Amateurfunk verbindet Menschen in der ganzen Welt

Rauschmessung mit dem CANFI

Anhand eines kleinen Beispiels soll der Gebrauch des CANFI Noise-Figure-Meter (im weiteren Verlauf nur CANFI) gezeigt werden. CANFI meint hier den Aufbau des Messsystems, so wie hier beschrieben.

Bevor Messungen mit dem CANFI durchgeführt werden, sollte das Gerät 15 bis 30 Minuten "warmlaufen" bis ein stabiler Betriebszustand erreicht ist. Direkt nach dem Einschalten ist die Drift des DVB-T-Sticks relativ groß.

Benötigt  werden außer dem CANFI und der PC-Software noch eine Rauschquelle und natürlich der oder die Verstärker, der/die getestet werden soll(en).

Vorbereitung der Messung
Die Rauschquelle muss kalibriert sein. Das heißt, das ENR der Rauschquelle muss bekannt sein. Nachdem das CANFI stabile Betriebswerte erreicht hat, wird zunächst der Ausgang der Rauschquelle direkt mit dem Eingang des CANFI verbunden. Die Versorgung der Rauschquelle erfolgt ebenfalls durch den CANFI. Die Rauschquelle wird an dem entsprechenden 28V-Ausgang des CANFI angeschlossen. Falls eine Kalibrierdatei vorhanden ist, muss in den "Settings" das Häkchen im Kästchen "Take Calibration Data from File" gesetzt werden und die entsprechende Datei ausgewählt werden. Ansonsten muss der ENR-Wert von Hand eingetragen werden.

                   
Detail "Noise Source Calibration" des Setting-Menues

Im Fenster der Anwendungssoftware müssen jetzt noch die Messfrequenz und der Modus ausgewählt werden. Wenn keine Kalibrierdatei vorhanden ist, muss auch das ENR der Rauschquelle noch angegeben werden.


User Interface der CANFI-Software

Grüner Pfeil: Messmodus ("A" Eingangsfrequenz = Ausgangsfrequenz)
Blauer Pfeil: Messfrequenz
Roter Pfeil: ENR-Wert. (Wenn eine Kalibrierdatei ausgewählt wurde, kann hier keine Eingabe getätigt werden)

Wenn der Modus "A", für normale Verstärker, ausgewählt wurde, werden die eingegebenen Werte für Frequenz und ENR automatisch in die Fenster "Device Under Test" übernommen. Die eingegebene Frequenz erscheint auch in dem Anzeigefenster "Frequency DUT [MHz]". Die beiden Anzeigefenster "Gain [dB]" und "Noise Figure [dB]" sind, entgegen der obigen Darstellung, noch ohne Messwert!

Kalibrierung
Als Nächstes wird jetzt das CANFI kalibriert. Ein Klick auf das entsprechende Feld "Calibrate" startet den Vorgang, der mehrere Minuten dauert. Während dieser Zeit darauf achten, dass möglichst alles, was HF emittiert, ausgeschaltet ist. Rauschmessungen sind immer Messungen an der "Grasnarbe" und daher besonders anfällig für irgendwelche Störsignale. Wer während der Kalibrierung mal eben die Sendetaste seines Funkgerätes drückt, hat die Kalibrierung sehr wahrscheinlich schon zerstört.


Aufbau zum Kalibrieren des CANFI


Kalibrieren des CANFI

Nach dem Kalibriervorgang wird das Feld "Calibrate" hellrot hinterlegt und das CANFI ist bereit zur Messung der Noise Figure und der Verstärkung. Ohne Kalibrierung kann die Verstärkung nicht gemessen werden.

Messung im "A"-Modus
Der Aufbau der Messung wird jetzt geändert. Das DUT (Device under Test) wird nun in den Signalweg eingeschleift.


Aufbau zur Messung von Noise Figure und Gain


Noise Source mit DUT

Zum Start der Messung wird auf das Feld "Measure" geklickt. Anschließend erscheinen der Wert der Verstärkung und die Noise Figure in den entsprechenden Anzeigefenstern. Es muss darauf geachtet werden, dass in der Bandanzeige keine Störungen (Peaks) zu sehen sind und die Anzeige flach verläuft. Anderenfalls muss die Messfrequenz geringfügig verändert werden, bis die Störung sich außerhalb der Messbandbreite befindet.


Ergebnis der Messung des Breitbandverstärkers LNA_1420

Das Messergebnis entspricht in etwa dem berechneten Wert. Die NF-Werte der beiden Stufen sind bei 435 MHz circa 0,52 dB und 0,52 dB. Das ergibt rein rechnerisch eine Noise Figure von etwa 0,53 dB.

Ein Druck- oder Speicherfunktion gibt es leider (noch?) nicht. Zum Archivieren kann man mit "Alt" + "Druck" das gesamte Fenster in die Zwischenablage übernehmen und dann nach Belieben weiter verarbeiten.


Auswertebeispiel

Messungen können beliebig wiederholt werden. Sobald jedoch ein Wert verändert wird oder in den "Settings" eine Einstellung verändert wird, ist die Kalibrierung hinfällig und muss erneut durchgeführt werden, wenn die Gain eines Verstärkers gemessen werden soll.

Messung im "B"-Modus
Dieser Modus dient zum Messen von Konvertern. Hier im Beispiel wird der L-Band-Mischer getestet, der in "Radioastronomie" beschrieben ist. Die Eingangsfrequenz beträgt 1,42 GHz, die IF-Frequenz 420 MHz und die LO-Frequenz beträgt 1 GHz.


L-Band-Mischer, Signalumsetzer von 1,42 GHz auf 420 MHz

Im Feld "Measure Device" wird die IF-Frequenz des Mischers (420 MHz) angegeben und im Feld "Device Under Test" die Eingangsfrequenz des Mischers (1420 MHz). Die ENR wird aus dem Kalibrierfile geladen. Mit diesen Einstellungen wird dann auch zuerst - ohne DUT - eine Kalibrierung durchgeführt. Der Aufbau für die Kalibrierung bzw. Messung  ist identisch mit den zuvor beschriebenen Aufbauten.  Nach der Kalibrierung wird das DUT eingefügt und die Messung gestartet.


Ergebnis der Konverter-Messung

Das Messergebnis entspricht fast exakt dem berechneten Wert. Die NF-Werte der einzelnen Stufen sind 3 dB, 6 dB und 1,9 dB. Das ergibt rein rechnerisch eine Noise Figure von etwa 3,3 dB.

Der Messmodus "C" wird hier nicht behandelt, ist aber im Handbuch gut beschrieben. Hier sollte nur eine kurze Einführung gegeben werden, um die grundsätzliche Vorgehensweise bei einer Rauschmessung darzustellen.

Mittlerweile gibt  es eine neue Programmversion. In dieser steht jetzt u.a. ein FFT-Filter zur Verfügung, um Störungen im Spektrum zu unter-drücken. Weiterhin steht eine Sweep-Funktion zur Verfügung, mit welcher die NF über einen wählbaren Frequenzbereich ermittelt werden kann.


Screenshot der neuen Programmversion mit FFT-Filter

CANFI

CANFI-Aufbau

Noise Source

Noise Source

Eigenbau Rauschquelle 15dB ENR nach DG1KPN

Rauschquelle mit ENR 15dB. Die Rauschquelle kann bis etwa 6 GHz verwendet werden. Die Rausch-erzeugung erfolgt durch den Basis-Emitter-Übergang eines Transis-tors. Dieser Rauschquelle muss zur Impedanz-Anpassung noch ein Attenuator nachgeschaltet werden. Bei mir beträgt der erforderliche Wert 20 dB. 

Ein abweichendes ENR kann hier durch Verwendung eines anderen Attenuators erzeugt werden. Beispielweise 5 dB_ENR, bei  Verwendung eines 30 dB Attenuators.

Die Abweichungen in der erzeugten Rauschleistung sind allerdings groß. Der Wert des Attenuators, der für eine bestimmte Rauschleistung erforderlich ist, kann also bei einem andern Nachbau völlig anders ausfallen.

StepUp Wandler



StepUp Wandler mit 9V-Akku. Damit kann die Noise Source unabhängig vom CANFI betrieben werden. Der Ausgang liefert 28 Volt und kann damit auch kommerzielle Rauschquellen versorgen.