報告人 : 碩研電子一甲 M9930103 吳柏宗

1. 利用一個先進的雜訊測量系統研究微波元件的雜訊現象A Study of Noise Phenomena in Microwave Components Using an Advanced Noise Measurement System 報告人:碩研電子一甲M9930103 吳柏宗

2. 摘要 • 熱雜訊限制靈敏度已發展為研究的一種新型9 GHz測量系統波動的被動微波元件。本底雜訊測量系統持平於偏移頻率超過 1千赫，等於-193 dBc / Hz。 • 所開發的系統能夠測量最安靜的微波元件雜訊。 • 討論的結果相位和振幅雜訊測量，精密電壓控制相轉換器和衰減。第一個可靠的實驗依據對於本質閃爍相位雜訊微波隔離器也被提出。

3. 簡介 • 精確測量振幅和相位波動在被動微波元件有重要意義的認識自然現象的雜訊在這些設備。一般雜訊型號的微波元件造成這樣的測量是發展先進的重要關鍵，低雜訊微波振盪器，電信系統，以及新的微波技術。目前，即使是最好的交叉關聯雜訊測量系統，開發於國家標準與技術研究院（NIST），沒有能力衡量雜訊極低水平所表現的這種裝置作為鐵隔離器（循環器），低雜訊電壓控制移相器，衰減器等。 • 在以前的想法擴大超敏感的雜訊測量已經開發出一種新型的雜訊測量系統，有一個有效的雜訊溫度接近其物理溫度，並有能力同時測量相位和振幅變動與平等準確性。

4. 測量系統 先進的相位噪聲測量系統（NMS），用於本文的實驗顯示在圖。1。這類似於比1的傳統相橋，允許轉換相的波動下某些任意設備 。 圖 1。簡化的設定先進的雜訊測量系統。

5. 測試（DUT）的為電壓雜訊。獨特的特徵 NMS是一種超靈敏 Ivanov-Tobar-Woode （ITW）相位檢測器。高靈敏度的探測器是由ITW的微波信號處理系統，包括低雜訊放大器工作在小信號制度。相位雜訊地板的先進網絡管理系統由於有限的ITW的雜訊溫度探測器給出 在kB是波爾茲曼常數，Pamp是一個功率對 DUT的變數，LDUT是在DUT的介入損耗是一種對環境溫度，並 Tamp是有效雜訊溫度的微波放大器。一般來說，Tamp是一個函數的偏移頻率F和一個功率在放大器輸入Pamp 。減少Pamp低於 -40 dBm的實現了Tamp的到60 K到實現一個典型Miteq AFS4-0850960低雜訊放大器在F>1kHz。

6. 在單旁波帶（SSB）的相位雜訊層的先進網絡管理系統，測量與輸入功率為20 dBm的圖 2所示（曲線 1）。 圖2。相位雜訊測量系統層（曲線1），相位雜訊隔離器（曲線2）。 輸入功率為 20 dBm，載波頻率 9 kHz。 Eugene N. Ivanov, Michael E. Tobar, Member, IEEE, and R. A. Woode “A Study of Noise Phenomena in Microwave Components Using an Advanced Noise Measurement System” IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL, VOL. 44, NO. 1, JANUARY 1997

7. 單旁波帶相位雜訊層是白色的偏移頻率F 1kHz以上，等於-193 dBc / Hz的。在偏移頻率低於1 kHz時，單旁波帶相位雜訊層遵循閃爍規律，達到-173dB/Hz在10Hz抵消。對應的曲線符合測量單旁波帶相位雜訊層由下式給出 群集的波峰接近100Hz探測器上的雜訊層是由於地震雜訊和振動實驗室，以及電磁干擾。提高檢測器的振動隔離系統和電磁屏蔽將改善本底雜訊在頻率範圍 20到200Hz。相位雜訊層的網管系統可以進一步提高輸入功率或增加其在整個降溫裝置。

8. 泵振盪器的相位波動可能會降低 NMS的相位雜訊層公式（2）。殘留的靈敏度的NMS泵振盪器相位雜訊是由各種因素，包括分散的微波信號在 DUT的相位橋臂差，匹配不完全DUT和其他微波元件。NMS的相位雜訊層由於泵振盪器的相位波動給出 其中的du / df是在NMS的靈敏度泵振盪頻率的變化，SPD是ITW的探測器相到電壓的轉換比，Sosc是泵振盪器的相位雜訊譜密度。數值估計的Sn/f是藉由一個振盪器相位雜訊模型的形式

9. 它對應於自由運行的迴路藍寶石振盪器基於裝載於 Q=1.8 *105。代入（3）實驗測量參數的du /df =0.55mV/kHz 和 SPD= 110V/rad，並利用（4）可得 此限制是有效的偏移頻率低於 100 kHz和至少10dB低於規定的有限的ITW的雜訊溫度檢測器（2）。 先進的NMS也可用於雜訊測量幅度的敏感性接近熱雜訊的限制。這是因為 ITW的探測器是相對免疫泵振盪器幅度的波動，使振幅雜訊測量的水平，遠低於該泵的振盪器。

10. 雜訊測量結果 圖2.曲線 2所示顯示了ITW的探測器雜訊層，當六微波隔離器串聯連接被用作DUT。通過考慮到NMS雜訊層和數量隔離，單旁波帶相位雜訊模型，推導出單隔離器： 這對應級別 SSB相位雜訊-162 dBc/Hz的，-174 dBc/Hz的，和-186 dBc/Hz的頻率偏移量分別為10Hz，100Hz，和1 kHz。兩種不同類型的隔離製造的牽引控制系統進行了測試和Narda大約 9GHz的頻率，提供了一個相當吻合上述雜訊模型（6）。沒有明確的證據被發現相對於隔離雜訊依賴輸入功率。內在雜訊測量了不同電壓控制（VC）的移相器。雜訊水平相位相移器在VC大量從有所不同的-125 dBc/Hz的到-170 dBc/Hz的偏移量為1kHz，取決於制度和操作型相移器。

11. 圖3。電壓控制移相器PQ的- 72相位雜訊（曲線 1），測量系統雜訊層（曲線2）。輸入功率為 20 dBm時，在9 GHz的載波頻率，偏電壓為 3 V的電池，移相器的動態範圍是1rad。 Eugene N. Ivanov, Michael E. Tobar, Member, IEEE, and R. A. Woode “A Study of Noise Phenomena in Microwave Components Using an Advanced Noise Measurement System” IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL, VOL. 44, NO. 1, JANUARY 1997

12. 頻譜密度的SSB相位波動的VC移相PQ-72 (KDI/Triangle)為一個函數的偏移頻率如圖3（曲線 1）。單旁波帶相位雜訊適合於 Lvcp (F)=-147-7.5log10 F,dBc/Hz偏移頻率從10Hz到100kHz，約相當於-170 dBc / Hz的在F=1kHz。 相位雜訊沒有表現出任何對這一事件非常依賴微波功率。振幅雜訊的PQ-72是超過10dB低於其相位雜訊 。 單旁波帶相位雜訊VC衰減器 1-GT-39 (KD.[/Triangle)進行了測量。這是基本持平，在頻率範圍 100 Hz到100 kHz和強烈受到偏壓Ebias。因此，增加Ebias從 0.5 V至0.9 V的增加相位雜訊-183 dBc/Hz的到-170 dBc/Hz的。雜訊的幅度vc衰減器 1-GT-39是更佔優勢比相位噪聲。它是白色的偏移頻率在100Hz以上，並至少高於15dB相位雜訊。

13. 圖4。微波放大器相位雜訊頻譜密度。 Eugene N. Ivanov, Michael E. Tobar, Member, IEEE, and R. A. Woode “A Study of Noise Phenomena in Microwave Components Using an Advanced Noise Measurement System” IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL, VOL. 44, NO. 1, JANUARY 1997

14. 為了測試對其可信性先進NMS，相位雜訊微波放大器是一個典型的測量使用;同時先進和傳統技術。在這些實驗中，放大器被用來作為一個“標準”雜訊源與使用熟悉頻譜密度。這些測量結果，得到了與先進的網絡管理系統中功率放大器的AMF- 6B-6018- 37（Miteq），如圖4所示。單旁波帶相位雜訊Samp(1kHz)=-132 dBc/Hz的測量。這是符合在1至2dB的雜訊測量採用傳統相橋法。

15. 結論 • 一種新型的雜訊測量系統已經開發研究的雜訊現象，被動微波元件。已獲得明顯的證據相對於波動的內在微波隔離器。相位的平均雜訊值-186 dBc / Hz的1 kHz偏移進行了測量微波隔離器的標準運行在室溫。極低的等效雜訊溫度 ITW的探測器可以在性能顯著改善許多現有的微波信號處理電路和系統。ITW的探測器使用振盪器相位雜訊的減少，已經得到證明，在相位雜訊的9 GHz的振盪器已下降至-150dB/Hz 在1 kHz偏移。 ITW的探測器也非常適用於檢測和減少閃爍雜訊放大器。使用ITW的探測器應使放大器的雜訊水平降低到檢測器的ITW固有雜訊，這是為-190dB/Hz在1 kHz偏移。

16. 心得 因為自己不是研究這方面，所以讀完此篇paper發現在微波方面還是有許多不了解，原來雜訊對微波有很大影響，還需用許多元件來降低雜訊，還需要計算很多公式才能解決問題。