簡(jiǎn)述噪聲的意義及測(cè)量方法

1、噪聲的定義

噪聲系數(shù)是度量被測(cè)件（DUT）在射頻信號(hào)通過(guò)時(shí)主要由于器件中的電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)附加到信號(hào)上的雜亂信號(hào)，為了衡量這種惡化程度，引入噪聲因子F（Noise Factor）和噪聲系數(shù)NF（Noise Figure）的概念，也就是說(shuō)噪聲系數(shù)量化了DUT降低信號(hào)的信噪比的程度；

圖1.1 有用信號(hào)經(jīng)過(guò)DUT前后的信噪比變化

Noise Factor： F = SNRIN/SNROUT

Noise Figure： FdB = 10lg（SNRIN/SNROUT）

在射頻收發(fā)鏈路中，通常接收機(jī)鏈路尤其關(guān)注噪聲系數(shù)，因?yàn)檫@決定了接收機(jī)的靈敏度，噪聲系數(shù)越低，接收靈敏度越高；從應(yīng)用的角度講，接收機(jī)噪聲系數(shù)對(duì)雷達(dá)和軍民用通信系統(tǒng)至關(guān)重要，高的NF是限制雷達(dá)最遠(yuǎn)探測(cè)距離的最主要因素；

2、噪聲的測(cè)試原理

2.1 兩種噪聲測(cè)量方法

2.1.1 Y 因子法

Y因子法測(cè)量噪聲系數(shù)需要設(shè)備包含頻譜儀和標(biāo)準(zhǔn)ENR的噪聲源，通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉噪聲源電源（28V DC）使其置冷和置熱，從而測(cè)到兩種狀態(tài)下的總功率，從而算出DUT本身的噪聲；

圖2.1 Y因子法測(cè)量噪聲原理圖

圖2.2 Y因子法測(cè)量噪聲的計(jì)算方法

圖2.3 連接示意圖（a）校準(zhǔn)步驟（b）測(cè)量步驟

進(jìn)行測(cè)量的三個(gè)主要步驟

1）。 校準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備的噪聲系數(shù)；

2）。 DUT與設(shè)備級(jí)聯(lián)并測(cè)量；

3）。 計(jì)算噪聲系數(shù)；

選擇噪聲源和頻譜儀的幾點(diǎn)注意：

1）。 校準(zhǔn)過(guò)程中要求打開(kāi)和關(guān)閉噪聲源之間的差異至少為3dB，因此我們必須選擇ENR至少比頻譜分析儀的噪聲系數(shù)大3dB的噪聲源，即：

ENR 》 NFSA + 3dB

2）。測(cè)量過(guò)程中要求打開(kāi)和關(guān)閉噪聲源之間的差異至少為5dB，因此我們必須選擇ENR至少比DUT的噪聲系數(shù)大5dB的噪聲源，即：

ENR 》 NFDUT + 5dB

3）。為解決測(cè)量和校準(zhǔn)步驟之間的差異提出的，要求校準(zhǔn)和測(cè)量步驟之間的差異至小于為1dB，這可以通過(guò)選擇頻譜分析儀和前置放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，以使DUT的NF+增益至少比頻譜分析儀的NF高1dB。

NFDUT + GainDUT 》 NFSA + 1dB

如果做到以上三點(diǎn)，Y因子法測(cè)到的NF數(shù)據(jù)才是可信的；

2.1.2 冷源法（增益法）

DUT的輸出噪聲絕對(duì)功率是DUT的增益對(duì)DUT的固有噪聲進(jìn)行放大后的結(jié)果，如果可以精確地測(cè)得放大器的增益，那么就可以從測(cè)量結(jié)果中把經(jīng)放大的輸入噪聲扣除，由此就計(jì)算出噪聲系數(shù)，因此測(cè)量DUT的增益測(cè)量至關(guān)重要，因此冷源法又稱(chēng)增益法。

冷源法是使用信號(hào)分析儀來(lái)測(cè)量DUT的增益和輸出噪聲絕對(duì)功率，如圖2.4所示。

圖2.4 使用冷源方法需要端接DUT的輸入端

冷源法通常對(duì)高增益的LNA最為有效，因?yàn)閷?duì)于明顯高于信號(hào)源本底噪聲的信號(hào)來(lái)說(shuō)，信號(hào)分析儀能夠有效的測(cè)量出來(lái)。

同Y因子法一樣，冷源法需要校準(zhǔn)表征儀器內(nèi)部噪聲接收機(jī)的噪聲系數(shù)和增益，校準(zhǔn)需要一個(gè)噪聲源來(lái)完成，或者也可以使用功率計(jì)做掃頻測(cè)量來(lái)確定接收機(jī)的有效噪聲帶寬。

圖2.5 冷源法測(cè)噪聲系數(shù)的計(jì)算方式

圖2.5是輸出噪聲功率與輸入噪聲功率的關(guān)系圖，可以單獨(dú)測(cè)量DUT的增益而得到這條直線的斜率，然后只需進(jìn)行一次功率測(cè)量就能確定這條直線和Y軸的交點(diǎn)，從而確定該直線在圖中的位置，這樣就可以推導(dǎo)出DUT的噪聲系數(shù)。

圖2.6矢網(wǎng)冷源法測(cè)量NF的系統(tǒng)框圖

整個(gè)校準(zhǔn)由三個(gè)步驟組成

1）。 把噪聲源連接到矢網(wǎng)端口2

測(cè)量冷熱兩種狀態(tài)下的噪聲功率

測(cè)量冷熱兩種狀態(tài)下噪聲源的匹配

2）。 連接直通件（在端口1和端口2之間）

測(cè)量0、15、30 dB 三種設(shè)置狀態(tài)下增益的差異

測(cè)量噪聲接收機(jī)的負(fù)載匹配

測(cè)量用作阻抗調(diào)諧器的電子校準(zhǔn)件的Γs

3）。 連接電子校準(zhǔn)件（在端口1和端口2之間）

測(cè)量常規(guī)S 參數(shù)的誤差項(xiàng)

用電子校準(zhǔn)件測(cè)量在不同Γs的條件下接收機(jī)的噪聲功率（不使用調(diào)諧器）

3、總結(jié)

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