Noise figure characterization in vector network analyzer. Measurement techniques and accuracy analysis

Abstract

En instrumentación para microondas hay una clara tendencia hacia la integración de distintos tipos de medida en un único equipo. En este contexto, la integración de medidas de figura de ruido en un analizador vectorial de redes (VNA) tiene múltiples beneficios. Un VNA con capacidad de medida de figura de ruido lleva ya varios años en el mercado, pero presenta ciertas limitaciones cuyo impacto en la exactitud de la medida de figura de ruido es significativo, incluso en comparación con las clásicas técnicas escalares. Por otro lado, se pueden explorar estrategias más elaboradas que la clásica técnica de factor-Y, como las basadas en fuente-fría. Por lo tanto, a la hora de diseñar estos nuevos equipos de medida surgen diversas cuestiones: ¿Qué metodología de medida se necesita para alcanzar el nivel requerido de exactitud en la medida de figura de ruido para un DUT dado? ¿Qué correcciones para efectos sistemáticos son necesarias? ¿Cuál es el compromiso aceptable entre exactitud de medida y complejidad? Etc. En esta tesis se analizan y proponen soluciones y herramientas que ayuden a implementar estrategias óptimas para la caracterización de figura de ruido en un VNA. Así, se proporciona una metodología de medida de figura de ruido en VNA basada en fuente-fría, especialmente atractiva para la caracterización múltiple en conexión única. La metodología incluye una técnica de calibración de ruido del receptor que guarda un buen compromiso entre rigor y sencillez, evitando el uso de sintonizadores y algoritmos de optimización. La medida de figura de ruido basada en fuente-fría se ha particularizado, además, a la medida de figura de ruido de mezcladores, medida especialmente exigente debido a las características adversas de estos dispositivos. Por otro lado, se ha desarrollado una herramienta de simulación para una completa evaluación estadística de la exactitud en la caracterización de la figura de ruido. La herramienta está basada en estándares internacionales de cálculo de error e incertidumbre y permite el análisis comparativo de diversas metodologías de medida de figura de ruido con distintos niveles de correcciones. Esta herramienta de simulación puede ser muy valiosa a la hora de extraer información relevante respecto a la metodología idónea, las características hardware de la configuración de medida, los beneficios reales de cada término de corrección, o incluso el equilibrio entre la complejidad en la medida y la exactitud resultante.