JPH09211047A - 雑音測定器 - Google Patents

雑音測定器

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JPH09211047A
JPH09211047A JP1990496A JP1990496A JPH09211047A JP H09211047 A JPH09211047 A JP H09211047A JP 1990496 A JP1990496 A JP 1990496A JP 1990496 A JP1990496 A JP 1990496A JP H09211047 A JPH09211047 A JP H09211047A
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JP
Japan
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noise
measuring device
level
reference signal
output
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Application number
JP1990496A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Mimura
哲也 三村
Shoichi Narahashi
祥一 楢橋
Toshio Nojima
俊雄 野島
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 雑音電力を高感度かつ高精度に測定する。 【解決手段】 この発明の雑音測定器は、冷却手段12
で冷却される低雑音増幅器11を有する受信部13と、
所望の周波数の基準信号を所望の電力で出力すると共に
その電力を表示する基準信号源14と、受信部の出力と
基準信号源の出力とを切換えるスイッチ5と、その後段
に接続されたレベル測定器3とより成る測定部15とよ
り成る。切換スイッチ5を基準信号源側に切換えたとき
のレベル測定器の振れが、受信部側に切換えたときの振
れに等しくなるように、基準信号源の出力レベルを調整
し、そのときの出力レベルの表示値から入力雑音を測定
する。受信部に超電導フィルタを挿入したり、レベル測
定器の前段に低雑音前置増幅器を挿入したり、入力端子
1の前にアンテナを挿入したり、レベル測定器としてス
ペクトラムアナライザや選択レベル計を用いることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱雑音、都市雑音
等のアンテナ受信雑音や、電子機器から発生する雑音等
の電力を測定する測定器に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来の雑音測定器の一構成例を
示すブロック図である。図6の雑音測定器は雑音入力端
子1と低雑音前置増幅器2およびレベル測定器3により
構成される。測定の対象となる雑音発生源は雑音入力端
子1に接続される。ここで、雑音発生源は例えばアンテ
ナや電子機器などである。レベル測定器3としては例え
ばスペクトラムアナライザや選択レベル計等が用いられ
る。
【0003】レベル測定器3で測定される雑音電力P
は、雑音入力端子1に入力される雑音Tinと、測定器側
(主に増幅器2)で発生する雑音Tsys の和で表され
る。ただし、TinおよびTsys は雑音レベルを雑音温度
で表したものである。一般に雑音温度Tと雑音電力Pと
の間には P=kTB …(1) の関係がある。kはボルツマン定数、Bは帯域幅であ
る。
【0004】図6において、増幅器2の利得をG、レベ
ル測定器3の測定値をPとすれば P=k(Tin+Tsys )BG …(2) ∴ Tin=P/kBG−Tsys …(3) 従って、測定系の雑音温度Tsys が判れば上式よりTin
が求められる。測定系の雑音温度Tsys は、雑音温度が
既知の基準雑音源Ta ,Tb を入力端子1にそれぞれ接
続し、そのときの測定値をPa ,Pb とすると、 Pa =k(Ta +Tsys )BG …(4) Pb =k(Tb +Tsys )BG …(5) Pa とPb の比をγと置くと、 γ≡Pa /Pb =(Ta +Tsys )/(Tb +Tsys ) …(6) ∴ Tsys =(Ta −γTb )/(γ−1) …(7) (7)式よりTsys を求めることができる。
【0005】図7は従来の雑音測定器の他の構成例を示
す図である。図7の雑音測定器は雑音入力端子1と基準
雑音源4と切換スイッチ5と低雑音前置増幅器2および
電力計6により構成される。基準雑音源4としては例え
ば一定の温度に保たれた整合負荷が用いられる。切換ス
イッチ5を雑音入力端子1側に切り換えたとき、電力計
6で測定される雑音レベルPc は Pc =k(Tin+Tsys )BG …(8) 次に、切換スイッチ5を基準雑音源4側に切り換えたと
き、電力計6で測定される雑音レベルPd は Pd =k(Ts +Tsys )BG …(9) Ts は基準雑音源4の雑音温度である。
【0006】Pc とPd の比をβと置けば β≡Pc /Pd =(Tin+Tsys )/(Ts +Tsys ) …(10) Tin+Tsys =βTs +βTsys ∴ Tin=(β−1)Tsys +βTs …(11) Tsys はスイッチ5を入力端子1側に切換え、図6の場
合と同様に、雑音温度が既知の雑音源Ta ,Tb を入力
して、そのときの測定値の比γ≡Pa /Pb を用いて
(7)式より求めることができる。Ts は既知であるの
で、(11)式よりTinが求められる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の雑音測定器は以
上のように構成されるが、図6の構成の場合、Tinをレ
ベル測定器3の測定値Pから直接換算するため、Tinの
精度はレベル測定器3の精度によって決まってしまい、
十分な精度が得られない。また、感度は測定器の等価雑
音温度Tsys によって制限され、Tsys が大きいほど感
度は低くなる。図7の構成の場合も同様にTsys によっ
て感度が制限される。また、図7に示した測定器では、
TinおよびTs をいずれも熱雑音(周波数特性がほぼ平
坦)と仮定している。しかし、雑音入力端子1にアンテ
ナを接続するような場合には、空間の電波を受信するた
めに、図8に示すように特定の周波数においてレベルが
高くなるようなスペクトル分布となる場合がある。この
場合、Pcはピークの電力を含んだレベルとなるので、
比較によって正確なTinを求めることができない。
【0008】この発明は、所望の周波数における雑音電
力を、極めて高感度かつ高精度に測定することのできる
雑音測定器を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1の雑音測定器は、雑音入力端子と該雑音
入力端子の後段に接続された低雑音増幅器と、その低雑
音増幅器を冷却する手段とを有する受信部と、所望の周
波数の基準信号を所望の電力で出力すると共にその電力
を表示する基準信号源と、前記受信部の出力と前記基準
信号源の出力とを切換えるスイッチ手段と、そのスイッ
チ手段の後段に接続されたレベル測定器とより成る測定
部とを有する。
【0010】スイッチ手段を基準信号源側に切換えたと
きの前記レベル測定器の振れが、受信部側に切換えたと
きの振れに等しくなるように、基準信号源の出力レベル
を調整し、そのときの出力レベルの表示値から入力雑音
電力を測定する。 (2)請求項2の発明は、前記(1)において、受信部
に前記冷却手段で冷却される超電導フィルタを挿入す
る。 (3)請求項3の発明は、前記(1)において、測定部
のスイッチ手段とレベル測定器の間に低雑音前置増幅器
を挿入する。 (4)請求項4の発明は、前記(1)において、基準信
号源を、信号発生器と、その信号発生器の出力を分配す
る分配器と、分配器の一方の出力側に接続された電力計
と、他方の出力側に接続された可変減衰器により構成す
る。 (5)請求項5の発明は、前記(1)において、雑音入
力端子にアンテナを接続する。 (6)請求項6の発明は、前記(1)において、レベル
測定器としてスペクトラムアナライザを用いる。 (7)請求項7の発明は、前記(1)において、レベル
測定器として選択レベル計を用いる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1の実施例を参照して発明の実
施の形態を説明する。この発明の雑音測定器は、雑音入
力端子1と低雑音増幅器11と冷却手段12からなる受
信部13、基準信号源14、切換スイッチ5とレベル測
定器3からなる測定部15で構成される。低雑音増幅器
11は低雑音のGaAsFETや更に低雑音のHEMT
(High Electron Mobility T
ransistor)等で構成され、冷却手段12を用
いて例えば80Kといった極低温に冷却される。冷却手
段12は、例えばヘリウムガスの熱交換サイクルを利用
した極低温冷凍機であり、市販品を利用することができ
る。あるいは液体窒素や液体ヘリウム等を用いて冷却す
ることも可能である。基準信号源14は所望の電力で所
望の周波数の基準信号を正確に出力すると共に、その出
力電力を表示(または報知)することのできる信号発生
器を用いればよい。
【0012】次に測定手順を示す。まず、測定の対象と
なる雑音発生源を雑音入力端子1に接続し、切換スイッ
チ5を受信部13側に切り換える。このときレベル測定
器3で測定されるレベルは Pin=k(Tin+Tsys )BG …(12) ここでGは低雑音増幅器11の利得である。
【0013】次に、切換スイッチ5を基準信号出力部1
4側に切り換えて、レベル測定器3の振れがPinと同じ
になるように基準信号の出力レベルPref を調整する。
このときPref は測定系で発生する雑音レベルと比べて
十分大きいため、レベル測定器3の振れはPref に等し
いと考えられる。従って、以下の式が成り立つ。 Pref =k(Tin+Tsys )BG …(13) ∴ Tin=Pref /kBG−Tsys …(14) Pref は既知であり、Tsys は例えば図6及び図7の場
合と同様にして求めることができるので、Tinは(1
4)式から求められる。
【0014】受信部13に低雑音増幅器11を使用し、
冷却手段12で冷却することにより、Tsys が従来に比
べて格段に小さくなり高感度な測定が可能となる。ま
た、レベル測定器3をレベル比較のために用い、絶対的
な電力レベルはPref から換算するので高精度な雑音電
力の測定ができる。図2に示すように、受信部13を雑
音入力端子1と低雑音増幅器11と、その後段に接続さ
れた超電導フィルタ21および冷却手段12で構成する
ことができる(請求項2)。超電導フィルタ21は例え
ばストリップ線路形フィルタの信号用導体を超電導体で
構成することにより実現できる。超電導フィルタ21を
用いることにより、低損失で非常に急峻な減衰特性をも
つ帯域通過フィルタが実現でき、測定帯域外の不要な信
号がレベル測定器3に入力されるのを防ぐことができ
る。また、都市部などアンテナ受信電力の大きい場所に
おいてアンテナ受信雑音を測定する場合には、低雑音増
幅器11が過大入力を受けて飽和領域近傍で動作するこ
とを防ぐために、図3に示すように低雑音増幅器11の
前段にフィルタを用いなければならない場合もある。こ
のような場合においても低損失の超電導フィルタを用い
ることによりTsys を小さくすることができる。
【0015】図4に示すようにレベル測定器3の前段に
低雑音前置増幅器2を設けてもよい(請求項3)。レベ
ル測定器への入力レベルがそれだけ高くなって、相対的
にレベル測定器3で発生する雑音が小さくなって、Tsy
s へ与える影響をほとんど無くすことができる。図5に
示すように基準信号源14を、信号発生器31、分配器
32、電力計6および可変減衰器33により構成できる
(請求項4)。信号発生器31から出力された基準信号
は分配器32により二分配される。分配器32の一方の
出力は電力計6に入力され、他方の出力は可変減衰器3
3を介して基準信号源14の出力端に出力される。分配
器32および可変減衰器33の挿入損失をあらかじめ校
正しておくことにより、電力計6の表示値と可変減衰器
33の表示値からPref の値を知ることができる。電力
計6の測定値から換算を行うので、Pref を高精度に設
定することができる。
【0016】図1乃至図3において、雑音入力端子1の
前段に接続したアンテナを雑音測定器に含めるのが請求
項5の発明である。アンテナを雑音入力端子1に接続す
ることにより、都市雑音、地表雑音、宇宙雑音等を測定
できる雑音測定器を構成できる。図1および図4におい
て、レベル測定器3としてスペクトラムアナラザを用い
たのが請求項6の発明である。スペクトラムアナライザ
を用いることにより、雑音電力を測定するのと同時に入
力された雑音のスペクトルを観測することができ、図8
に示したように特定の周波数においてレベルが高くなる
ようなスペクトル分布をもつ入力の場合でも、その周波
数を避けて測定を行うことにより正確な雑音測定が可能
となる。
【0017】図1および図4において、レベル測定器3
として選択レベル計を用いたのが請求項7の発明であ
る。選択レベル計を用いることにより特定の周波数にお
ける雑音電力を簡単に測定することができる。
【0018】
【発明の効果】 以上説明したように本発明によれば、受信部13を冷
却することにより受信部13で発生する測定系の雑音を
小さくすることができるので、高感度な測定が可能とな
る。 また、絶対的な電力レベルは基準信号源14の表示す
る高精度な出力レベルから換算するので高精度な雑音測
定が可能である。
【0019】本発明は、熱雑音や都市雑音などのアン
テナ受信雑音の測定、増幅器やミキサなどの発生する雑
音の測定はもとより、微弱な宇宙雑音を観測する電波天
文にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明の実施例を示すブロック図。
【図2】請求項2の発明の実施例を示す受信部のブロッ
ク図。
【図3】請求項2の発明の他の実施例を示す受信部のブ
ロック図。
【図4】請求項3の発明の実施例を示す測定部のブロッ
ク図。
【図5】請求項4の発明の実施例を示す基準信号源のブ
ロック図。
【図6】従来の雑音測定器の一例を示すブロック図。
【図7】従来の雑音測定器の他の例を示すブロック図。
【図8】アンテナ受信雑音の電力スペクトル分布の一例
を示す図。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 雑音入力端子と該雑音入力端子の後段に
    接続された低雑音増幅器と、その低雑音増幅器を冷却す
    る手段とを有する受信部と、 所望の周波数の基準信号を所望の電力で出力すると共に
    その電力を表示する基準信号源と、 前記受信部の出力と前記基準信号源の出力とを切換える
    スイッチ手段と、そのスイッチ手段の後段に接続された
    レベル測定器とにより成る測定部とを備え、 前記スイッチ手段を前記基準信号源側に切換えたときの
    前記レベル測定器の振れが、前記受信部側に切換えたと
    きの振れに等しくなるように、前記基準信号源の出力レ
    ベルを調整し、そのときの出力レベルの表示値から入力
    雑音電力を測定することを特徴とする雑音測定器。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記受信部が前記冷
    却手段で冷却される超電導フィルタを有することを特徴
    とする雑音測定器。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記測定部が前記ス
    イッチ手段と前記レベル測定器の間に低雑音前置増幅器
    を有することを特徴とする雑音測定器。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記基準信号源が、
    信号発生器と、該信号発生器の出力を二分配する分配器
    と、該分配器の一方の出力側に接続された電力計と、上
    記分配器の他方の出力側に接続された可変減衰器により
    構成されることを特徴とする雑音測定器。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記雑音入力端子の
    前段に接続されたアンテナを具備することを特徴とする
    雑音測定器。
  6. 【請求項6】 請求項1において、前記レベル測定器が
    スペクトラムアナライザであることを特徴とする雑音測
    定器。
  7. 【請求項7】 請求項1において、前記レベル測定器が
    選択レベル計であることを特徴とする雑音測定器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112067915A (zh) * 2020-08-04 2020-12-11 中电科仪器仪表有限公司 一种噪声源定标系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112067915A (zh) * 2020-08-04 2020-12-11 中电科仪器仪表有限公司 一种噪声源定标系统

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