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Y-Factor Method (Y-Factor法)

Y-Factor法は、RFおよびマイクロ波システムのノイズフィギュア(Noise Figure、NF)を測定するために広く使用されている手法です。この方法では、デバイス(例:増幅器、受信機)がどれだけ追加のノイズを発生させるかを、既知の2つの条件(通常「ホット」と「コールド」と呼ばれる)での出力ノイズを比較することによって求めます。

基本概念

Y-Factorは、2つの入力条件における測定ノイズパワーの比率です。

Y = P_hot / P_cold


ここで:

  • P_hot = ホットノイズソース使用時の出力ノイズパワー

  • P_cold = コールドノイズソース使用時の出力ノイズパワー

コールド状態は通常290 Kの基準温度に対応し、ホット状態は較正されたノイズソースによって高いノイズ温度が与えられます。

ノイズフィギュアの導出

ノイズフィギュア(NF)は、Y-Factorとノイズソースのエクセスノイズレシオ(ENR)から次の式で算出されます。

NF = ENR - 10 × log₁₀(Y - 1)


ここで:

  • NF = ノイズフィギュア(デシベル単位、dB)

  • ENR = エクセスノイズレシオ(dB)、ノイズソースの既知パラメータ

  • Y = 測定されたY-Factor

ENR値が定義されていない場合、NFはENRに対して相対的に表現されます。

計算例

与えられた条件:

  • P_cold = 10 mW

  • P_hot = 15 mW

まず、Y-Factorを計算します。

Y = 15 / 10 = 1.5


次に、

10 × log₁₀(Y – 1) = 10 × log₁₀(0.5) ≈ –3.01 dB


ENRが6 dBの場合:

NF = 6 dB – (–3.01 dB) = 9.01 dB

測定手順

  • 既知のインピーダンスでシステムをキャリブレーションする

  • コールドノイズソースで出力ノイズを測定する

  • ホットノイズソースで出力ノイズを測定する

  • 2つの測定結果からY-Factorを算出する

  • 式を適用してノイズフィギュア(NF)を求める

現代のスペクトラムアナライザやネットワークアナライザでは、これらの手順が自動化されていることが多いです。

測定機器

  • 較正されたノイズソース(ホット/コールド状態)

  • スペクトラムアナライザまたはネットワークアナライザ

  • 被測定デバイス(DUT)例:増幅器または受信機

  • 必要に応じてレベル調整用アッテネータ

実用上の注意点

  • Y-Factor法の精度は、キャリブレーション、デバイスの直線性、温度管理に大きく依存します。

  • コールドノイズソースは290 Kと仮定されます。

  • 温度やENRの変動により大きな誤差が生じる可能性があります。

  • DUTの非線形性が測定結果を歪める場合があります。

主な用途

  • 無線受信機の感度最適化

  • 衛星通信システムにおけるLNA試験

  • レーダーおよびテレメトリにおける受信機性能評価

  • マイクロ波工学における低ノイズコンポーネントの特性評価

  • 試験・計測分野におけるラボレベルでのNF測定

最終確認・更新日:2025年5月27日(IBL編集チーム) このコンテンツはあなたにとってどの程度役に立ちましたか?