噪聲系數(shù)測量--三種方法

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1、噪聲系數(shù)測量--三種方法噪聲系數(shù)測量的三種方法摘要：本文介紹了測量噪聲系數(shù)的三種方法：增益法、Y系數(shù)法和噪聲系數(shù)測試儀法。這三種方法的比較以表格的形式給出。在無線通信系統(tǒng)中，噪聲系數(shù)(NF)或者相對應(yīng)的噪聲因數(shù)(F)定義了噪聲性能和對接收機靈敏度的貢獻。本篇應(yīng)用筆記詳細闡述這個重要的參數(shù)及其不同的測量方法。噪聲指數(shù)和噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)(NF)有時也指噪聲因數(shù)(F)。兩者簡單的關(guān)系為：NF=10*log10(F)定義噪聲系數(shù)(噪聲因數(shù))包含了射頻系統(tǒng)噪聲性能的重要信息，標準的定義為：從這個定義可以推導出很多常用的噪聲系數(shù)(噪聲因數(shù))公式。

2、下表為典型的射頻系統(tǒng)噪聲系數(shù)：CategoryMAXIMProductsNoiseFigure*ApplicationsOperatingFrequencySystemGainLNAMAX26400.9dBCellular,ISM400MHz~1500MHz15.1dBLNAMAX2645HG:2.3dBWLL3.4GHz~3.8GHzHG:14.4dBLG:15.5dBWLL3.4GHz~3.8GHzLG:-9.7dBMixerMAX268413.6dBLMDS,WLL3.4GHz~3.8GHz1dBMixerMAX998212dB

3、Cellular,GSM825MHz~915MHz2.0dBReceiverSystemMAX27003.5dB~19dBPCS,WLL1.8GHz~2.5GHz<80dB*HG=高增益模式，LG=低增益模式噪聲系數(shù)的測量方法隨應(yīng)用的不同而不同。從上表可看出，一些應(yīng)用具有高增益和低噪聲系數(shù)(低噪聲放大器(LNA)在高增益模式下)，一些則具有低增益和高噪聲系數(shù)(混頻器和LNA在低增益模式下)，一些則具有非常高的增益和寬范圍的噪聲系數(shù)(接收機系統(tǒng))。因此測量方法必須仔細選擇。本文中將討論噪聲系數(shù)測試儀法和其他兩個方法：增益法和Y系數(shù)法。使

4、用噪聲系數(shù)測試儀噪聲系數(shù)測試/分析儀在圖1種給出。圖1.噪聲系數(shù)測試儀，如Agilent的N8973A噪聲系數(shù)分析儀，產(chǎn)生28VDC脈沖信號驅(qū)動噪聲源(HP346A/B)，該噪聲源產(chǎn)生噪聲驅(qū)動待測器件(DUT)。使用噪聲系數(shù)分析儀測量待測器件的輸出。由于分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比，DUT的噪聲系數(shù)可以在內(nèi)部計算和在屏幕上顯示。對于某些應(yīng)用(混頻器和接收機)，可能需要本振(LO)信號，如圖1所示。當然，測量之前必須在噪聲系數(shù)測試儀中設(shè)置某些參數(shù)，如頻率范圍、應(yīng)用(放大器/混頻器)等。使用噪聲系數(shù)測試儀是測量噪聲系數(shù)的最直接方法。

5、在大多數(shù)情況下也是最準確地。工程師可在特定的頻率范圍內(nèi)測量噪聲系數(shù)，分析儀能夠同時顯示增益和噪聲系數(shù)幫助測量。分析儀具有頻率限制。例如，AgilentN8973A可工作頻率為10MHz至3GHz。當測量很高的噪聲系數(shù)時，例如噪聲系數(shù)超過10dB，測量結(jié)果非常不準確。這種方法需要非常昂貴的設(shè)備。增益法前面提到，除了直接使用噪聲系數(shù)測試儀外還可以采用其他方法測量噪聲系數(shù)。這些方法需要更多測量和計算，但是在某種條件下，這些方法更加方便和準確。其中一個常用的方法叫做“增益法”，它是基于前面給出的噪聲因數(shù)的定義：在這個定義中，噪聲由兩個因素產(chǎn)生

6、。一個是到達射頻系統(tǒng)輸入的干擾，與需要的有用信號不同。第二個是由于射頻系統(tǒng)載波的隨機擾動(LNA，混頻器和接收機等)。第二種情況是布朗運動的結(jié)果，應(yīng)用于任何電子器件中的熱平衡，器件的可利用的噪聲功率為：PNA=kTΔF,這里的k=波爾茲曼常量(1.38*10-23焦耳/ΔK),T=溫度，單位為開爾文ΔF=噪聲帶寬(Hz)在室溫(290ΔK)時，噪聲功率譜密度PNAD=-174dBm/Hz。因而我們有以下的公式：NF=PNOUT-(-174dBm/Hz+20*log10(BW)+增益)在公式中，PNOUT是已測的總共輸出噪聲功率，-17

7、4dBm/Hz是290°K時環(huán)境噪聲的功率譜密度。BW是感興趣的頻率帶寬。增益是系統(tǒng)的增益。NF是DUT的噪聲系數(shù)。公式中的每個變量均為對數(shù)。為簡化公式，我們可以直接測量輸出噪聲功率譜密度(dBm/Hz)，這時公式變?yōu)椋篘F=PNOUTD+174dBm/Hz-增益為了使用增益法測量噪聲系數(shù)，DUT的增益需要預先確定的。DUT的輸入需要端接特性阻抗(射頻應(yīng)用為50Ω，視頻/電纜應(yīng)用為75Ω)。輸出噪聲功率譜密度可使用頻譜分析儀測量。增益法測量的裝置見圖2。圖2.作為一個例子，我們測量MAX2700噪聲系數(shù)的。在指定的LNA增益設(shè)置和VA

8、GC下測量得到的增益為80dB。接著，如上圖裝置儀器，射頻輸入用50Ω負載端接。在頻譜儀上讀出輸出噪聲功率譜密度為-90dBm/Hz。為獲得穩(wěn)定和準確的噪聲密度讀數(shù)，選擇最優(yōu)的RBW(解析帶寬)與VBW(視頻帶寬)為RB