KR0158791B1 - 노이즈 측정 시험 시스템 - Google Patents

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KR0158791B1 KR1019960019959A KR19960019959A KR0158791B1 KR 0158791 B1 KR0158791 B1 KR 0158791B1 KR 1019960019959 A KR1019960019959 A KR 1019960019959A KR 19960019959 A KR19960019959 A KR 19960019959A KR 0158791 B1 KR0158791 B1 KR 0158791B1
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엘. 뉴버그 어윈
와그너 진
지스키 진
에이. 스티븐스 리처드
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완다케이. 덴슨-로우
에이치이 홀딩스, 인크. 디비에이 휴우즈 일렉트로닉스
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/26—Measuring noise figure; Measuring signal-to-noise ratio

Abstract

지속파 RF 소스에서 구한 마이크로파 신호의 위상 노이즈 및 진폭 노이즈 측정을 실행하는 노이즈 측정 시험 시스템(10')에 관한 것이다. 시스템(10')은 인가된 RF 노이즈 신호를 수신하는 RF 입력 및 RF 입력에 결합되어 인가된 RF 노이즈 신호를 제1 및 제2 경로(18a), (18b)로 분할하는 RF 커플러(11)를 포함한다. 동기 위상 검출기(15)를 포함하는 믹서(15)는 제1 및 제2 경로(18a),(18b)에서 신호를 각각 수신하도록 결합된 동기 위상 검출기(15)를 포함하고, 복조된 위상 노이즈를 출력한다. 제1 경로(18a)는 동기 검출기(15)에 기준 신호 입력을 제공하도록 믹서(15)의 제1 입력과 커플러(11)사이에 결합된 가변 위상 시프터(13) 및 가변 감쇠기(14)를 포함한다. 제2경로(18b)는 믹서(15)와 커플러(11) 사이에 결합된 조정가능 RF 캐리어 널링 회로(30) 및 지연선을 포함한다. 비디오 증폭기는 믹서(15)의 출력에 결합되어, 노이즈 데이타를 발생하도록 처리되는 시스템(10')으로부터의 기저대 비디오 출력 신호를 제공한다.

Description

노이즈 측정 시험 시스템 (Noise Measurement Test System
제1a도는 종래 절대 위상 노이즈 측정 시험 시스템을 도시한 도면.
제1b도는 종래 결합 절대 및 상대 노이즈 측정 시험 시스템을 도시한 도면.
제2도는 캐리어 널링 부분을 구비하는 본 발명의 원리에 따른 노이즈 측정 시험 시스템을 도시한 도면.
제3도는 주요 모듈 또는 그의 덱을 도시하는 제2도의 위상 노이즈 측정 시험 시스템의 블럭도.
제4도는 제3도의 시험 시스템의 레이아웃을 도시한 도면.
제5도는 종래 지연선 길이의 절반인 지연선에 의한 캐리어 널링 및 서큘레이터 결합 지연선을 채용하는 시스템의 일실시예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 노이즈 측정 시험 시스템 11 : RF 커플러
13 : 가변 위상 시프터 14 : 가변 감쇠기
15 : 믹서 18a, 18b : 제1 및 제2경로
30 : RF 캐리어 널링 회로
본 발명은 마이크로파 시험 장비에 관한 것으로, 특히 도파관 동축 섬유 광학 지연선 판별기(waveguide, coax and fiber optic delay lines discriminators)를 사용하여 마이크로파 신호의 위상 노이즈 및 진폭 노이즈 측정을 실행하는 자동 노이즈 측정 시험 시스템에 관한 것이다.
종래 RF 분야에서는 위상 노이즈 측정을 위해 두 종류의 방법을 주로 채용하였다. 그 첫번째는 도파관 지연선 판별기를 사용하는 노이즈 측정 시험 시스템이고, 두번째는 두개의 위 상동기 RF 소스에서 결합 노이즈를 측정하는 시험 시스템을 사용한다. 그 소스중 하나는 저노이즈 기준 발진기이고, 다른 소스는 시험중(발진기) 장치(UUT:unit under test)이다. 시험 시스템에는 공동-판별기(cavity-discrimin ator) 및 3발진기 믹싱(three-oscillator mixing)을 포함하는 여러가지 공통 형태가 있다. 이들 종래 시험 시스템은 기존의 저노이즈 소스 및 현재 개발중인 새로운 저 위상 노이즈 마이크로파 소스를 측정하기 위해 단단하고 콤팩트한 및/또는 값이 알맞은 장치에 있어 결합 감도 능력 및 융통성을 갖지 않는다. 또한, 종래 시험 시스템은 일반적으로 비교적 크고 고가이며 불변이다.
현재 사용중인 도파관에 의한 노이즈 측정 시험 시스템을 변경함으로써, 현재 사용중인 군사용 도파관에 의한 노이즈 측정 시스템 및 상업적으로 이용 가능한 시스템의 능력을 증가시키는 성능을 갖는 시험 시스템을 제공할 수 있는 것을 알았다. 2 발진기 믹싱 방법은 저노이즈 소스를 평가하기 위해 하나의 초저노이즈 소스를 필요로 하여, 두번째 초저노이즈 발진기를 마련해야 하므로, 상당한 추가 비용이 발생할 수 있다. 기존의 도파관에 의한 시험 시스템의 주요한 문제점은 그의 큰 크기, 무게, 불변성 및 상당한 비용에 있다. 또한, 시스템을 사용하기 위해서는 숙련된 조작자 및 다소의 준비 시간이 필요한 것을 의미하는 완전 자동화된 시스템은 현재로선 없다.
자동 노이즈 측정 시험 시스템에 관하여, 본 발명에 사용되는 몇가지 기술은 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 4,918,373호, 섬유 광학 위상 노이즈 시험 세트에 관한 특허 및, 문헌에 기재되어 있다. 이 문헌은 New Discriminator Boosts Phase-Noise Testing, in Microwaves, March 1982, Extending the Range and Accuracy of Phase Noise Measurements, 42nd Annual Frequency Control Symposium, 1988, The Measurement of Noise in Microwave Transmitters, IEEE Transactions on Microwave Theory Techniques, Vol. MTT-25 No. 4, April 1977, Cross-Correlation Phase Noise Measurements, 1992 IEEE Frequency Control Symposium, Using Digital Data Processing to Speed Up Radaa Phase Noise Measurements, Autotestcon, Sept, 1994, pp. 205-210을 포함한다. 그러나, 본 발명은 이들 상이한 공보에 기재된 기술의 일부에 적용되는 반면, 이들 참조 문헌에는 모듈러하고, 플렉시블하고, 콤팩트하며 값이 알맞은 시험을 포함하고 정밀한 기술은 기재되어 있지 않다.
본 발명의 목적은 종래 시스템의 한계를 극복하여 마이크로파 신호의 위상 노이즈 및 진폭 노이즈 측정을 실행하는 노이즈 측정 시험 시스템을 제공하는 것이다.
상기 및 그밖의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 판별기 종류의 위상 노이즈 시험 세트에 있어서 도파관 동축 섬유 광학 지연선을 사용하여 마이크로파 신호의 위상 노이즈 및 진폭 노이즈 측정을 실행하는 자동 노이즈 측정 시험 시스템(이하, UNIT : Universal Noise Intergrated Tester라 함)을 제공한다. 지연선 판별기 노이즈 측정 시험 시스템은 위상 노이즈 평가를 위해, UUT로부터의 RF 입력을 사용하여 지연선을 거쳐 기준 신호를 발생한다.
이 시스템은 인가된 RF 노이즈 신호를 수신하는 RF 입력 및 이 RF 입력에 결합되어 인가된 RF 노이즈 신호를 제1 및 제2경로로 분할하는 RF커플러를 포함한다. 동기 위상 검출기를 포함하는 믹서는 각각 제1 및 제2경로로부터의 신호를 수신하도록 결합되어, 복조된 위상 노이즈를 출력한다. 제1경로는 커플러와 믹서의 제1입력사이에 결합된 가변 위상 시프터 및 가변 감쇠기를 포함하여 동기 검출기에 하나의 신호 입력을 제공한다. 제2경로는 커플러와 믹서 사이에 결합된 조정가능 RF 캐리어 널링 회로(adjustable RF carrier nulling circuit) 및 지연선을 포함하며 믹서에 기준 신호를 제공한다. 비디오 증폭기는 믹서의 출력에 결합되어 시스템에서의 기저대 비디오 출력 신호(baseband vidio output signal)를 제공한다.
절대 및 상대 위상 노이즈 (주파수 변조, FM) 측정 모두는 노이즈 측정 시험 시스템에 의해 사용될 수 있다. 절대 노이즈 측정은 측정될 RF 신호가 발생되는 장치에서 입력되어 RF 입력 신호가 없는 경우에 이루어진다(즉, RF 위상 동기 루프, 멀티플라이어 열, 및 다른 종류의 RF 발진기를 이용할 수 있다). 지연선 판별기에서는 기준 신호가 RF 입력 신호를 지연시킴으로써 얻어진다. 그 후, 지연된 신호는 위상 검출기에서 지연되지 않은 RF 입력 신호와 비교된다. 상대 노이즈 측정은 측정될 장치로부터의 RF 신호를 그 신호에 노이즈가 더해진 전후에 얻을 수 있는 경우에 이루어진다. 이것은 RF 증폭기의 경우이다. 기준 신호는 시험중 장치로의 입력이고, 입력 RF 신호가 시험중 장치를 통과한 후 노이즈가 더해진 출력 신호는 절대 측정의 경우에 사용된 것과 동일한 종류의 믹서 위상 검출기를 사용하여 기준 입력과 비교된다.
상기 시스템에서는 펄스파 및 지속파(CW : continuous wave) RF 신호 모두를 측정할 수 있다. 또한, 단순한 RF 검출기를 사용하는 어떠한 지연도 사용하지 않고 또는 믹서(양 시스템에 모두 사용됨)를 진폭 검출기로 설정함으로써 양 시스템에서 진폭 변조된(AM) 노이즈를 측정할 수 있다. 양 RF 입력이 동일한 주파수이고 위상이 같거나(진폭 검출기) 또는 위상이 90°다른(위상 검출기) 경우에 믹서를 위상 검출기 또는 진폭 검출기로서 사용할 수 있다. 믹서의 하나의 암에 인가된 신호의 위상 및 진폭은 동위상 또는 90°조건의 가변 위상 시프터 및 믹서로의 신호 진폭을 제어하는 감쇠기를 사용하여 최적의 믹서 성능을 얻도록 조정될 수 있다.
위상 또는 진폭 노이즈 측정을 실행하기 위해, 노이즈 측정 시험 시스템은 위상 또는 진폭 노이즈의 공지 레벨을 갖는 교정 신호를 가질 필요가 있다. 노이즈 측정 시험 시스템에서의 노이즈 신호가 교정 신호와 비교되어 위상 또는 진폭 노이즈의 레벨이 결정된다. 이 비교는 노이즈 신호를 포함하는 RF 캐리어 레벨에 대하여 실행된다. 출력 신호는 주어진 대역폭(일반적으로 1Hz)에서 캐리어 레벨에 관한 dB로 주어진다. 교정 신호는 비디오 또는 디지탈 신호로서 입력된 시뮬레이트된 측대파로서 또는 RF 신호 측대파를 생성함으로써 발생될 수 있다.
본 시스템은 절대 및 상대 노이즈 측정을 모두 실행하고 1GHz 이하에서 100GHz 이하의 큰 RF 캐리어 스펙트럼에 걸쳐 노이즈를 측정하는 자동 시스템에 범용의 성능을 제공한다. 본 시스템은 1Hz이하에서 수 기가헤르쯔 이상의 큰 RF 캐리어 상대(오프셋) 주파수 노이즈 측정 범위를 갖는다. 본 시스템은 펄스 및 지속파 RF 신호 모두를 수용하고 단순한 기저대 또는 더 복잡한 RF 측대파 교정 신호 발생 기술을 제공한다. 본 노이즈 시험 시스템은 동작, 컴퓨터 제어 및 디지탈 처리에 있어 플렉시블하며, 기존의 어떠한 노이즈 시험 시스템에도 존재하지 않는 범위 및 파라미터 선택을 갖는다.
본 시스템은 RF 캐리어에 근접한 그리고 먼 상대 노이즈 및 수 옥타브의 캐리어 신호 대역폭에 걸쳐 RF 노이즈 측정을 가능하게 하는 동축 섬유 광학 지연선을 사용한다. 본 시스템은 숙련된 조작자 없이 사용할 수 있고 최적의 위상 및 진폭 설정을 보장하는 자동 동작 및 디지탈 리드아웃을 제공한다. 본 시스템은 긴 섬유 광학 지연선을 사용하여 수 헤르쯔내의 캐리어에 대하여 노이즈를 측정한다. 본 시스템은 증가된 감도(Hz 대역폭당 dB에서 노이즈 레벨에 대한 캐리어가 큼)를 달성하기 위해 캐리어 널링을 사용한다. 본 시스템은 초저 노이즈 소스를 측정하기 위해 캐리어 널링을 갖는 도파관 지연선을 사용한다. 본 시스템은 종래 사용된 도파관 지연선에 비해 손실이 적은 동축 지연선을 사용함으로써 감도가 증가된 캐리어 널링의 장점을 취하여, 시스템이 더 콤팩트하고 저렴하게 된다. 본 발명은 기존의 대형이고 무거우며 고가인 도파관계 위상 노이즈 시험 시스템과 마찬가지 결과를 달성하기 위해 캐리어 널링에 의해 얻은 감도 증가의 일부를 포기함으로써 이러한 성능을 달성한다.
이 시험 시스템은 대역폭이 넓고, 자동, 경량, 콤팩트하고 값이 알맞은 시험세트 성능을 제공한다. 본 발명의 주요한 목적은 기존의 도파관 노이즈 측정 시험 시스템의 감도를 향상시키는 것이다. 본 발명의 다른 주요한 효과는 종래의 대형 고중량 시험 시스템에 비견되는 감도를 제공하기 위해 캐리어 널링을 갖는 (도파관 대신) 동축 지연선 판별기를 사용하는 광대역, 콤팩트, 경량, 저가의 시스템을 달성하기 위해 및/또는 낮은 위상 노이즈를 측정하기 위해 캐리어 널링을 사용하는 것에서 달성된다. 또한, 지연선 길이 선택(감도 플렉시빌리티를 위해)에 있어서 넓은 RF 캐리어 적용 범위 및 플렉시빌리티에 대하여 섬유 광학 지연선을 사용하는 것이 포함된다.
지연선 판별기형 시스템에서 다른 종류의 지연선과 관련하여 캐리어 널링(상쇄) 및 저노이즈 마이크로파 증폭기를 사용함으로써 다양한 위상 노이즈 측정 시험 시스템이 제공된다. 시스템에 사용되는 RF 증폭기의 가장 양호한 결과는 특히 낮은 RF 노이즈이다. 지연선은 도파관, 동축, 또는 섬유 광학 전송선을 사용할 수 있다. 동축 지연선은 종래 도파관계 시스템에 대하여 등가의 감도를 제공하기 위해 사용되지만, 소형이고, 경량이며, 저가여서 신속히 이용할 수 있다. 동축 지연선은 이 감도를 매우 넓은 RF 대역폭(1헤르쯔 이하에서 18기가헤르쯔 이상까지)에 걸쳐 제공할 수 있고, 더 짧은 지연선으로 전환될 때 더 높은 오프셋 주파수를 최적화하기 위한 위상 노이즈 측정을 제공한다.
섬유 광학 지연선은 작고 콤팩트한 사이즈로(도파관 또는 동축 지연선에 비해) 더 긴 시간 지연을 제공하고, 이것은 작은 캐리어 오프셋 주파수(1헤르쯔 보다 크고 1000헤르쯔보다 작음)에서 위상 노이즈 측정을 위해 주로 사용된다. 섬유 광학 지연선은 고가일 수 있지만, 가장 다양하다. 섬유 광학 지연선 길이, 캐리어 널링 및 선택된 오프셋 주파수 영역의 사용 사이의 전환 기술은 감도를 최적화하면서 다른 종류의 지연선에 의해 얻는 것보다 오프셋 주파수를 늘리기 위해 사용될 수 있다. 자동 튜닝 및 교정은 각 종류의 지연선에 대하여 제공된다. 범용 노이즈 통합 시험 시스템도 자동 GO/NO-GO 능력을 제공하고, 시험중 장치의 분리 실패 및 평가를 위해 노이즈 출력을 표시한다. 본 범용 노이즈 통합 시험기는 최상의 상용 또는 군용 위상 노이즈 측정 장비와 같은 또는 그 이상의 성능을 제공한다.
도면에 따르면, 제1a도는 종래 절대 노이즈 측정 시험 시스템(10)을 도시한 것이다. 시험 시스템(10)은 RF 신호 소스의 위상 노이즈를 측정하기 위해 인가된 RF 입력 신호의 단기 위상 변동을 기저대 비디오 출력 신호로 변환하는 지연선 판별기(20)를 사용한다. 주요 응용 분야는 레이다, 전자전, 및 통신 시스템에 사용되는 비교적 낮은 위상 노이즈를 갖는 RF 소스에 대한 것이다.
시험 시스템(10)은 시험중 장치(UUT)(40)를 포함하는 지속파 또는 펄스 RF 소스에서 구한 RF 입력 신호를 취하고 그위 출력을 RF 커플러(11)를 사용하여 제1 및 제2경로(18a),(18b)로 분할한다. 제1경로(18a)는 직접적(최소 지연)이고, 비분산적이며, 동기 검출기(15)로의 기준 신호 입력을 제공한다. 기준 입력은 조정 가능 위상 시프터(13) 및 조정가능 감쇠기(14)를 통과하고 믹서(15)를 포함하는 동기 검출기(15)의 하나의 입력에 인가된다. 제2경로(18b) 또는 지연 경로(18b)는 분산망(19), 지연선(12)을 포함하며, 동기 검출기(15)로의 제2신호 입력을 제공한다. 동기 검출기(15)는 위상 검출기(90°이상 어긋남을 갖는 동상 직각의 2개 입력을 가짐)로써 동작하여, 복조된 기저대 위상 노이즈를 출력한다. AM 측정은 RF 입력에서 스위치를 거쳐 측정될 RF 신호를 수신하는 단순한 다이오드 검출기를 사용하여 이루어질 수 있다. 또한, 동기 검출기(15)는 직각 위상 대신 동상의 위상 시프터(13)를 조정함으로써 AM 검출기로서 사용될 수 있다. 이 종류의 노이즈 측정 시험 시스템(10)의 동작은 당업자에 의해 용이하게 이해된다.
제1b도에 따르면, 종래 결합 절대 및 상대 노이즈 측정 시스템(10)의 간략화된 도면이 도시되어 있다. 절대 시험 시스템(10)은 제1a도에 따라 설명하였으므로, 시험 시스템(10)의 상대부만을 제1b도에 따라 설명한다. 시스템(10)의 상대 노이즈 측정을 제공하는 부분은 RF 신호 소스에서 RF 입력 신호를 수신하는 시험중 장치(UUT)(40)를 포함한다. RF 신호의 일부가 커플러(11)를 사용하여 분리되어, 제1스위치(17a)의 제1입력에 인가되는 제1상대 기준 신호(REL RF1)를 제공한다. 시험중 장치(40)의 출력은 노이즈가 부가되어 제2스위치(17b)의 제1입력에 결합되는 제2상대 입력 신호(REL RF2)를 제공한다. 제2스위치(17b)의 출력은 조정 가능 위상 시프터(13) 및 조정가능 감쇠기(14)를 거쳐 결합되고 동기 검출기(15)의 하나의 입력에 인가된다. 제1스위치(17a)의 출력은 동기 검출기(15)의 제2입력에 인가된다. 스위치(17a),(17b)는 동기 검출기(15)의 양 입력으로 양 상대 신호(RF1, RF2)를 스위치하도록 동작된다.
상대 시험 시스템(10)은 그의 출력(시험중 장치에서 노이즈가 더해져 있음)에 관한 시험중 장치의 RF 입력과의 비교(위상 또는 진폭 검출기의 경우, 위상 노이즈 측정의 90°또는 AM 노이즈 측정의 동상으로 설정하는 방법에 의존함)에 의해 노이즈를 측정한다. 측정 기술은 시험중 장치의 입력에서 기준 신호를 입수할 수 있어 기준 신호를 마련하기 위해 지연선이 필요없는 것을 제외하고는 절대 노이즈 시험 시스템(10)과 마찬가지이다.
제2도는 본 발명의 원리에 따른 노이즈 측정 시험 시스템(10') 또는 범용 노이즈 통합 테스터(10')를 도시한 것이다. 이 시스템(10')은 본 발명의 양수인에 의해 현재 사용중인 제1a도 또는 제1b도에 도시한 도파관 지연선 판별기 노이즈 측정 시험 시스템(10) 또는 다른 상업적으로 이용가능한 종류의 위상 노이즈 측정 장치를 대신하며 그것을 개선한 것이다. 이 노이즈 측정 시험 시스템(10')은 매우 낮은 주파수(MHz 범위)에서 매우 높은 주파수(밀리미터파 범위)까지의 RF 캐리어 스펙트럼에 걸쳐 동작된다. 시스템(10')은 RF 캐리어에서 파생된 1Hz보다 작고 1GHz보다 큰 절대 및 상대 위상 노이즈를 측정한다. 시스템(10')은 현재 가장 많이 쓰이는 시험 시스템을 능가하는 노이즈 측정 감도를 얻기 위해 캐리어 널링을 사용한다. 시스템(10')은 콤팩트하고 자동이며 값이 알맞은 시스템(10')을 제공하기 위해 표준 오프 더 셸프 상업용 부품을 사용한다.
제3도는 주요 모듈 또는 덱(decks)를 도시하는 위상 노이즈 측정 시험 시스템(10')의 블럭도이고, 제4도는 시험 시스템(10')의 레이아웃을 도시한 것이다. 이 시스템(10')은 비디오 덱(22)을 거쳐 디지탈 덱(23)에 결합된 RF 덱(21)을 포함한다. 지연선 덱(24)은 RF 덱(21)에 결함된다. RF 덱(21)은 지연선 덱(24)에서 지연된 신호 및 RF 입력 신호를 수신한다. 자동화 회로(29), 컴퓨터(CPU)(26), 아날로그 디지탈 변환기(ADC)(28) 및 디스크 드라이브(27)를 포함하는 제어 덱(25) 및 제어 기능은 다른 덱(21) 내지 (24)에 각각 결합된다.
디지탈 신호 처리 기술 및 교정 기술이 디지탈 덱(23)에서 실현되고, 종래 스펙트럼 분석기를 수동으로 조작하는 맨 인 더 루프(man-in-the-loop)를 대신하는 스펙트럼 분석을 실행한다. 종래 스펙트럼 분석기 및 수동 조작의 단점은 시험이 노동 집약적인 동작이고 좁은 분해능 대역폭의 선택을 위해 필요한 스위프 시간이 느려져서 시험 실행 시간이 비교적 길다는 것이다. 긴 스위프 시간은 천이 노이즈 및 측정 파라미터 드리프트를 도입한다. 다른 종류 및 길이의 지연선(12)을 지연선 덱(24)에 사용하는 것에 의해 시스템 감도의 선택 및 최적화에 있어서 RF 입력 및 상대 오프셋 주파수 범위가 융통성 있게 된다.
RF 및 비디오 덱(21),(22)의 구성 부품은 제2도에 도시되어 있다. RF 덱(21)은 가변 감쇠기(14) 및 가변 위상 시프터(13)를 거쳐 인가된 RF 노이즈 신호의 일부를 믹서(15)의 하나의 입력에 결합하는 RF 커플러(11) 및 RF 입력을 포함한다. RF 캐리어 널링 회로(30)는 RF 입력 노이즈 신호를 초기 분할후 두번 분할하는 RF 부하(31)를 구비하는 캐리어 널링 하이브리드(33)를 포함한다. 노이즈 신호의 일부는 하나 이상의 지연선(12)을 거쳐 결합된다. 부가적인 지연선(12)은 다수의 스위치(34)에 의해 회로(30)에 결합되고 분리된다. 하이브리드(33)에 의해 분할된 나머지 노이즈 신호는 제2가변 감쇠기(14a) 및 제2가변 위상 시프터(13a)를 거쳐 부하(32)를 갖는 제2캐리어 널링 하이브리드(33a)에 결합된다. 제2캐리어 널링 하이브리드(33a)는 노이즈 신호의 지연되지 않은 부분과 지연된 부분을 조합하고 그것을 저노이즈 증폭기(35)에 결합한다. 제2 RF 커플러(36)는 널 모니터 신호(null monitor signal)를 분리하기 위해 마련된 것이다. 저노이즈 증폭기(35)의 출력은 믹서(15)의 제2입력에 결합된다. 믹서(15)의 출력은 비디오 증폭기(16)를 거쳐 결합되어 기저대 비디오 출력 신호를 제공하는 비디오 신호이다.
캐리어 널링 회로(30)는 공지의 기술을 실현한다. 캐리어 널링 회로(30)는 RF 입력 신호의 지속파 캐리어 신호의 일부를 상쇄하고, 이것에 의해 저노이즈 증폭기(35)가 위상 노이즈 진폭을 증가시켜 시스템(10')의 감도가 증가된다. 널링은 저노이즈 증폭기(35)의 포화 상태부터 고레벨의 캐리어 신호를 유지하기 위해 필요하다. 저노이즈 증폭기(35)는 이 종류의 노이즈도 시스템 감도를 제한하므로 낮은 RF 노이즈를 갖도록 선택된다. 분리된 신호가 위상이 다른 주 캐리어 신호와 다시 더해져서 캐리어 신호의 일부 및 소량의 노이즈만이 제거되도록 캐리어 널링 회로(30)는 커플러(36)에서 캐리어 신호의 일부를 분리하고 위상 및 진폭 제어[제2 가변 감쇠기(14a) 및 가변 위상 시프터(13a)]의 조정을 제공한다. 지연 경로의 노이즈 비상관에 의해, 바이패스된(또는 지연되지 않은) 캐리어 노이즈가 지연된 노이즈와 상관하지 않으므로, 측정될 소량의 노이즈 만이 상쇄된다. 캐리어 널링 회로(30)가 시스템(10)의 감도를 증가시키므로, 또한 대부분의 측정에 이 증가된 감도가 모두 필요하지 않으므로, 다른 종래 사용된 지연선보다 많은 손실(적은 감도)을 갖지만, 도파관 지연선에 비해 플렉시블하고, 소형이고, 콤팩트하며, 넓은 주파수 범위의 지연선(12)을 제공하는 동축 지연선(12)을 채용한다.
또한, 제2도는 측정되는 시험중 장치(40)의 바라는 출력인 상대 캐리어대 노이즈비를 결정함에 사용되는 교정 신호를 제공하기 위해 사용되는 회로 및 부품을 도시하고 있다. 또한, 아날로그 디지탈 변환기(ADC),(41), 신호 처리기(42) 및 제어 컴퓨터(43)도 도시하고 있다. ACD(41)는 상대 주파수 노이즈 데이타에 비례하는 캐리어대 노이즈 레벨을 얻기 위해 신호 처리기(42)에서 처리될 수 있도록 비디오 기저대 출력 신호를 디지탈화하는 데 사용된다. 컴퓨터(43)는 모든 조정가능 소자[위상 시프터(13) 및 감쇠기(14)]를 적응 제어하는 서보(44) 및 회로내의 스위칭을 위해 스위치(43)에 제어 신호를 보내고, 최대 측정 감도 및 교정을 제공하기 위한 초기 및 최적의 설정을 얻도록 위상 및 감쇠기 설정에 대한 조정을 실행하고 레벨을 설정하도록 RF 커플러(36)를 거쳐 검출기(45a),(45b)에서 귀환 신호를 수신한다. 다이오드 검출기(45a)는 AM 노이즈를 직접 측정하기 위해 사용될 수 있다. 교정 신호 발생기(46)는 도시한 바와 같이, RF 커플러(37)를 거쳐 시스템(10')에 RF 또는 기저대 교정 신호를 입력하기 위해 사용된다.
비디오 덱(22)은 비디오 증폭기(16), 상관 신호 및 기저대 아날로그교정 입력을 포함하는 시스템(10)에 사용된 기저대 회로를 포함한다. 이들 구성 요소는 공지이고, 제5도에 따른 미국 특허 제 4,918,373호 및 예를 들면 상술한 문헌 Extending the Range and Accuracy of Phase Noise Measurements 및 Cross-Correlation Phase Noise Measurements에 기재되어 있다. 자동 제어 덱(29)은 위상 시프터(13) 및 감쇠기(14) 조정 등의 통상 손으로 조작되는 기능중의 어느 기능을 자동 조정하는 회로를 갖는다. 시스템(10')의 자동부는 제어 기능 및 신호 처리 기능을 포함한다. 제어 기능은 컴퓨터(43)에서 실현되고, 감쇠기(14), 위상 시프터(13) 및 스위치(34) 등의 조정가능한 시스템(10')의 모든 구성 부품에 명령을 보내고 귀환 신호를 수신한다. 감쇠기(14) 및 위상 시프터(13)는 위상 검출기 캐리어 널링 및 RF 교정을 위한 동상 및 직각(90°이상)을 확립하는 기능 등을 위해 레벨 및 위상을 설정하기 위해 사용된다. 이들 제어 신호는 검출기(45a),(45b)에 의해 마련된 모니터점부터의 귀환 신호 및 서보(44)를 제어한다. 모니터점은 RF 레벨을 샘플링하는 RF 검출기 또는 비디오 출력으로부터 기인한다. 비디오 신호는 아날로그 디지탈 변환기(41)를 사용하여 디지탈화되고 컴퓨터(43)로의 귀환 신호로 된다.
신호 처리기(42)는 비디오 증폭기(16)의 디지탈화된[ADC(41)를 사용함] 출력을 취하고, 교정 신호와 비교되는 충실하고 정확한 노이즈 스펙트럼을 제공하는 이산 푸리에 변환을 사용한다. 일반적으로, 이것은 상술한 문헌 Using Digital Data Processing to Speed Up Radar Phase Noise Measurements에 기재되어 있다. 자동 기능은 측정시의 시간 절약에 있어 중요한 것으로서, 조작자의 훈련을 단축시킨다. 일반적으로, 노이즈 측정에 필요한 조정은 상당한 조작자 훈련을 요구하고 때때로 드리프트 때문에 연속 조정을 요구한다.
제5도는 지연선 길이가 통상의 지연선 길이의 절반인 서큘레이터 결합 지연선(12) 및 캐리어 널링을 채용하는 본 시스템(10')의 지연선 실시예를 도시한 것이다. 서큘레이터(51)는 지연 경로(18b)에 마련되어 있다. RF 튜너(52)는 RF 조정 가능 쇼트(RF adjustable short)(53)에 결합된 지연선(12)과 서큘레이터(51) 사이에 결합된다. 조정가능 쇼트(53) 및 RF 튜너(52)의 목적은 정확한 길이[쇼트(53)]로 지연선(12)을 조정하여 양호한 RF 정합[튜너(52)]을 얻어 캐리어를 상쇄시키기 위함이다. 위상이 모듈로 2π(반복)이므로, 360도의 위상 조정만이 필요하다. 제5도의 실시예에 대하여, 쇼트(53) 및 서큘레이터(51)를 더하는 것은 지연선(12)의 길이를 줄여서[시스템(10')를 더 콤팩트하게 함], 신호 손실을 저감한다. 신호 손실은 캐리어 널링 회로(30)에 신호를 공급하는 제4도에 도시한 하이브리드 커플러(33)에 의해 발생하고, 지연선(12)의 길이는 지연선(12)을 거쳐 돌아오는 신호를 반영하도록 쇼트(53)를 사용하여 반감된다.
상기 문헌에 기술된 상관 기술을 사용하는 것은 비디오 증폭기(16), 믹서(15) 및 캐리어 널링 회로(30)의 저노이즈 증폭기(35) 내의 노이즈에서 시험중 장치로 인한 위상 노이즈를 분리하는 방법이다. 상관 기술은 최고의 시스템 감도가 요구될 때만 사용된다. 상호 상관 기술은 기준 채널 및 지연선의 출력을 분할하고 각 위상을 분리 회로에서 검출하는 것이다. 그후 두개의 비디오 출력이 상호 상관 분석 기술에 의해 처리된다. 이들 기술은 상술한 문헌 Cross-Correlation Phase Noise Measurements에 기재되어 있다.
마지막으로, 섬유 광학 지연선(12)을 사용하는 것에 의해 캐리어에 가까운 주파수에서의 노이즈 측정을 위한 매우 긴 지연 및 캐리어에서 먼 주파수에 대한 짧은 지연을 달성하는 성능 및 플렉시빌리티가 마련된다. 이것에 의해, 노이즈 측정을 위해 시스템(10')을 최적화하도록 지연선(12)의 길이가 선택된다. 섬유 광학 지연선(12)을 사용하는 것에 의해 시스템(10')이 소형이고 콤팩트하게 된다. 또한, 미러[쇼트(53)를 대신함], 광학 서큘레이터(51) 및 조정가능 섬유 광학 지연선(12)을 제5도에 도시한 RF 지연선(12)에 대하여 설명한 것과 마찬가지로 실현하여 캐리어 널링을 달성하고 지연선(12)의 길이를 반으로 줄일 수 있다.
지연 길이와 측정될 상대 노이즈의 관계때문에, 지연되지 않은 노이즈에 관하여 어떤 위상으로 입력되는 주어진 주파수의 노이즈를 갖는 지연을 선택할 수 있다. 따라서, 10마이크로초의 지연은 지연되지 않은 신호에 대하여(또는 그것에 부가된) 동상인 100,000Hz(1/10-5Hz)의 노이즈를 가질 것이다. 따라서, 이때(그리고 가까운 주파수에서) 6dB 노이즈 증가를 얻을 수 있다. 일반적으로 이 노이즈 증가의 효과는 지연 길이가 통상 고정되고 교정이 옥타브당 6dB 변하는 선형 함수이도록 선택되므로, 취해지지 않는다. 시스템이 컴퓨터 제어되므로, 교정 데이타가 직선이 아니고 선형 함수도 아니며, 즉 판별 출력식의 sin(x)/x부에 있어, 섬유 광학 지연선을 노이즈 측정 플렉시빌리티를 최대화하도록 사용하여 캐리에 대한 노이즈 측정의 최적의 주파수 범위 및 감도를 달성할 수 있다. 그러나, 섬유 광학 지연선(12)에서는 지연으 길이가 비교적 용이하게 변하여 길거나 짧은 지연을 얻을 수 있으므로, 이들 주파수(지연된 그리고 지연되지 않은 노이즈가 동상이도록 하는 지연)에서의 노이즈가 6dB 커져서 감도 증가가 달성된다. 또한, 이것이 발생하는 주파수가 지연 길이에 걸쳐 여러번 반복한다. 따라서, 측정될(캐리어에 대한) 상대 노이즈의 바라는 주파수에 대하여 상이한 지연 길이를 선택함으로써, 감도 증가를 달성할 수 있다. 이 특징은 동축 또는 도파관 지연선 시스템에서는 이들이 지연선 길이를 패키지하고 변경하는 능력이 유연하지 못하므로 통상 실행되지 않는다.
지연선 노이즈 측정 시험 시스템(10')은 2발진기 기술에 비해 스퍼없는 동작(spur-free operation)을 제공한다. 지연선 노이즈 측정 시험 시스템(10')은 수옥타브의 캐리어 대역폭에 걸친 RF 적용 범위를 허용하는 동축 섬유 광학 지연선(12)을 사용하고, RF 캐리어에 가까운 그리고 먼 상대 오프셋 주파수를 측정한다. 지연선 노이즈 측정 시험 시스템(10')은 상대 노이즈 측정(입력 기준 신호를 입수 가능한 경우, 즉 RF 증폭기) 및 절대 노이즈 측정(입력 기준 신호를 입수할 수 없는 경우, 즉 RF 신호 발생기)를 제공한다. 본 지연선 노이즈 측정 시험 시스템(10')은 지속파 및 펄스 RF 동작을 사용할 수 있다. 또한, 시스템(10')의 모듈 및 컴퓨터 제어 설계때문에 필요에 따라 바라는 부가 기능(엑스트라 지연선 종류, 노이즈 상관 등)중 어떤 기능을 포함시킬 수 있다.
시스템(10')에 성능을 향상시키기 위해 몇개의 다른 아이템을 포함시킬 수 있다. 그중 하나는 전원으로부터의 노이즈 문제, 특히 60Hz선을 피하기 위해 형광등 차폐 및 배터리 동작 옵션을 사용하는 것이다. 다른 것은 위상 드리프트를 최소화하기 위한 온도 제어 및 지연선부에 음향적으로 도입된 지연선 노이즈를 최소화하기 위한 어쿠스틱 노이즈 서스펜션을 포함하도록 패키지하는 것이다. 또한, 경량이고 사이즈가 콤팩트하며 리플 동작이 적은 고주파(VHF) 전원을 사용할 수 있다.
이상, 마이크로파 신호의 위상 노이즈 및 진폭 노이즈 측정을 실행하는 노이즈 측정 시험 시스템을 기술하였다. 상술한 실시예는 본 발명 원리의 적용을 나타내는 많은 구체적인 실시예중의 일부를 단지 예시하는 것이다. 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 변경가능한 것은 물론이다.

Claims (13)

  1. RF 소스(40)에서 구해진 마이크로파 신호의 위상 노이즈 및 진폭 노이즈 측정을 실행하는 노이즈 측정 시험 시스템(10')에 있어서, 상기 RF 소스(40)에서 인가된 RF 노이즈 신호를 수신하는 RF 입력, 상기 RF 입력에 결합되어, 인가된 RF 노이즈 신호를 제1 및 제2경로(18a),(18b)로 분할하는 RF 커플러(11), 상기 제1 및 제2경로(18a),(18b)로부터 신호를 수신하도록 각각 결합된 제1 및 제2입력을 갖는 동기 위상 검출기(15)를 구비하며, 복조된 위상 노이즈를 출력하는 믹서(15), 및 상기 믹서(15)의 출력에 결합되어, 시스템(10)으로부터의 기저대 비디오 출력 신호를 제공하는 비디오 증폭기(16)를 포함하며, 상기 제1경로(18a)는 상기 동기 검출기(15)에 기준 신호 입력을 제공하기 위해 상기 믹서(15)의 제1입력과 커플러(11) 사이에 결합된 가변 위상 시프터(13) 및 가변 감쇠기(14)를 포함하고, 상기 제2경로(18b)는 상기 믹서(15)의 제2입력과 커플러(11) 사이에 결합된 조정가능 RF 캐리어 널링 회로(30) 및 지연선을 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 RF 캐리어 널링 회로(30)는 상기 제2경로(18b)에 결합된 RF 입력 노이즈 신호중 일부를 제3경로(18c)로 분할하는 제1캐리어 널링 하이브리드(33)를 포함하고, 상기 제3경로(18c)는 제2가변 감쇠기(14a), 제2가변 위상 시프터(13a), 및 제2캐리어 널링 하이브리드(33a)를 포함하고, 상기 제2경로(18b)는 지연선(12) 및 저노이즈 증폭기(35)를 포함하고, 상기 저노이즈 증폭기(35)의 출력은 상기믹서(15)의 제2입력에 결합되는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2경로는 스위치(34)를 거쳐 상기 제2경로에 선택적으로 결합되는 다수의 지연선(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지연선(12)은 서큘레이터 결합 지연선(12) 및 캐리어 널링 회로(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 지연선(12)은 상기 제2경로(18b)에 배치된 서큘레이터(41), 상기 서큘레이터(41)에 결합된 RF 튜너(42), 상기 RF 튜너(42)에 결합된 지연선(12), 및 상기 지연선에 결합된 RF 조정가능 쇼트(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 지연선(12)은 섬유 광학 지연선(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 섬유 광학 지연선(12)은 상기 제2경로(18b)에 배치된 서큘레이터(41), 상기 서큘레이터(41)에 결합된 섬유 광학 지연선(12), 및 상기 섬유 광학 지연선(12)에 결합된 미러(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 측정 시험 시스템은 제1입력에서의 제1기준 RF 신호 및 제2입력에서의 인가된 RF 노이즈 신호를 포함하는 인가된 RF 노이즈 신호를 수신하도록 배치되어, 상기 제1기준 RF 신호 또는 인가된 RF 노이즈 신호의 지연된 신호를 상기 믹서(15)의 제1입력에 선택적으로 출력하는 제1스위치(17a), 상기 제1경로에 배치되어, 상기 인가된 RF 신호를 수신하고, 제2상대 RF 노이즈 신호를 출력하는 시험중 장치, 및 상기 제2 RF 노이즈 신호를 수신하도록 상기 시험중 장치에 결합된 제1입력 및 상기 인가된 RF 노이즈 신호를 수신하도록 결합된 제2입력을 갖고, 상기 제2상대 RF 신호 또는 상기 인가된 RF 노이즈 신호를 상기 가변 감쇠기(14) 및 가변 위상 시프터(13)를 거쳐 상기 믹서(15)의 제2입력에 선택적으로 출력하는 제2스위치(17b)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 조정가능 RF 캐리어 널링 회로(30)는 감도가 좋은 노이즈 측정이 이루어지도록 동축 지연선을 사용하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 측정 시험 시스템은 노이즈 및 데이타를 출력하기위해 상기 비디오 증폭기(16)의 출력에 결합된 디지탈 프로세서 및 아날로그 디지탈 변환기(28)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 측정 시험 시스템은 그의 설정을 자동 제어하기 위해 상기 가변 위상 시프터(13) 및 가변 감쇠기(14)에 결합된 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 측정 시험 시스템은 최적의 설정을 제공하기 위해 그의 설정을 적응 제어하도록 상기 가변 위상 시프터(13) 및 가변 감쇠기(14)에 결합된 적응 컴퓨터 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
  13. 제7항에 있어서, 상기 섬유 광학 지연선(12)은 시스템(10')의 측정 감도를 최적화하도록 선택되는 전환가능한 선 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 노이즈 측정 시험 시스템.
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