmtes ZF-Ausgangssignal bei einer Frequenz zu schaffen, die zur weiteren Verarbei tung durch den Empfänger geeignet ist. Dies bewirkt die Abwärtsmischung sowohl des Bildsignals als auch des er wünschten Signals. Von der sich ergebenden Rauschleistung bei der Zwischenfrequenz wird typischerweise angenommen, daß sie ein Durchschnitt der Leistung in den zwei Seitenbändern ist. Dieses Bildsignal kann jedoch eine Quelle eines erheb lichen Meßfehlers sein, wenn das zu testende Gerät keine flache Frequenzantwort aufweist.

Siehe z. B. "Noise Figure Measurement Accuracy", Hewlett-Packard Application Note 57-2.

Der Graph in Fig. 1 stellt das Ergebnis einer Abwärtsmi schung durch den Mischer dar, der die Beziehung zwischen der LO-, der HF- und einer vorbestimmten ZF-Frequenz darstellt. In Fig. 1 stellt die vertikale Achse die Signalleistung dar, und die horizontale Achse stellt die Signalfrequenz dar. Das vorbestimmte ZF-Signal 25 hat eine Frequenz, die gleich der Differenz zwischen dem LO-Signal (oder einer Harmonischen) 27 und dem HF-Eingangssignal 29 ist, so daß das HF-Eingangs signal durch Überwachen einer eingestellten ZF-Frequenz, unterhalb der LO-Signalfrequenz, bei f_HF = (n)f_LO - f_ZF, gemessen wird. Ein HF-Bildsignal oberhalb der LO-Signal frequenz, bei f′_HF = (n)f_LO + f_ZF, wird jedoch ebenfalls ein Signal bei der überwachten ZF-Frequenz erzeugen. Um diese Doppeldeutigkeit zu lösen, wird typischerweise ein analoges Bandpaßfilter über einen Frequenzbereich, der f_HF ein schließt, bereitgestellt, wie es durch die gestrichelte Kurve 31, die in Fig. 1 erscheint, gezeigt ist, wodurch jedes Bildsignal 33 bei f′_HF gedämpft wird. Das Bandpaß filter ist erforderlich, um auszuschließen, daß unerwünschte Mischprodukte gemessen werden.

Die herkömmliche Technik, um ein Bildrauschen zu entfernen, besteht darin, das Signal des zu testenden Gerätes zu fil tern, bevor das Signal abwärts gemischt wird. Das Durchlaß band des Bandpaßfilters muß dem gewobbelten LO-Signal nach laufen, wobei die Mittenfrequenz des Durchlaßbandes von der LO-Frequenz (oder einer Harmonischen) durch die ZF-Signal frequenz getrennt ist, wenn Rauschzahlmessungen über einen Bereich von Frequenzen durchgeführt werden, um das uner wünschte Seitenband auszuschließen. Dies erfordert ein ge eignetes Filter, und erfordert es für Breitbandmessungen, daß entweder ein abstimmbares Bandpaßfilter, wie z. B. ein magnetisch abstimmbares Yttrium-Eisengranat- (YIG) oder Barium-Ferrit-Filter, oder fest abgestimmte Filter mit mehreren Umwandlungen verwendet werden. Dies kann jedoch zeitaufwendig und teuer sein, da entweder eine Anzahl von Filtern mit unterschiedlichen Durchlaßbereichen oder sehr teuere abstimmbare Filter erforderlich sind.

Ferner wurde eine Analyse von Frequenzumwandlungstechniken bereits bezüglich Rauschmessungen eines Mikrowellentran sistors durchgeführt. Siehe G. Caruso und M. Sannino, "Ana lysis of Frequency-Conversion Techniques in Measurements of Microwave Transistor Noise Temperatures", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Band MTT-25, Nr. 11, Seiten 870-873, November 1977, und G. Caruso und M. Sannino, "Determination of Microwave Two-Port Noise Parameters Through Computer-Aided Frequency-Conversion Techniques", IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Band MTT-27, Nr. 9, Seiten 779-783, September 1979. Diese beschriebenen Techniken sind jedoch nur für Änderungen der Rauschzahl auf grund von Änderungen der Rauschquellenimpedanz zwischen zwei Seitenbändern richtig. Einige der durchgeführten Annahmen sind ebenfalls nicht auf alle möglichen Testgeräte anwend bar.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah ren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine alternative Technik zur analogen Filterung schaffen, um die Rauschlei stung bei einer Bildfrequenz zu entfernen, wenn Einseiten band-Rauschzahlmessungen bezüglich eines zu testenden Geräts durchgeführt werden.

Ferner ist es wünschenswert, daß diese Einseitenband-Rausch zahlmessungen bezüglich Änderungen der Ausgangsimpedanz der Rauschquelle und bezüglich einer Rauschquellenimpedanz-Fehl anpassung mit dem Empfänger korrigiert sind.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren geschaffen, um die Einseitenband-Rauschzahl für ein zu testendes Gerät unter Verwendung eines Abwärtsmischers, der Zweiseitenband-Mes sungen durchführt, zu bestimmen. Ein Rauschmeßsystem wird geschaffen, das eine Rauschquelle, einen Mischer, einen Lokaloszillator und einen Empfänger, wie z. B. ein Rausch zahlmeßgerät, als abstimmbaren Zwischenfrequenzempfänger umfaßt. Drei unabhängige Messungen werden bezüglich eines zu testenden Gerätes durchgeführt (eine mit der Lokaloszilla torfrequenz höher als die HF-Meßfrequenz, eine andere mit der Lokaloszillatorfrequenz niedriger als die HF-Meßfre quenz, und die dritte mit der Lokaloszillatorfrequenz bei der HF-Meßfrequenz, und der Zwischenfrequenz auf der doppel ten seiner vorhergehenden Frequenz). Dies führt zu drei un abhängigen Gleichungen mit drei Unbekannten, aus denen die Bildrauschleistung bestimmt und entfernt werden kann, um eine Einseitenband-Rauschzahlmessung für das zu testende Gerät zu schaffen.

Gemäß der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfah ren zur Bestimmung der Einseitenband-Rauschzahl (SSB-Rausch zahl; SSB = Single Sideband) eines aktiven oder passiven zu testenden Gerätes aus drei getrennten Zweiseitenband-Rausch leistungsmessungen (DSB-Rauschleistungsmessung; DSB = Double Sideband) ohne die Notwendigkeit eines teueren Filtergerätes geschaffen. Eine vollständige Rauschquellenimpedanz-Fehlan passungskorrektur wird bevorzugterweise ebenfalls geschaf fen, um genaue Einseitenband-Rauschzahlmessungen zu erhal ten. Die erhaltenen Ergebnisse bei verschiedenen Frequenzen demonstrieren sowohl für aktive als auch für passive Test geräte mit Frequenz-abhängigen Rauschzahlen die Genauigkeit der Einseitenband-Rauschzahlmessungen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Graph, der die Beziehung der HF-, LO- und ZF- Signale in einem Abwärtsmischer darstellt;

Fig. 2 die die Fig. 2A und 2B umfaßt, ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Rauschmeßsystems, das in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut ist, das in einer Meßkonfiguration (Fig. 2A) und in einer Kalibrierungskonfiguration (Fig. 2B) gezeigt ist;

Fig. 3 ein Flußdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Erfindung zum Bestimmen einer Einsei tenband-Rauschzahl aus drei Zweiseitenband-Messungen bezüglich eines zu testenden Gerätes;

Fig. 4 graphisch das Auslöschen von unerwünschten Seiten bändern, wenn drei Zweiseitenband-Messungen, die gemäß dem Verfahren der Erfindung durchgeführt wer den, verbunden werden, um eine Einseitenband-Rausch zahlmessung zu erzeugen;

Fig. 5 ein Flußdiagramm gemäß einem weiteren Ausführungs beispiel des Verfahrens der Erfindung zum Bestimmen eines Einseitenband-Rauschsignals aus drei Zweisei tenband-Messungen bezüglich eines zu testenden Ge räts, bei dem die Einseitenband-Rauschzahlmessung eine vollständige Rauschquellenimpedanz-Fehlanpas sungskorrektur einschließt;

Fig. 6 eine Veränderung der Zweiseitenband-Rauschzahl (DSB- Rauschzahl) einer Wellenleiter/Dämpfungsglied-Kaskade mit der Frequenz für unterschiedliche Zwischenfre quenzen;

Fig. 7 die Rauschzahl einer Wellenleiter/Dämpfungsglied-Kas kade, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung be stimmt wurde, und die verfügbare Dämpfung von 3 GHz bis 4 GHz;

Fig. 8 die Rauschzahl einer Wellenleiter/Verstärker-Kaskade, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung bestimmt wurde, die DSB-Rauschzahl mit einer kleinen Zwischen frequenz und die verfügbare Dämpfung von 3 GHz bis 4 GHz; und

Fig. 9 die Dämpfung und die Rauschzahl, die durch das Ver fahren gemäß der Erfindung mit und ohne Fehlanpas sungskorrektur eines schlecht angepaßten passiven Testgerätes bestimmt wurde.

Ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Rauschmeß systems in Übereinstimmung mit der Erfindung, das im allge meinen durch das Bezugszeichen 100 bezeichnet ist, ist in Fig. 2A gezeigt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt das Rauschmeßsystem 100 eine Rausch quelle 102, einen Mikrowellenmischer 104, einen Lokaloszil lator 106 und einen einstellbaren Zwischenfrequenzempfänger 108 (ZF-Empfänger). Der Empfänger 108 kann ein HP 8970A Rauschzahlmeßgerät als abstimmbarer ZF-Empfänger sein, das von der Hewlett-Packard Company, Palo Alto, Kalifornien, erhältlich ist. Mit dem Empfänger 108 werden unkorrigierte Rauschleistungsmessungen durchgeführt. Ein Isolator 110 ist bevorzugterweise am Eingang des Empfängers 108 angeschlos sen, nachdem dieser eine einfache Korrektur ermöglicht, um Änderungen der Empfänger-Rauschzahl und des Gewinns bezüg lich einer Rauschquellenimpedanz-Fehlanpassung mit einzu beziehen, wie es später genauer beschrieben wird.

Siehe M.W. Pospieszalski, "On the Measurement of Isolator and Receiver with Isolator at the Input", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Band MTT-34, Nr. 4, Seiten 451-453, April 1986, U. Meier, "Measurements of Non-Matched Twoports with Automatic Noise Figure Meters", Arch. Elektron. Übertragungstechn., Band 43, Nr. 2, Seiten 125-128, 1989, und U. Meier, J.H. Hinken und M. Ikonomou, "Rauschparameter von GaAs-MESFETs in Flossenleitungstechnik", Kleinheubacher Berichte, Band 32, Seiten 137-145, 1989. Das Rauschmeßsystem 100 umfaßt eben falls eine Steuerung 112, z. B. einen Tischcomputer, der be vorzugterweise mit der Rauschquelle 102 (Fig. 2B) und mit dem Lokaloszillator 106 über einen HPIB-Gerätesteuerungsbus (IEEE 488), und mit dem Empfänger 108 über einen Bus (Fig. 2A und 2B) verbunden ist, um Messungen der Ausgangs rauschleistung durchzuführen, und um die Einseitenband rauschzahl eines zu testenden Gerätes wie folgt zu be stimmen.

Die Rauschzahl eines zu testenden Gerätes (DUT = Device Under Test), das in Fig. 2A gezeigt ist, das zwischen die Rauschquelle 102 und den Mischer 104 geschaltet ist, ist bei einer bestimmten Frequenz als folgendes Verhältnis defi niert:

(a) die gesamte Rauschleistung pro Einheit Bandbreite, die am Ausgangsanschluß des DUT verfügbar ist, wenn die Rauschtemperatur eines Eingangsabschlusses 290K beträgt; zu
(b) dem Abschnitt von (a) bei der Eingangsfrequenz, aufgrund des Eingangsabschlusses.

Siehe "IRE Standards on Methods of Measuring Noise in Linear Two-Ports, 1959", Proc. IRE, Band 48, Seiten 60-68, Januar 1960. Diese Definition führt zu folgender Gleichung:

Rauschzahl = F = N₀/(GN_i) (1)

wobei N₀ und N_i in Watt angegeben sind, und die Rauschlei stungsausgabe bzw. -eingabe darstellen, und G stellt den Ge winn des DUT dar.

Das Verfahren in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbei spiel der Erfindung verwendet drei Ausgangsrauschleistungs messungen, um die Einseitenbandausgangsrauschleistung bei einer erwünschten HF-Meßfrequenz zu erhalten. Die erste Messung wird mit dem Lokaloszillator 106 durchgeführt, der durch die Steuerung 112 höher als die erwünschte HF einge stellt ist, wie es durch das Bezugszeichen 200 in Fig. 3 angezeigt ist. Die Zwischenfrequenz (ZF₁) wird durch die Steuerung 112 derart ausgewählt, daß die zwei gemessenen Seitenbänder bei der erwünschten HF und bei HF+2ZF₁ auf treten, wie es durch das Bezugszeichen 202, das in Fig. 3 gezeigt ist, angezeigt ist. Unter Verwendung der Gleichung (1) ergibt dies die erste Ausgangsrauschleistungsmessung:

N₁ = (FGN_i)_HF + (FGN_i)_HF+2ZF₁, (2)

wie es durch das Bezugszeichen 204 in Fig. 3 angezeigt ist.

Für die zweite Messung ist der Lokaloszillator 106 niedriger als die erwünschte HF eingestellt, wie es durch das Bezugs zeichen 206 in Fig. 3 angezeigt ist. Die Zwischenfrequenz bleibt dieselbe derart, daß die gemessenen Seitenbänder bei der erwünschten HF und bei HF-2ZF₁ auftreten, wie es durch das Bezugszeichen 208 in Fig. 3 angezeigt ist. Durch erneu tes Verwenden der Gleichung (1) ergibt dies eine zweite Aus gangsrauschleistungsmessung:

N₂ = (FGN_i)_HF + (FGN_i)_HF-2ZF₁, (3)

wie es durch das Bezugszeichen 210 in Fig. 3 angezeigt ist.

Die dritte Messung wird mit dem Lokaloszillator 106 durchge führt, der auf die erwünschte HF eingestellt ist, wie es durch das Bezugszeichen 212 in Fig. 3 angezeigt ist. Die Zwischenfrequenz ist auf das doppelte der vorhergehenden Frequenz (ZF₂=2×ZF₁) derart eingestellt, daß die zwei Seitenbänder bei HF+2ZF₁ und HF-2ZF₁ auftreten, wie es durch das Bezugszeichen 214 in Fig. 3 angezeigt ist. Durch erneutes Anwenden der Gleichung (1) ergibt dies eine dritte Ausgangsrauschleistungsmessung:

N₃ = (FGN_i)_HF+2ZF₁ + (FGN_i)_HF-2ZF₁, (4)

wie es durch das Bezugszeichen 216 in Fig. 3 gezeigt ist.

In den Gleichungen (2), (3) und (4) sind N₁, N₂ und N₃ in Watt angegeben. Wenn die ersten zwei dieser Ausgangsrausch leistungsmessungen zusammenaddiert wird, und die dritte ab gezogen wird, ergibt sich:

N₁ + N₂ - N₃ = 2(FGN_i)_HF (5)

Dies eliminiert die Leistung der unerwünschten Seitenbänder und enthält lediglich die Rauschleistung bei der erwünschten HF-Meßfrequenz. Deshalb gilt:

Fig. 4 zeigt graphisch, wie die dritte Messung die unerwün schten Seitenbänder aus den vorhergehenden zwei Messungen löscht.

Die Auswirkung einer Änderung der Rauschquellenausgangsim pedanz zwischen ihrem "heißen" und "kalten" Zustand auf die Meßgenauigkeit wurde bereits untersucht. Siehe G. Mamola und M. Sannino, "Source Mismatch Effects on Measurements of Linear Two-Port Noise Temperatures", IEEE Trans. Instrum. Meas., Band IM-24, Nr. 3, Seiten 239-242, September 1975, und N.J. Kuhn, "Curing a Subtile but Significant Cause of Noise Figure Error", Microwave Journal, Seiten 85-98, Juni 1984. Die Auswirkung der Rauschquellenimpedanz-Fehlanpassung auf die Empfängerrauschzahl und den Gewinn wurde ebenfalls untersucht. Siehe L. Pradell, A. Comeron und A. Ramirez, "A General Analysis of Errors in Noise Measurement Systems", 18th European Microwave Conference, Seiten 924-929, 1988, M.W. Pospieszalski, "On the Measurement of Isolator and Receiver with Isolator at the Input", IEEE Trans. Microwave Theory Tech. Band MTT-34, Nr. 4, Seiten 451-453, April 1986, und U. Meier, "Measurements of Non-Matched Twoports with Automatic Noise Figure Meters", Arch. Elektron. Über tragungstechn., Band 43, Nr. 2, Seiten 125-128, 1989.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Erfindung werden die Ausgangsrauschleistungsmessungen sowohl für die Änderungen der Ausgangsimpedanz der Rausch quelle 102 als auch bezüglich einer Rauschquellenimpedanz- Fehlanpassung bezüglich des Empfängers 108 korrigiert.

Anfänglich werden die S-Parameter des DUT und des Isolators 110 und der Rauschquellenausgangsreflexionskoeffizient in dem "heißen" und "kalten" Zustand auf eine herkömmliche Art über den interessierenden Frequenzbereich unter Verwendung eines Vektornetzwerkanalysators charakterisiert, wie es durch das Bezugszeichen 298 in Fig. 5 angezeigt ist. Der kalte Zustand der Rauschquelle 102 ist derjenige, bei dem die Rauschdiode, die in die Rauschquelle eingebaut ist, "ausgeschaltet" ist, so daß die Rauschquelle als ein Wider stand auf Raumtemperatur erscheint, dessen Wert gleich der charakteristischen Impedanz des restlichen Rauschmeßsystems 100, z. B. 50 Ohm, ist. Der heiße Zustand der Rauschquelle 102 ist derjenige, bei dem die Rauschdiode "eingeschaltet" ist, so daß die Rauschquelle als ein Widerstand bei einer erhöhten Temperatur erscheint. Sowohl die heiße als auch die kalte Ausgangsrauschleistungsmessung werden durchgeführt, wenn die Rauschquelle 102 mit dem Eingang des Isolators 110 verbunden ist, um den Empfänger 108 zu kalibrieren, wie es in Fig. 2B gezeigt ist. Kalte Rauschleistungsmessungen wer den dann mit dem DUT durchgeführt, das zwischen die Rausch quelle 102 und den Isolator 110 eingefügt ist, wie es in Fig. 2A gezeigt ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Erfindung werden während des Kalibrierungsmodus drei heiße und drei kalte Ausgangsrauschleistungsmessungen, und während des Messungsmodus drei Ausgangsrauschleistungs messungen, bei denen das DUT zwischen die Rauschquelle 102 und den Isolator 110 eingefügt ist, bei jeder Frequenz durchgeführt, um eine Einseitenbandrauschzahl für das DUT zu erhalten. In jedem Fall wird eine erste Messung durchge führt, bei der der Lokaloszillator 106 durch die Steuerung 112 höher als die erwünschte HF eingestellt wird, wie es durch das Bezugszeichen 300 in Fig. 5 angezeigt ist. Die Zwischenfrequenz (ZF₁) wird durch die Steuerung 112 derart ausgewählt, daß die zwei gemessenen Seitenbänder bei der erwünschten HF und bei HF+2ZF₁ auftreten, wie es durch das Bezugszeichen 302 in Fig. 5 angezeigt ist. Dies führt zu einer heißen Kalibrierung (N_H1), einer kalten Kalibrierung (N_C1) und einer ersten Messung (N_MESS1) der Ausgangsrausch leistungsmessungen:

N_H1 = [(kBT_H + kBT_R)G_R(0)M_H]_HF + [(kBT_H + kBT_R)G_R(0)M_H]_{HF + 2ZF₁} (7)

wie es durch das Bezugszeichen 304 in Fig. 5 angezeigt ist,

N_C1 = [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF + [(kBT_C + kBT_R)G_R(0)M_C]_{HF + 2ZF₁} (8)

wie es durch das Bezugszeichen 306 in Fig. 5 angezeigt ist, und

N_MESS1 = [[(kBT_C + kBT_E)G_DUT + kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF + [[(kBT_C + kBT_E)G_DUT
+ kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF+2ZF₁ (9)

wie es durch das Bezugszeichen 308 in Fig. 5 angezeigt ist.

T_H und T_C sind die Temperaturen der Rauschquelle 102 in ihrem heißen und kalten Zustand, der durch die Steuerung 112 ausgewählt ist (T_H ist aus dem überschüssigen Rauschverhält nis der Rauschquelle berechnet), und T_R und T_E sind die wirksamen Eingangsrauschtemperaturen des Empfängers 108 bzw. des DUT. B stellt die Meßbandbreite dar, und k ist die Boltzmann-Konstante.

G_R(0) ist der verfügbare Gewinn des Empfängers 108, wenn ein Reflexionskoeffizient von Null mit dem Eingang des Empfän gers 108 verbunden ist. Wenn dieser Reflexionskoeffizient nicht Null ist, ist dieser verfügbare Gewinn des Empfängers 108 über Fehlanpassungsfaktoren mit G_R(0) verbunden. Siehe U. Meier, "Measurements of Non-Matched Twoports with Auto matic Noise Figure Meters", Arch. Elektron. Übertragungs techn., Band 43, Nr. 2, Seiten 125-128, 1989, und U. Meier, J.H. Hinken, und M. Ikonomou, "Rauschparameter von GaAs-MESFETs in Flossenleitungstechnik", Kleinheubacher Berichte, Band 32, Seiten 137-145, 1989. Die Fehlanpas sungsfaktoren lauten wie folgt

wobei Γ_AUS der Ausgangsreflexionskoeffizient des Testgerätes ist, wenn es mit der Rauschquelle 102 verbunden ist, Γ_SH und Γ_SC sind die Ausgangsreflexionskoeffizienten der Rauschquel le in ihrem heißen bzw. kalten Zustand, und S_11ISL stellt S₁₁ des Isolators 110 dar.

G_DUT ist der verfügbare Gewinn des DUT bei einer bestimmten Frequenz und wird aus dessen S-Parametern und aus dem Aus gangsreflexionskoeffizienten der Rauschquelle unter Verwen dung der nachfolgenden bekannten Beziehung berechnet:

Für die zweite Messung ist der Lokaloszillator 106 niedriger als die erwünschte HF eingestellt, wie dies durch das Be zugszeichen 210 in Fig. 5 angezeigt ist. Die Zwischenfre quenz bleibt dieselbe derart, daß die gemessenen Seitenbän der bei der erwünschten HF und bei HF-2ZF₁ auftreten, wie es durch das Bezugszeichen 312 in Fig. 5 angezeigt ist. Dies führt zu einer heißen Kalibrierung (N_H2), einer kalten Kali brierung (N_C2) und einer zweiten Messung (N_MESS2) der Aus gangsrauschleistungsmessungen von:

N_H2 = [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF + [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF-2ZF₁ (12)

wie es durch das Bezugszeichen 314 in Fig. 5 angezeigt ist,

N_C2 = [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF + [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF-2ZF₁ (13)

wie es durch das Bezugszeichen 316 in Fig. 5 angezeigt ist, und

N_MESS2 = [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT + kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF + [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT
+ kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF-2ZF₁ (14)

wie es durch das Bezugszeichen 318 in Fig. 5 angezeigt ist.

Die dritte Messung wird mit dem Lokaloszillator 106 durch geführt, der auf die erwünschte HF eingestellt ist, wie es durch das Bezugszeichen 320 in Fig. 5 angezeigt ist. Die Zwischenfrequenz ist auf das doppelte ihrer vorherigen Fre quenz (ZF₂=2 × ZF₁) derart ausgewählt, daß die zwei Seiten bänder bei HF+2ZF₁ und HF-2ZF₁ auftreten, wie es durch das Bezugszeichen 322 in Fig. 5 angezeigt ist. Dies führt zu einer heißen Kalibrierung (N_H3), einer kalten Kalibrierung (N_C3) und einer dritten Messung (N_MESS3) der Ausgangsrausch leistungsmessungen von:

N_H3 = [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF+2ZF₁ + [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF-2ZF₁ (15)

wie es durch das Bezugszeichen 324 in Fig. 5 angezeigt ist,

N_C3 = [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF+2ZF₁ + [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF-2ZF₁ (16)

wie es durch das Bezugszeichen 326 in Fig. 5 angezeigt ist, und

N_MESS3 = [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT + kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF+2ZF₁ + [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT
+ kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF-2ZF₁ (17)

wie es durch das Bezugszeichen 328 in Fig. 5 angezeigt ist. Alle Rauschleistungen sind in Watt angegeben. Wenn die er sten zwei dieser Ausgangsrauschleistungsmessungen zusammen addiert werden und die dritte subtrahiert wird, ergibt sich:

N_H = N_H1 + N_H2 -N_H3 = 2[(kBT_H + kBT_R)G_R(0)M_H]_HF (18)

N_C = N_C1 + N_C2 -N_C3 = 2[(kBT_C + kBT_R)G_R(0)M_C]_HF (19)

N_MESS = N_MESS1 + N_MESS2 - N_MESS3 = 2[[(kBT_C + kBT_E)G_DUT + kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF (20)

Durch dieses Verfahren wird die Leistung der unerwünschten Seitenbänder eliminiert, und es bleibt lediglich die Rausch leistung bei der erwünschten HF-Frequenz zurück. Fig. 4 stellt dies in graphischer Form dar. Ferner ist die Rausch temperatur T_R des Empfängers 108, wenn er mit einem zu testenden Gerät mit einem Ausgangsreflexionskoeffizienten von Null verbunden ist, mit dem Empfängerrauschfaktor durch dieselben Fehlanpassungsfaktoren wie G_R(0) verbunden:

siehe U. Meier, "Measurements of Non-Matched Twoports with Automatic Noise Figure Meters", Arch. Elektron. Übertra gungstechn., Band 43, Nr. 2, Seiten 125-128, 1989, und U. Meier, J.H. Hinken und M. Ikonomou, "Rauschparameter von GaAs-MESFETs in Flossenleitungstechnik", Kleinheubacher Be richte, Band 32, Seiten 137-145, 1989.

Ein Verbinden dieses mit den Gleichungen (18), (19) und (20) ergibt:

N_H = 2kBG_R(0)[T₀F_R(0) + M_H(T_H - T₀)] (22)

N_C = 2kBG_R(0)[T₀F_R(0) + M_C(T_C - T₀)] (23)

N_MESS = 2kBG_R(0)[T₀F_R(0) + M_DUT(T₀F_DUTG_DUT + T_CG_DUT - T₀G_DUT -T₀)] (24)

Das Abziehen der Gleichung (23) von der Gleichung (24) und das Umordnen ergibt:

Wenn der Einfachheit halber angenommen wird, das T_C gleich T₀ ist, ergeben die Gleichungen (23), (24) und (25):

wie es durch das Bezugszeichen 330 in Fig. 5 angezeigt ist. Die Rauschzahl des Testgerätes ist einfach dessen Rausch faktor in dB ausgedrückt.

Eine Anzahl von Annahmen sind für die obigen Ableitungen vorausgesetzt. Diese Annahmen lauten wie folgt.

Die erste Annahme besteht darin, daß sich die Form des Durchlaßbereichs des Empfängers 108 zwischen den zwei Zwi schenfrequenzen (ZF₁ und ZF₂) nicht ändert. Das HP 8970A Rauschzahlmeßgerät, das als Empfänger 108 verwendet wird, hat eine Bandbreite von etwa 4 MHz. Fig. 4 stellt die ge messenen Rauschleistungen mit idealerweise identischen Band breiten dar. Die Form des Durchlaßbereichs muß nicht ideal sein, aber ein Fehler wird auftreten, wenn sich die Form des Durchlaßbereichs zwischen den zwei Zwischenfrequenzen än dert, nachdem dies die Auslöschung der unerwünschten Seiten bänder nachteilhaft beeinflußt.

Die zweite Annahme besteht darin, daß der Mischer 104 beide Seitenbänder mit derselben Proportion bei jeder ZF abwärts mischt. Von der Leistung, die durch einen Mischer abwärts gemischt wird, wird typischerweise angenommen, daß hier ein Durchschnitt der Leistung in den zwei Seitenbändern ist. Ob wohl es nicht erforderlich ist, daß jedes Seitenband mit derselben Proportion abwärts gemischt wird, wird ein Fehler auftreten, wenn sich die Unsymmetrie bezüglich der unter schiedlichen Zwischenfrequenzen ändert.

Es ist wahrscheinlich, daß die ersten zwei Annahmen zutref fen, vorausgesetzt, daß die Zwischenfrequenz des Empfängers 108 verglichen mit der Empfängerbandbreite hoch ist. Eine 4- MHz-Bandbreite ist z. B. ein bedeutender Abschnitt einer ZF von 10 MHz, so daß die Änderung der Durchlaßbereichform bei der Verwendung von Zwischenfrequenzen von 10 MHz und 20 MHz bedeutender ist, als bei der Verwendung von 100 MHz und 200 MHz.

Die dritte Annahme besteht darin, daß der Empfänger 108 ge nau auf die HF-Meßfrequenz abgestimmt wird. Das HP 8970A Rauschzahlmeßgerät, das als Empfänger 108 verwendet wird, hat einen maximalen Abstimmfehler von ± 6 MHz. Siehe HP 8970A Operating and Service Manual, HP-Artikel-Nr. 08970- 90015, Hewlett-Packard Company, Palo Alto, Kalifornien. Ein Empfängerabstimmfehler könnte wiederum die Auslöschung der unerwünschten Seitenbänder nachteilhaft beeinflussen. Wenn der Empfänger 108 nicht genau auf dieselbe Frequenz wie der Vektornetzwerkanalysator, der verwendet wird, um die S-Para meter zu messen, einstellbar ist, werden ebenfalls Fehler bei der Korrektur einer Impedanzfehlanpassung auftreten. Für moderne Meßempfänger mit synthetisierten Lokaloszillatoren ist diese Annahme gültig. Fehler, die durch Abstimmungenau igkeiten bei der Messung von sehr schlecht angepaßten Gerä ten erzeugt werden, wurden von E.C. Valk, D. Routledge, J.F. Vaneldik und T.L. Landecker, "Microwave Noise Measurement Errors Caused by Frequency Discrepancies and Nonzero Band width", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Band MTT-42, Nr. 6, Seiten 983-989, Dezember 1993 untersucht, sind aber hier wahrscheinlich vernachlässigbar.

Ferner wird angenommen, daß die Umgebungsmeßtemperatur bei 290K stabil ist. Einer von 290K unterschiedlichen Temperatur wird in den Ableitungen ohne weiteres Rechnung getragen, aber wenn sich die Temperatur zwischen den Ausgangsrausch leistungsmessungen, die bei unterschiedlichen Zwischenfre quenzen durchgeführt werden, ändern würde, würde sich ein Fehler ergeben. Von diesem Effekt sei angenommen, daß er vernachlässigbar ist. Siehe M.W. Pospieszalski, "Comments on "Simultaneous Determination of Transistor Noise, Gain and Scattering Parameters for Amplifier Design Through Noise Figure Measurements Only" and reply by G. Martines and M. Sannino", IEEE Trans. Instrum. Meas., Band IM-35, Nr. 2, Seiten 228, Juni 1986 und M.W. Pospieszalski, "Comments on 'A Method for Measurement of Losses in the Noise-Matching Microwave Network While Measuring Transistor Noise Para meters' and reply by G. Martines and M. Sannino", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Band MTT-36, Nr. 1, Seiten 170-172, Januar 1988.

Die letzte Annahme besteht darin, daß der Isolator 110 ideal ist. Von dem Fehler, der durch Verwendung eines realen Iso lators erzeugt wird, sei angenommen, daß es über den inter essierenden Frequenzbereich vernachlässigbar ist.

Das Verfahren zum Bestimmen der Einseitenbandrauschzahl aus Zweiseitenbandmessungen gemäß der Erfindung wurde für aktive und passive Geräte bei Frequenzen im Bereich von 3 GHz bis 4 GHz und mit ZF₁ = 200 MHz und ZF₂ = 400 MHz getestet. Der Gewinn jedes DUT als eine Funktion der Frequenz wurde unter Verwendung eines HP 8510C Vektor-Netzwerkanalysators gemes sen, der von der Hewlett-Packard Company, Palo Alto, Kali fornien erhältlich ist, und die Ausgangsrauschleistungen wurden mit einem HP 8970A Rauschzahlmeßgerät gemessen. Ein 6- dB-Dämpfungsglied und ein gehäuster MMIC-Verstärker wurden als Testgeräte verwendet. Um zu demonstrieren, daß das Ver fahren gemäß der Erfindung genau ist, wurden Testgeräte ge messen, die eine Rauschzahl aufweisen, die sich stark mit der Frequenz ändert. Um dies zu erreichen, wurden Wellen leiterabschnitte (WR-187) mit den Eingängen des Dämpfungs gliedes und des Verstärkers verbunden, und die Rauschzahlen der sich ergebenden Kaskaden wurden etwa bei der Grenzfre quenz des Wellenleiters, wo sich die Dämpfung scharf ändert, gemessen.

Fig. 6 stellt die Zweiseitenband-Rauschzahl und die verfüg bare Dämpfung der Wellenleiter/Dämpfungsglied-Kaskade dar, um darzustellen, wie eine DSB-Rauschzahlmessung von dem er warteten Wert bei einer bestimmten Frequenz für Testgeräte abweicht, die keine flache Frequenzantwort haben, und daß das Ergebnis von der ZF abhängt, wie es erwartet wurde. Die Rauschzahl sollte für ein passives Gerät gleich der verfüg baren Dämpfung sein.

Die Rauschzahl, die unter Verwendung der Gleichung (26) für die Wellenleiter/Dämpfungsglied-Kaskade berechnet wurde, und die verfügbare Dämpfung des Testgerätes sind in Fig. 7 dar gestellt. Es kann gesehen werden, daß das Verfahren zum Be stimmen der Einseitenband-Rauschzahl aus Zweiseitenband-Mes sungen gemäß dem Verfahren der Erfindung Rauschzahlen er zeugt, die fast auf den möglichen Dämpfungswerten liegen, anders als bei den äquivalenten Zweiseitenbandmessungen, die in Fig. 6 gezeigt sind.

Die Rauschzahl, die unter Verwendung der Gleichung (26) für die Wellenleiter/Verstärker-Kaskade berechnet wurde, ist in Fig. 8 dargestellt. Die äquivalenten Rauschzahlen, die durch eine DSB-Rauschleistungsmessung mit kleiner ZF berechnet wurden, und die verfügbare Dämpfung sind zum Vergleich eben falls dargestellt. Die Rauschzahl bei Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz des Wellenleiters ist aufgrund des Ver lustes, der durch den Wellenleiter hinzugefügt wird, hoch. Die Rauschzahl des Testgeräts sollte deshalb derselben Form der Dämpfung folgen, obwohl die Rauschzahl aufgrund des Rauschens, das durch den Verstärker hinzugefügt wird, einen höheren Wert aufweist.

Fig. 9 stellt abschließend, als einen Test der Impedanz- Fehlanpassungskorrekturprozedur, den verfügbaren Gewinn und die Rauschzahl eines passiven, mechanischen Abstimmgliedes dar, das eingestellt ist, um eine schlechte Eingangs- und Ausgangs-Anpassung zu schaffen. Die gemessene Rauschzahl, die gezeigt ist, wurde aus der Gleichung (26) bestimmt, und unter der Annahme eines perfekt angepaßten Testgerätes (d. h. alle Fehlanpassungsfaktoren sind gleich 1 und G_DUT = 21²) berechnet. Es kann gesehen werden, daß die Ergebnisse, die ein perfekt angepaßtes Testgerät annehmen, erhebliche Fehler aufweisen, während die Fehlanpassungs-korrigierten Ergeb nisse eine Rauschzahl erzeugen, die nahe an dem erwarteten Wert liegt (innerhalb des Fehlers, der durch Jitter erzeugt wird).

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß es gut bekannt ist, daß eine Zweiseitenband-Rauschzahlmessung dazu neigt, einen Fehler aufzuweisen, wenn das Testgerät keine flache Frequenzantwort aufweist. Aus Fig. 6 kann gesehen werden, daß sich die DSB-Rauschzahlmessung bezüglich einer 6-dB- Wellenleiter/Dämpfungsglied-Kaskade von dem erwarteten Wert etwa bei der Grenzfrequenz des Wellenleiters, bei der die Rauschzahl frequenzabhängig ist, unterscheidet, und bei höheren Frequenzen mit dieser übereinstimmt, bei denen die Antwort flacher als erwartet ist. Das Verfahren zum Bestim men der Einseitenband-Rauschzahl aus Zweiseitenband-Messun gen in Übereinstimmung mit der Erfindung wurde sowohl auf die Kalibrierung als auch auf die Messung erfolgreich ange wendet, um die unerwünschten Seitenbänder herauszulöschen, und um Einseitenband-Rauschzahlen über den gesamten Meß frequenzbereich ohne die Notwendigkeit teuerer Filter zu erreichen. Eine vollständige Impedanz-Fehlanpassungskorrek tur kann in das Verfahren eingeschlossen werden, und Fig. 9 zeigt, daß dies die Genauigkeit der Messungen für fehlerhaft angepaßte Testgeräte verbessert hat.

Das Verfahren zum Bestimmen der Einseitenband-Rauschzahl aus Zweiseitenband-Messungen gemäß der Erfindung erfordert die Verwendung von drei Rauschleistungsmessungen pro Frequenz. Obwohl dies bei Messungen über einen Frequenzbereich zeit aufwendiger erscheint als bei herkömmlichen Techniken, müssen, wenn die ZF und der Frequenzschritt sorgfältig aus gewählt sind, lediglich etwas mehr als die herkömmliche An zahl von Messungen durchgeführt werden. Die zusätzlichen Messungen werden hauptsächlich bei denselben Frequenzen durchgeführt, wie bei denjenigen, die bei herkömmlichen Techniken erforderlich sind, mit lediglich zwei hinzuge fügten Frequenzpunkten, die in dem Frequenzbereich notwendig sind. Eine Anzahl von Annahmen wurde für dieses Verfahren getroffen, aber es wird davon ausgegangen, daß, vorausge setzt, daß die Zwischenfrequenz verglichen mit der Empfän gerbandbreite groß genug ist, die Fehler aufgrund dieser Annahmen vernachlässigbar sein werden.

Es ist offensichtlich, daß die beschriebenen Ausführungs beispiele der vorliegenden Erfindung verschiedenen Modifi kationen Änderungen und Anpassungen ausgesetzt werden kön nen. Obwohl eine externe Steuerung 112 in Fig. 2A und 2B gezeigt ist, kann die Steuerung z. B. alternativ eine interne Steuerung sein, wie z. B. ein Mikroprozessor, der in dem Emp fänger 108 eingebaut ist. Ferner kann die Rauschdiode, die in der Rauschquelle 102 eingebaut ist, alternativ ein Wider stand sein, der durch einen Ofen aufgeheizt wird, und durch flüssigen Stickstoff abgekühlt wird, um den heißen bzw. den kalten Zustand der Rauschquelle zu erzeugen. Die Rauschquel le 102 kann ebenfalls eine Gasentladungsröhre sein, die ein- oder ausgeschaltet ist, oder sie kann eine Antenne sein, die abwechselnd auf den Boden (oder einen Funkstern) und auf den leeren Himmel gerichtet ist, um den heißen bzw. kalten Zu stand zu erzeugen.

Claims

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Einseitenband-Rauschzahl für ein zu testendes Gerät (DUT) bei einer gegebenen HF-Meßfrequenz, mit folgenden Merkmalen:
einer Rauschquelle (102) mit einem Ausgang;
einem Mischer (104) mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang;
einem zu testenden Gerät (DUT) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der Rauschquelle (102) verbunden ist, und einem Ausgang, der mit dem ersten Eingang des Mi schers (104) verbunden ist;
einem Lokaloszillator (106) zum Erzeugen eines Lokal oszillatorsignals mit einstellbarer Frequenz, wobei der Lokaloszillator (106) einen Ausgang aufweist, der mit dem zweiten Eingang des Mischers (104) verbunden ist;
einem einstellbaren Zwischenfrequenzempfänger (108) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des Mischers (106) verbunden ist, zum Mischen der Ausgangsrauschleistung des zu testenden Geräts (DUT); und
einer Steuerung (112), die mit dem Lokaloszillator (106) und dem Empfänger (108) verbunden ist;
wobei der Lokaloszillator (106) durch die Steuerung (112) gesteuert ist, um getrennt drei Lokaloszillator signale zu erzeugen, die ein erstes Lokaloszillator signal mit einer Frequenz höher als die gegebene HF-Meß frequenz, ein zweites Lokaloszillatorsignal mit einer Frequenz niedriger als die gegebene HF-Meßfrequenz und ein drittes Lokaloszillatorsignal mit einer Frequenz bei der gegebenen HF-Meßfrequenz umfassen;
wobei der Empfänger (108) durch die Steuerung (112) ge steuert ist, um eine erste Ausgangsrauschleistung des zu testenden Gerätes (DUT) bei einer ersten vorbestimmten Zwischenfrequenz, wenn der Lokaloszillator das erste Lo kaloszillatorsignal erzeugt, eine zweite Ausgangsrausch leistung des zu testenden Gerätes (DUT) bei einer vorbe stimmten Zwischenfrequenz, wenn der Lokaloszillator das zweite Lokaloszillatorsignal erzeugt, und eine dritte Ausgangsrauschleistung des zu testenden Gerätes (DUT) bei einer zweiten vorbestimmten Zwischenfrequenz, die das doppelte der ersten Zwischenfrequenz ist, wenn der Lokaloszillator das dritte Lokaloszillatorsignal er zeugt, zu messen; und
wobei die Steuerung (112) die erste, zweite und dritte Ausgangsrauschleistungsmessung zum Auslöschen der Bild rauschleistung kombiniert, um eine Einseitenband-Rausch zahlmessung für das zu testende Gerät (DUT) zu schaffen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der einstellbare Zwischenfrequenzempfänger (108) ein Rauschzahlmeßgerät ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Steue rung die erste, zweite und dritte Ausgangsrauschlei stungsmessung zum Auslöschen der Bildrauschleistung kom biniert, um eine Einseitenband-Rauschzahlmessung für das zu testende Gerät (DUT) zu schaffen, durch Addieren der ersten Ausgangsrauschleistungsmessung und der zweiten Ausgangsrauschleistungsmessung und durch Abziehen der dritten Ausgangsrauschleistungsmessung, um eine unkor rigierte Einseitenband-Rauschzahlmessung für das zu testende Gerät (DUT) zu schaffen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner einen Isolator umfaßt, der einen Eingang, der mit dem Ausgang des zu testenden Gerätes (DUT) verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem ersten Eingang des Mi schers (106) verbunden ist, aufweist, um eine Korrektur zu vereinfachen, um die Änderung der Rauschzahl und des Gewinns des Empfängers (108) durch eine Rauschquellenim pedanz-Fehlanpassung mit einzubeziehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Steuerung (112) eine externe Steuerung ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Steuerung (112) eine interne Steuerung ist, die in den abstimmbaren Zwischenfrequenzempfänger (108) ein gebaut ist.

7. Verfahren zum Bestimmen der Einseitenband-Rauschzahl für ein zu testendes Gerät (DUT) bei einer gegebenen HF-Meß frequenz, mit folgenden Verfahrensschritten:
Verbinden eines Eingangs des zu testenden Geräts (DUT) mit einem Ausgang einer Rauschquelle (102);
Verbinden eines Ausgangs des zu testenden Gerätes mit einem ersten Eingang eines Mischers (104);
Verbinden eines Lokaloszillators (106) mit einem zweiten Eingang des Mischers (104);
Verbinden eines Ausgangs des Mischers (104) mit einem einstellbaren Zwischenfrequenzempfänger (108);
Erzeugen eines ersten Lokaloszillatorsignals mit einer Frequenz höher als die gegebene HF-Meßfrequenz (200);
Auswählen einer ersten Empfängerzwischenfrequenz (ZF₁) derart, daß die zwei Seitenbänder bei der gegebenen HF- Meßfrequenz und bei HF+2ZF₁ auftreten (202);
Messen einer ersten Ausgangsrauschleistung mit dem Emp fänger: N₁ = (FGN_i)_HF + (FGN_i)_HF+2ZF₁,während das erste Lokaloszillatorsignal erzeugt wird, und die erste Empfängerzwischenfrequenz ausgewählt ist (204);
Erzeugen eines zweiten Lokaloszillatorsignals mit einer Frequenz niedriger als die gegebene HF-Meßfrequenz (206);
Auswählen der ersten Empfängerzwischenfrequenz (ZF₁) derart, daß die zwei gemessenen Seitenbänder bei der ge gebenen HF-Meßfrequenz und bei HF-2ZF₁ auftreten (208);
Messen einer zweiten Ausgangsrauschleistung mit dem Emp fänger (108):N₂ = (FGN_i)_HF + (FGN_i)_HF-2ZF₁,während das zweite Lokaloszillatorsignal erzeugt wird, und die erste Empfängerzwischenfrequenz ausgewählt ist (210);
Erzeugen eines dritten Lokaloszillatorsignals mit einer Frequenz, die gleich der gegebenen HF-Meßfrequenz ist (212);
Auswählen einer zweiten Empfängerzwischenfrequenz (ZF₂) als das doppelte der ersten Zwischenfrequenz (ZF₂ = 2 × ZF₁) derart, daß zwei gemessene Seitenbänder bei HF+2ZF₁ und HF-ZF₁ auftreten (214);
Messen einer dritten Ausgangsrauschleistung mit dem Emp fänger (108):N₃ = (FGN_i)_HF+2ZF₁ + (FGN_i)_HF-2ZF₁,während das dritte Lokaloszillatorsignal erzeugt wird, und die zweite Empfängerzwischenfrequenz ausgewählt ist (216);
Verbinden der ersten, zweiten und dritten Rauschlei stungsmessung durch Addieren der ersten und der zweiten, und durch Subtrahieren der dritten:N₁ + N₂ - N₃ = 2(FGN_i)_HF,um die Leistung der unerwünschten Seitenbänder zu eli minieren, und lediglich die Rauschleistung bei der ge gebenen HF-Meßfrequenz zu erhalten; und
Bestimmen der Einseitenband-Rauschzahl für das zu te stende Gerät (DUT) als: wobei N_i das Rauschleistungseingangssignal darstellt, und G den Gewinn des zu testenden Geräts (DUT) darstellt (218).

8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner folgende Verfah rensschritte aufweist:
Trennen des Eingangs des zu testenden Geräts (DUT) von dem Ausgang der Rauschquelle (102) und des Ausgangs des zu testenden Geräts (DUT) von dem ersten Eingang des Mischers (104);
Verbinden eines Eingangs des Isolators (110) mit dem Ausgang der Rauschquelle (102) und eines Ausgangs des Isolators (110) mit dem ersten Eingang des Mischers (104);
Messen der S-Parameter des zu testenden Geräts (DUT) mit einem Vektor-Netzwerkanalysator, um die verfügbaren Ge winndaten zu erzeugen;
Messen der S-Parameter des Isolators (110) mit dem Vek tor-Netzwerkanalysator, um erste Kalibrierungsdaten zu erzeugen;
Messen eines Ausgangsreflexionskoeffizienten der Rausch quelle (102) in ihrem heißen und in ihrem kalten Zustand mit dem Vektor-Netzwerkanalysator, um zweite Kalibrie rungsdaten zu erzeugen; und
Korrigieren der Ausgangsrauschleistungsmessungen sowohl für eine Änderung der Ausgangsimpedanz der Rauschquelle (102) als auch für eine Rauschquellenimpedanz-Fehlan passung bezüglich des Empfängers (108) unter Verwendung der verfügbaren Gewinndaten und der ersten und zweiten Kalibrierungsdaten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der kalte Zustand der Rauschquelle (102) derjenige ist, bei dem eine Rausch diode, die in die Rauschquelle (102) eingebaut ist, "ausgeschaltet" ist, so daß die Rauschquelle (102) als ein Widerstand bei Raumtemperatur erscheint, dessen Wert gleich einer charakteristischen Impedanz ist, und bei dem der heiße Zustand der Rauschquelle (102) derjenige ist, bei dem die Rauschdiode "eingeschaltet" ist, so daß die Rauschquelle (102) als ein Widerstand auf einer er höhten Temperatur erscheint.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die charakteristische Impedanz 50 Ohm beträgt.

11. Ein Verfahren zum Bestimmen der Einseitenband-Rauschzahl für ein zu testendes Gerät (DUT) einer gegebenen HF-Meß frequenz, das folgende Verfahrensschritte aufweist:
Messen der S-Parameter für ein zu testendes Gerät (DUT) mit einem Vektor-Netzwerkanalysator (298);
Messen der S-Parameter eines Isolators (110) mit dem Vektor-Netzwerkanalysator (298);
Messen eines Ausgangsreflexionskoeffizienten einer Rau schquelle (102) in deren heißem und kaltem Zustand mit dem Vektor-Netzwerkanalysator;
Verbinden eines Eingangs des Isolators (110) mit einem Ausgang der Rauschquelle (102) und einen Ausgang des Isolators (110) mit einem ersten Eingang des Mischers (104);
Verbinden eines Lokaloszillators (106) mit einem zweiten Eingang des Mischers (104);
Verbinden eines Ausgangs des Mischers (104) mit einem abstimmbaren Zwischenfrequenzempfänger (108);
Erzeugen eines ersten Lokaloszillatorsignals mit einer Frequenz höher als die gegebene HF-Meßfrequenz (300);
Auswählen einer ersten Empfängerzwischenfrequenz (ZF₁) derart, daß zwei gemessene Seitenbänder bei der gegebe nen HF-Meßfrequenz und bei HF+2ZF₁ auftreten (302);
Durchführen einer ersten heißen Kalibrierungsmessung (N_H1) mit dem Empfänger (304): N_H1 = [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF + [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF+2ZF₁;Durchführen einer ersten kalten Kalibrierungsmessung (N_C1) mit dem Empfänger (306):N_C1 = [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C)_HF + [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C)_HF+2ZF₁;Verbinden eines Eingangs des zu testenden Gerätes (DUT) mit dem Ausgang der Rauschquelle (102) und eines Aus gangs des zu testenden Gerätes (DUT) mit dem Eingang des Isolators (110);
Durchführen einer ersten Ausgangsrauschleistungsmessung (N_MESS1) mit dem Empfänger (308):N_MESS1 = [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT + kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF + [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT
+ kBT_RG_R(0)M_DUT]_HF+2ZF₁;Trennen des Eingangs des zu testenden Gerätes (DUT) von dem Ausgang der Rauschquelle (102) und des Ausgangs des zu testenden Gerätes (DUT) von dem Eingang des Isolators (110);
Verbinden des Ausgangs der Rauschquelle (102) mit dem Eingang des Isolators (110);
Erzeugen eines zweiten Lokaloszillatorsignals mit einer Frequenz niedriger als die gegebene HF-Meßfrequenz (310);
Auswählen einer ersten Empfängerzwischenfrequenz (ZF₁) derart, daß zwei gemessene Seitenbänder bei der gegebe nen HF-Meßfrequenz und bei HF-2ZF₁ auftreten (312);
Durchführen einer zweiten heißen Kalibrierungsmessung (N_H2) mit dem Empfänger (314):N_H2 = [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF + [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF-2ZF₁;Durchführen einer zweiten kalten Kalibrierungsmessung (N_C2) mit dem Empfänger (316):N_C2 = [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF + [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF-2ZF₁;Verbinden des Eingangs des zu testenden Gerätes (DUT) mit dem Ausgang der Rauschquelle (102) und des Ausgangs des zu testenden Gerätes (DUT) mit dem Eingang des Iso lators (110);
Durchführen einer zweiten Ausgangsrauschleistungsmessung (N_MESS2) mit dem Empfänger (318):N_MESS2 = [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT + kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF + [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT
+ kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF-2ZF₁;Trennen des Eingangs des zu testenden Gerätes (DUT) von dem Ausgang der Rauschquelle (102) und des Ausgangs des zu testenden Gerätes (DUT) von dem Eingang des Isolators (110);
Verbinden des Ausgangs der Rauschquelle (102) mit dem Eingang des Isolators (110);
Erzeugen eines dritten Lokaloszillatorsignals mit einer Frequenz gleich der gegebenen HF-Meßfrequenz (320);
Auswählen einer zweiten Empfängerzwischenfrequenz (ZF₂), die als das doppelte der ersten Zwischenfrequenz (ZF₂ = 2×ZF₁) derart ausgewählt ist, daß zwei gemessene Seiten bänder bei HF+2ZF₁ und bei HF-2ZF₁ auftreten (322);
Durchführen einer dritten heißen Kalibrierungsmessung (N_H3) mit dem Empfänger (324):N_H3 = [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF+2ZF₁ + [(kBT_H+kBT_R)G_R(0)M_H]_HF-2ZF₁;Durchführen einer dritten kalten Kalibrierungsmessung (N_C3) mit dem Empfänger (326):N_C3 = [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF+2ZF₁ + [(kBT_C+kBT_R)G_R(0)M_C]_HF-2ZF₁Verbinden des Eingangs des zu testenden Gerätes (DUT) mit dem Ausgang der Rauschquelle (102) und des Ausgangs des zu testenden Gerätes (DUT) mit dem Eingang des Iso lators (110);
Durchführen einer dritten Ausgangsrauschleistungsmessung (N_MESS3) mit dem Empfänger (328):N_MESS3 = [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT + kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF+2ZF₁ + [[(kBT_C+kBT_E)G_DUT
+ kBT_R]G_R(0)M_DUT]_HF-2ZF₁;und
Bestimmen der Einseitenband-Rauschzahl für das zu te stende Gerät (DUT) zu: mit N_MESS = N_MESS1 + N_MESS2 - N_MESS3, N_H = N_H1 + N_H2 N_H3, N_C = N_C1 + N_C2 - N_C3, G_R(0) ist der verfügbare Ge winn des Empfängers (108), wenn ein Reflexionskoeffi zient von Null mit dem Empfängereingang verbunden ist, T_H und T_C = T₀ sind die Temperaturen der Rauschquelle (102) in ihrem heißen und in ihrem kalten Zustand, T_R und T_E sind die effektiven Eingangsrauschtemperaturen des Empfängers (108) bzw. des zu testenden Gerätes (DUT), G_DUT ist der verfügbare Gewinn des zu testenden Gerätes DUT bei einer bestimmten Frequenz, und ist aus dessen S-Parametern und aus dem Ausgangsreflexionskoef fizienten der Rauschquelle (102) unter Verwendung der folgenden Beziehung berechnet: wobei B die Meßbandbreite darstellt, und k die Boltz mann-Konstante ist (320).

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der kalte Zustand der Rauschquelle (102) derjenige ist, bei dem eine Rauschdiode, die in der Rauschquelle (102) eingebaut ist "ausgeschaltet" ist, so daß die Rauschquelle (102) als ein Widerstand bei Raumtemperatur erscheint, dessen Wert gleich einer charakteristischen Impedanz ist, und bei dem der heiße Zustand der Rauschquelle (102) derjenige Zustand ist, bei dem die Rauschdiode "eingeschaltet" ist, so daß die Rauschquelle als ein Widerstand auf einer erhöhten Temperatur erscheint.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die charakteristi sche Impedanz 50 Ohm beträgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem, wenn der Reflexionskoeffizient nicht Null ist, der ver fügbare Gewinn des Empfängers (108) über die folgenden Fehlanpassungsfaktoren mit G_R(0) in Beziehung steht: wobei Γ_AUS der Ausgangsreflexionskoeffizient des zu testenden Gerätes (DUT) ist, wenn es mit der Rauschquelle (102) verbunden ist, Γ_SH und Γ_SC sind die Ausgangsreflexionskoeffizienten der Rauschquelle (102) in ihrem heißen bzw. kalten Zustand, und S_11ISL stellt S₁₁ des Isolators (110) dar.