レーダー警報受信機(RWR: Radar Warning Receiver)の雑音指数(NF)測定や校正において、大きなENR(Excess Noise Ratio:過剰ノイズ比、一般に20dB〜35dB以上)を持つノイズソースが必要とされる理由は、主に「RWR特有の高雑音指数(高NF)に対する測定不確かさの抑制」「超広帯域測定系の挿入損失の補償」、および「マルチチャネル分配損失の補償」の3点に集約されます。

RFシステム設計および計測工学の観点から、それぞれの理由を具体的に解説します。

1. 高NF(雑音指数)システムにおけるYファクター誤差の抑制

RWRは、強力な敵レーダー波(パルス/CW)の直撃から後段の回路を保護するため、フロントエンドにリミッタ減衰器(アッテネータ)、広帯域なプレセレクタ(フィルタ)を備えています。また、広帯域特性を優先するため、一般的なLNA(低雑音アンプ)単体に比べてフロントエンドの挿入損失が大きく、システム全体の雑音指数(NF)が15dB〜30dB程度と高くなる傾向があります。

NF測定に広く用いられる「Yファクター法」では、以下の関係式が成り立ちます。

 
 
 

ここで、Te は被測定デバイス(DUT)の等価雑音温度、Thot はノイズソースON時の雑音温度(ENRに比例)です。

  • 低ENR(5〜6dBなど)のノイズソースを使用した場合:

    DUT(RWR)の Te が非常に大きいため、分母・分子ともに Te が支配的になり、Y → 1(ホットとコールドの出力差がほぼ出ない状態)に近づきます。

  • 誤差の爆発:

    Y が1に近づくと、測定器(スペアなや雑音指数計)のインスツルメンテーション誤差(検波器の非直線性やジッター)が、NFの測定不確かさ(Uncertainty)に対して指数関数的に悪影響を及ぼします。

測定精度を担保するための実務的なガイドラインとして、「ENR [dB] > DUTのNF [dB] + 3 ~ 5{dB}」を満たす必要があります。そのため、NFが高いRWRの測定では20dB〜30dB以上の高ENRソースが不可欠です。

2. 超広帯域(C〜Kバンド以上)における測定系損失の補償

RWRのカバー帯域は非常に広く(例:2GHz〜18GHz、あるいはそれ以上)、テスト環境も複雑になります。

  • 伝送損失の増大:

    自動テストシステム(ATE)や実機検査において、ノイズソースからRWRのRF入力端に到達するまでには、長い同軸ケーブル、スイッチマトリクス、方向性結合器、同軸コネクタなどが介在します。これらによる挿入損失は、特に高周波帯(X, Ku, Kaバンドなど)において数dB〜10dB以上に達することが珍しくありません。

  • 受電端でのENR確保:

    ノイズソース自体のENRが低いと、RWRの入力端に届くまでにノイズが減衰しきってしまい、RWR内部のノイズフロアに埋もれてしまいます。経路損失を差し引いても、RWR入力端で十分なYファクター(有意なノイズ電力差)を確保するために、あらかじめソース側で大きなENRを出力しておく必要があります。

3. 方向探知(DF)用マルチチャネルへの同時分配

多くのRWRは、脅威電波の到来角(AoA: Angle of Arrival)を特定するために、4つ以上のアンテナチャネル(例:方位90度ごとに配置された振幅比較または位相比較方式)を持っています。

これらのマルチチャネルシステムを同時に校正(キャリブレーション)したり、内蔵試験装置(BITE)でテストしたりする場合、1つのノイズソースからの出力をパワー分配器(スプリッタ)で多分配して各チャネルに入力します。

分配数 理論上の分配損失 実効損失(挿入損失含む目安)
2分配 3.0 dB 〜 3.5 dB
4分配 6.0 dB 〜 7.0 dB
8分配 9.0 dB 〜 10.5 dB

例えば、4分配するだけで各ポートのENRはベースから約7dB低下します。元々のノイズソースが15dB ENRだった場合、分配後は約8dB ENRまで落ち込んでしまい、前述の「高NFデバイス測定の不確かさ」の罠に完全に嵌まることになります。すべてのチャネルに十分な過剰ノイズを同時に供給するためには、大元のソースに25dB〜30dB以上の高いENRが要求されるのです。

 

 

キーワード:NF測定

 

出典:Google Gemini (Gemini は AI であり、間違えることがあります。)

 

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