DIN IEC 60510-1-5-1991 Methods of measurement for radio equipment used in satellite earth stations measurement common to sub-systems and combinations of sub-systems noise temperatu.pdf

1、DINL DIN IEC 510 TEIL 1-5 91 m 2794442 015212 m DK 621.396.7 : 629.783 : 621.317.08 DEUTSCHE NORM September 1991 Meverfa h ren f U r Fu n kg ert i n Sat e I I i ten- Erdf u n kst el len Messungen an Untersystemen und Kombinationen von Untersystemen Rauschtemperatur- Messungen Identisch mit IEC 510-1

2、-5 : 1988 DIN IEC 510 - Teil 1-5 Die Internationale Norm IEC 510-1-5,1.Ausgabe,1988,Methods of meas- urement for radio equipment used in satellite earth stations; Part 1: Measurements common to sub-sytems and combinations of sub- systems; Section Five - Noise temperature measurements“, ist unver- nd

3、ert in diese Deutsche Norm bernommen worden. Nationales Vorwort Diese Norm ist die deutsche, vom zustndigen Arbeitsgremium K 737 ,Mikrowellen-Funk- Systeme zur Nachrichtenbertragung“ der Deutschen Elektrotechnischen Kommission im DIN und VDE (DKE) autorisierte bersetzung der IEC 510-1-5. Zu dieser N

4、orm war der Entwurf DIN IEC 12E(C0)117/10.86 verffentlicht. Zu den zitierten IEC-Publikationen wird auf folgende Zusammenhnge mit Deutschen Normen hingewiesen: Publikationen der Reihe IEC 510 Teil 2: bernahme in das nationale Normenwerk in Vorbereitung; bisher ist erschienen: DIN IEC 510 Teil 2-1. P

5、ublikationen der Reihe IEC 510 Teil 3: bernahme in das nationale Normenwerk in Vorbereitung; bisher sind erschienen: DIN IEC 510 Teil 3-1, DIN IEC 510 Teil 3-2. Fortsetzung Seite 2 bis 11 Deutsche Elektrotechnische Kommission im DIN und VDE (DKE) - einverkauf der Normen durch Beuth Verlag GrnbH,Burg

6、grafenstraBe 6,1000 Berlin 30 DIN IEC 570 Teil 1-5 Sep 7991 Preisgr. 9 Vertr.-Nr. 2809 09.91 DINL DIN IEC 530 TEIL 1-5 91 m 2794442 0352633 352 m Sechsmonatsregel 12E(C0)117 Seite 2 DIN IEC 51OTeil 1-5 Deutsche bersetzung Meverfah ren f r Fun kg ert in Satel liten- Erdf un kstellen Teil 1: Messungen

7、 an Untersystemen und Kombinationen von Untersystemen Hauptabschnitt fnf - Rauschtemperatur-Messungen Abstimmungsbericht 12E(C0)122 Inhalt Seite Vorwort 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Einfhrung 3 3 Begriffe . 3 3.1 Spektrale Rauschleistungsdichte 3.2 Verfgbare Rauschleistungsdichte . 3 3

8、.3 Rauschtemperatur 3 3.4 Mittlere Rauschtemperatur 3 3.5 Rauschbandbreite 3 3.6 Betriebsrauschtemperatur oder 3.7 Referenz-Rauschquelle . 4 3.8 Aquivalente Eingangsrauschtemperatur eines Vierpols 4 3.9 Mittlere Rauschzahl 4 (Rauschleistungsdichte) 3 Systemrauschtemperatur . 3 Seite 4 Allgemeines .

9、4 5 MeBverfahren . 4 5.1 Y-Faktor-Verfahren . 4 5.1.1 Verfahren mit LeistungsmeBgert 5 5.1.2 Verfahren mit variablem Dmpfungsglied . 5 5.2 3-dB-Verlust-Verfahren . 6 5.2.1 Verfahren mit variabler Quelle . 6 5.2.2 Verfahren mit fester Quelle 6 5.3 Verfahren mit automatischem 5.4 Verfahren mit unmodul

10、ierter Trgerschwingung (CW-Verfahren) 7 6 Darstellung der Ergebnisse . 8 7 Festzulegende Einzelheiten 8 Anhang A Messung der Rauschbandbreite 8 Bilder 9-10 RauschzahlmeBgert (ANFM) 7 Vorwort 1. Die offiziellen Beschlsse oder Vereinbarungen der IE ber technische Fragen, die in Technischen Komitees vo

11、n Ver- tretern aller an dem behandelten Thema besonders interessierten nationalen Komitees erarbeitet werden, bringen das hchstmgliche Ma6 internationaler bereinstimmung fr das behandelte Sachgebiet zum Ausdruck. 2. Sie stellen Empfehlungen zur internationalen Anwendung dar und sind als solche von d

12、en nationalen Komitees ange- nommen. 3. Um die internationale Vereinheitlichung zu frdern,wnscht die IEC, da6 alle nationalen Komitees den Text der IEC-Emp- fehlungen soweit in ihre nationalen Regeln bernehmen, wie es die Gegebenheiten im jeweiligen Land gestatten. Jede Abweichung zwischen der IEC-E

13、mpfehlung und der entsprechenden nationalen Regel sollte in dieser, soweit mglich, deutlich gekennzeichnet werden. Weitere Informationen knnen dem in obiger Tabelle angegebenen Abstimmungsbericht entnommen werden. DIN1 DIN IEC 510 TEIL 1-5 91 2794442 0352634 299 1 Anwendungsbereich Diese Norm umfat

14、Meverfahren, die zur Ermittlung der Rauschtemperatur und der Rauschzahl von Untersystemen undloder Kombinationen von Untersystemen anzuwenden sind, wobei lineare Bedingungen sowie das Vorhandensein geeigneter Anschlsse vorausgesetzt werden. Messungen, die sich fr besondere Systeme oder Unter- System

15、e eignen, werden in den Teilen 2 und 3 dieser Normenreihe angegeben. 2 Einfhrung Rauschen kann extern oder intern, d. h. innerhalb des Gertes selbst, entstehen. Externes Rauschen wird im Prin- zip durch jede beliebige Strquelle einschlielich der ther- mischen Strahlung der Atmosphre und der Erdoberf

16、lche verursacht. Internes Rauschen entsteht durch thermisches Rauschen sowie durch Schaltungsrauschen wie etwa Schrotrauschen in beheizten Elektronenrhren, statisti- sches Rauschen in Halbleitern und Verlagerungen von Bereichsgrenzen in ferromagnetischen Komponenten. Die Rauschtemperatur ist ein gng

17、iges Ma fr die von einem System oder Untersystem erzeugte Rauschleistung; sie entspricht fast immer eher einer ,quivalenten“Tempe- ratur als einer tatschlichen Temperatur, da sie ein Ma fr die Wirksamkeit der Beitrge aller thermischen und nicht- thermischen Rauschquellen ist. 3 Begriffe Fr diesen Ha

18、uptabschnitt gelten folgende Begriffe: 3.1 Spektrale Rauschleistungsdichte Die spektrale Rauschleistungsdichte ist definiert durch: (Rauschleistungsdichte) (3.1) wobei N(f) die spektrale Rauschleistungsdichte als Funktion der Frequenz, dP,(f) die gesamte Rauschleistung im Frequenzinter- val1 df, ist

19、. Anmerkung: Fr praktische Zwecke kann die spektrale Rauschleistungsdichte als die innerhalb einer Band- breite von 1 Hz enthaltene Rauschleistung ange- nommen werden. O 3.2 Verfgbare Rauschleistungsdichte Die verfgbare Rauschleistungsdichte ist diejenige Rausch- leistungsdichte, die von einer Rausc

20、hquelle an eine ange- pate Last geliefert wird. 3.3 Rauschtemperatur Die Rauschtemperatur ist das Verhltnis der verfgbaren Rauschleistungsdichte zur Boltzmannkonstanten: (3.2) wobei T,(f) k die Boltzmannkonstante 1,3805 x JIK, ist. Die Rauschtemperatur ist ausnahmslos eine ,quivalente“ Temperatur an

21、 Stelle einer tatschlichen Temperatur. Auch wenn die gesamte Rauschleistung thermischen Ursprungs ist, Iat sich die Rauschtemperatur nicht ausschlielich auf die Strahlung eines einzigen Krpers bei einer einzigen Temperatur zurckfhren. die Rauschtemperatur als Funktion der Frequenz, DIN IEC 51OTeil 1

22、-5 Seite 3 Der Index ,n“ bezeichnet eine quivalente Temperatur. Durch Weglassen dieses Indexes wird eine tatschliche Temperatur bezeichnet. 3.4 Mittlere Rauschtemperatur Die mittlere Rauschtemperatur ist definiert durch: - pll T, =-. (K) kB (3.3) wobei T, der Mittelwert, P, die gesamte Rauschleistun

23、g innerhalb der Rausch- bandbreite B, definiert im folgenden Abschnitt, ist. 3.5 Rauschbandbreite Wenn GU) die verfgbare frequenzabhngige Leistungs- Verstrkung eines rauschfreien linearen Netzwerkes und Go seine verfgbare Leistungsverstrkung bei der nomi- nellen Mitten- oder Bezugsfrequenz f, ist, d

24、ann ist die Rauschbandbreite B definiert als die Bandbreite eines idealen rauschfreien Filters, das eine rechteckfrmige Amplituden/ Frequenz-Charakteristik mit einer verfgbaren Leistungsverstrkung Go und eine Ausgangsleistung, die einem tatschlichen Filter entspricht (siehe Bild l), hat. Es wird ang

25、enommen,da die Rauschleistungsdichte ber der Frequenz konstant ist. Die Rauschleistung am Ausgang des Filters kann dann wie folgt ausgedrckt werden : m P, =I NG(f)df = NBG, (W) O wobei (3.4) N die verfgbare Rauschleistung am Eingang des Filters ist. Nach Gleichung (3.4) ist die Rauschbandbreite B ge

26、geben durch: 1- Go o B = - G(f)df (Hz) (3.5) Es ist zu beachten, da der Wert der Rauschbandbreite B kein konstanter Parameter eines Filters ist,sondern von der Wahl von f, abhngt, das wiederum Go definiert. 3.6 Betriebsrauschtemperatur oder Systernrauschtemperatur Die Betriebsrauschtemperatur Top ei

27、nes Untersystems oder einer Kombination von Untersystemen ist diejenige Rausch- temperatur, die die Rauschbeitrge aller externen und inter- nen Rauschquellen des zu prfenden Gertes beinhaltet. Fr einen Vierpol odereine Anzahl von in Kette geschalteter Vierpole ist Top bezogen auf den Eingang der ers

28、ten Kom- ponente gegeben durch: (3.6) wobei Ti die Rauschtemperatur am Eingang und TE die quivalente Eingangsrauschtemperatur des Vierpols oder der Kette von Vierpolen, die das zu prfende Gert enthlt, ist. Die Benennung ,Systemrauschtemperatur“ wird hufig zur Bezeichnung der Rauschtemperatur eines k

29、ompletten bertragungssystems benutzt und wird mit Ts bezeichnet. Die Benennung ,Betriebsrauschtemperatur“ wird im gleichen Sinn verwendet, wird aber auch hufig in einem mehr allge- meinen Sinn fr eine beliebige Anordnung benutzt, die eine Rauschquelle, ein zu prfendes System oder Untersystem sowie e

30、ine Last enthlt und wird mit Top bezeichnet. Top = Ti + T, DIN3 DIN IEC 510 TEIL 1-5 91 2794442 0352635 125 Seite 4 DIN IEC 510 Teil 1-5 3.7 Referenz-Rauschquelle Eine Referenz-Rauschquelle ist eine Quelle, deren Rausch- temperatur TQ whrend eines Meintervalls konstant gehalten werden kann. Es ist g

31、ewhnlich nicht notwendig, da die Rauschtemperatur einer Referenz-Rauschquelle bekannt ist. Ist die Rauschtemperatur jedoch bekannt, so wird die Quelle als Standard-Rauschquelle bezeichnet. Die Rauschtemperatur einer Referenz-Rauschquelle kann die Umgebungstemperatur sein. Eine thermische Last bei Um

32、- gebungstemperatur ist ein typisches Beispiel. Die Referenz-Rauschquelle besteht hufig aus einer ,heien“ oder ,kalten“ Last und einem Dmpfungsglied (mit dem Dmpfungsfaktor L),das die oderfast die Umgebungs- temperatur hat (siehe Bild 2). In diesem Fall ist die Refe- renztemperatur TI gegeben durch:

33、 TI =-+ TQ Ta (y) (K) L (3.7) 3.8 quivalente Eingangsrauschtemperatur Die quivalente Eingangsrauschtemperatur eines Vierpols ist eine fiktive Rauschtemperatur, welche bei Addition zur Rauschtemperatur eines theoretisch idealen rauschfreien Vierpols mit gleicher Eingangsimpedanz und Verstrkung wie di

34、e tatschliche Anordnung auch die gleiche Ausgangs- Rauschleistungsdichte hervorruft wie die tatschliche An- ordnung. Bei Anschlu an eine Rauschquelle der Temperatur TQ ist die Ausgangs-Rauschleistungsdichte No eines Vierpols mit einer quivalenten Eingangsrauschternperatur T, gegeben werden durch: No

35、= (TQ + TJkG (W/Hz) (3.8) eines Vierpols wobei k die Boltzmannkonstante, G der Verstrkungsfaktor des Verstrkers, ist. Wenn 7, die quivalente mittlere Eingangsrauschtempera- tur ber eine gegebene Bandbreite B ist, dann ist die Aus- gangs-Rauschleistung P, eines Vierpols. Pno=(T+T,)kGB (3.9) wobei B d

36、ie Rauschbandbreite ist, TQ konstant angenommen wird ber die Rauschband- breite B. Soweit nicht anders festgelegt, wird die Benennung ,qui- valente Eingangsrauschtemperatur“ dazu verwendet, die mittlere Eingangsrauschtemperatur ber eine gegebene Bandbreite zu bezeichnen. 3.9 Mittlere Rauschzahl Die

37、mittlere Rauschzahl F eines Vierpols ist das Verhltnis der von der Anordnung an die Last abgegebenen gesamte Rauschleistung Po, wenn die Rauschtemperatur ihres Ein- gangsabschlusses bei 290 K liegt,zu der unter den gleichen Bedingungen am Ausgang einer idealen rauschfreien An- ordnung verfgbaren Rau

38、schleistung Ps. (3.10) wobei T = 290 K. Bei einem Gert mit Verstrkung in mehr als einem Fre- quenzband, wie etwa bei der Spiegelfrequenz in einem Uberlagerungssystem. beinhaltet der Nenner Ps nur die Rauschleistung vom Eingangsabschlu, die im gleichen Frequenzbereich wie das modulierte Signal liegt.

39、Dieser Fall betrifft Satelliten-Nachrichtensysteme und ist als die ,Schmalband-Rauschzahl“ bekannt. Die Beziehung zwischen der mittleren Rauschzahl F un! der mittleren quivalenten Eingangsrauschtemperatur T, erhlt man folgendermaen: Po= k 290.GB + k T,.GB = kGB (290 +Te). (3.1 1) Aus den Gleichungen

40、 (3.10) und (3.11) ergibt sich: kGB (290 + 7,) 7, F= - - +1 (3.12) kGB * 290 290 oder TE = 290 * (F-1) (3.13) 4 Allgemeines Die zur Messung der mittleren RauSchohl F und der qui- valenten mittleren Rauschtemperatur T, verwendeten Ver- fahren werden grundstzlich grob in breitbandige und schmalbandige

41、 Verfahren eingeteilt. Bei breitbandigen Ver- fahren werden i. a. Rauschgeneratoren als Mesignal ver- wendet, whrend fr schmalbandige Verfahren Signal- Generatoren mit unmodulierter Trgerschwingung (CW-Signal) eingesetzt werden. Die am meisten verwendeten breitbandigen Meverfahren sind: a) dasY-Fakt

42、or-Verfahren b) das Verfahren mit 3-dB-Dmpfungsglied c) das Verfahren mit automatischem Rauschzahlmege- rt (ANFM). Das Verfahren mit unmodulierter Trgerschwingung ist die am meisten verwendete schmalbandige Messung. Dieses Verfahren ist von sehr niedrigen Frequenzen bis hin zu einigen zehn Gigahertz

43、 anwendbar. Die Auswahl eines bestimmten Verfahrens fr einen gege- benen Fall hngt von vielen Einflugren ab, darunter: i) gewnschte Genauigkeit, i) erforderliche Gerteausstattung. iii) Verfgbarkeit der Gerte, iv) Frequenzbereich, v) vi) Zweckdienlichkeit, vii) Schnelligkeit der Messung. Eine zusamme

44、nfassende bersicht ber die wichtigeren Eigenschaften der verschiedenen MeBverfahren ist in Tabelle 1 angegeben.Sie sind in diesem Hauptabschnitt zu- sammen mit ihren Vor- und Nachteilen beschrieben, um ein umfassendes Verstndnis der jedem einzelnen Verfahren zugrundeliegenden grundstzlichen Meablufe

45、 zu er- mglichen. Das zu prfende Gert kann daherentweder ein einzelnes Untersystem (wie z. B. der rauscharme Verstr- ker) oder eine Kombination von Untersystemen sein (wie z. B.der rauscharmeverstrker und ein Abwrts-Umsetzer). Die fr ein spezifisches System oder Untersystem anwend- baren Meanordnung

46、en werden in den Teilen 2 und 3 dieser Normenreihe angegeben. Art der zu prfenden Gerte, 5 Meverfahren 5.1 Y-Faktor-Verfahren blicherweise werden zwei Y-Faktor-Verfahren angewendet: a) das Verfahren mit LeistungsmeBgert, b) das Verfahren mit variablem Dmpfungsglied. Die beiden Verfahren unterscheide

47、n sich grundstzlich in der Art, in der der Y-Faktor gemessen wird. DIN1 DIN IEC 510 TEIL 1-5 91 2794442 0352636 Ob1 DIN IEC 51OTeil 1-5 Seite 5 Tabelle 1. Zusammenfassung der Eigenschaften der Meverfahren Verfahren Y - Fa ktor a) Verfahren mit b) Dmpfungsverfahren 3-dB-Dmpfung a) Verfahren mit varia

48、bler b) Verfahren mit fester Leistungsmegert Quelle Quelle Automatisches Rauschzahl- Megert (ANFM) c.w Genauigkeit 5 2 5 1 I Geschwindigkeit der Messung Frequenzbereich Typische (W 2 bis 8 10 kHz bis 30 GHz Mittel 2 bis 8 10 kHz bis 30 GHz Mittel 10 bis 25 1 MHz bis 3GHz Schnell 5 bis 20 10 kHz bis

49、30 GHz Mittel 5 bis 20 10 MHz bis 30 GHz Schnell 5 bis20 1 kHz bis40GHz 1 Langsam 5.1.1 Verfahren mit Leistungsmegert Es werden zwei statistische Rauschgeneratoren und ein Leistungsmegert verwendet entsprechend Bild 3. Einer der Rauschgeneratoren (mit ,hei“ bezeichnet) hat eine hhere Rauschtemperatur Th als der andere mit Ti, (mit ,kalt“ bezeichnet). Der ,heie“ und der ,kalte“ Rauschgene- ra