雑音標準

校正サービス

校正対象	コネクタ形状	校正範囲	不確かさ	校正の種類	追記
同軸雑音源 （雑音温度）	PC7	周波数：2 GHz – 18 GHz 雑音温度：150 K – 12000 K （ENR：~ 15 dB）	1.5 – 4 % (k = 2)	jcss
同軸雑音源 （雑音温度）	PC7 PC3.5	周波数：10 MHz – 26.5 GHz 雑音温度：290 K – 1000000 K （ENR：~ 25 dB）	2 – 6 % (k = 2)	依頼試験
導波管雑音源 （雑音温度）	WR42	周波数：18 GHz – 26.5 GHz 雑音温度：77 K – 12000 K （ENR：~ 15 dB）	4 – 8.5 % (k = 2)	依頼試験

概要

雑音は、電子デバイスや通信システムの性能を評価し、高性能なシステムを設計する上で極めて重要な検討事項である。通信機器や電子機器の技術開発が盛んに進められる現在、システムの高度化のために雑音の精密計測に関する需要が高まっている。一般に雑音測定では発生雑音電力が既知である標準雑音源を用いる。この標準雑音源の基準となる雑音電力が高周波雑音標準である。

測定の対象となる雑音電力は一般に非常に微弱であり（10^-23 W/Hz程度）、その大きさの絶対値を直接、正確に求めることは現在の測定技術では困難である。そこで、大きさの分かっている雑音電力と直接比較測定することにより被測定雑音源（DUT: Device Under Test）の雑音電力を求める。雑音の発生源として、現在、最も正確にその電力の大きさを定めることができるのは熱雑音源である。熱雑音源の場合、その雑音電力の大きさは、抵抗体の温度と周波数からプランクの放射則を用いて原理的に正確に求めることができる。高周波雑音の測定対象となる雑音電力および周波数帯では、熱雑音電力は抵抗体の物理温度にほぼ比例する。そのため、測定される任意の雑音は、これと等価な電力を発生する熱雑音源の物理温度として表すことができる。従って、雑音電力は雑音温度として比較測定される。また、雑音の大きさの表し方として、290 Kを基準温度とし基準温度の何倍かをデシベル表記した過剰雑音温度比（ENR: Excess Noise Ratio）も用いられる。

校正原理

雑音温度の比較測定は、既知の雑音温度を有する二つの標準雑音源と高感度な高周波受信機であるラジオメータを用いる。ラジオメータを用いた比較測定の原理を図１に示す。まず、二つの標準雑音源T₁、T₂をラジオメータの入力ポートに接続して、それぞれの雑音温度に比例した測定量N₁、N₂を求める。次に、被測定雑音源T_xを接続しその時の測定量N_xを求める。ここで、ラジオメータの測定量が入力雑音温度と比例することを利用すると、結局、被測定雑音源の雑音温度T_xは図１の挿入式のように求めることができる。

図１　ラジオメータを用いた直接比較法による雑音温度の測定原理

校正システム

図２に産総研において開発した高周波雑音測定システムの概観およびブロック図を示す。比較測定用のラジオメータとしては、ゼロバランス方式によるトータルパワー型ラジオメータを開発した。本ラジオメータは、高周波雑音を入力し中間周波数に変換するためのRF部、中間周波数信号を増幅・検波するIF部、測定周波数設定のための局部発振器（SG）、および精密可変減衰器（IF ATT）等から構成される。ゼロバランス方式では、入力雑音温度に応じて、検波信号がリファレンス電圧と等しくなるように精密可変減衰器の減衰量を調整する。これにより、入力雑音温度は減衰量比として求めることができる。またゼロバランス方式を用いることにより、検波信号は常に一定レベルとなり、広いダイナミックレンジに亘る直線性が実現されている。また、広帯域測定システムとして、雑音指数アナライザシステムを保有している。

標準雑音源としては、雑音温度の異なる二つの標準雑音源のうち、一つは室温において温度安定化を施した室温雑音源を用い、もう一方は室温より低い低温標準雑音源および室温より高い高温標準雑音源（ノイズダイオード）を用いている。産総研では、独自技術による低温標準雑音源を開発中であり、さらに、外国標準研究所で校正されトレーサビリティを確保した低温標準雑音源、および高温標準雑音源（ノイズダイオード）を保有している。

−ラジオメータシステム

−雑音指数アナライザシステム

−ノイズダイオード

−低温標準雑音源

−室温標準雑音源

図２　雑音温度測定システムの概観およびブロック図