噪聲測量三種方法

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1、噪聲系數(shù)測量的三種方法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。前言在無線通信系統(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(jī)靈敏度的貢獻(xiàn)。本篇應(yīng)用筆記詳細(xì)闡述這個(gè)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)有時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的定義為：從這個(gè)定義可以推導(dǎo)出很多常用的噪聲系數(shù)（噪聲因數(shù)）公式。下表為典型的射

2、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~3.8GHz1dBMixerMAX99821

3、2dBCellular,GSM825MHz~915MHz2.0dBReceiverSystemMAX27003.5dB~19dBPCS,WLL1.8GHz~2.5GHz<80dBReceiverSystemMAX210511.5dB~15.7dBDBS,DVB950MHz~2150MHz<60dB*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)，

4、一些則具有非常高的增益和寬范圍的噪聲系數(shù)(接收機(jī)系統(tǒng))。因此測量方法必須仔細(xì)選擇。本文中將討論噪聲系數(shù)測試儀法和其他兩個(gè)方法：增益法和Y系數(shù)法。使用噪聲系數(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公司的N8973A噪聲系數(shù)分析儀，產(chǎn)生28VDC脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)噪聲源(HP346A/B)，該噪聲源產(chǎn)生噪聲驅(qū)動(dòng)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(jì)算和在屏幕上顯示。對于某些應(yīng)用(混頻器和接收機(jī))，可

5、能需要本振(LO)信號(hào)，如圖1所示。當(dāng)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。在大多數(shù)情況下也是最準(zhǔn)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(shí)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(dāng)測量很高的噪聲系數(shù)時(shí)，例如噪聲系數(shù)超過10dB，測量結(jié)果非常不準(zhǔn)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

6、他方法測量噪聲系數(shù)。這些方法需要更多測量和計(jì)算，但是在某種條件下，這些方法更加方便和準(zhǔn)確。其中一個(gè)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(gè)定義中，噪聲由兩個(gè)因素產(chǎn)生。一個(gè)是到達(dá)射頻系統(tǒng)輸入的干擾，與需要的有用信號(hào)不同。第二個(gè)是由于射頻系統(tǒng)載波的隨機(jī)擾動(dòng)(LNA，混頻器和接收機(jī)等)。第二種情況是布朗運(yùn)動(dòng)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(

7、290ΔK)時(shí)，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)+Gain)在公式中，PNOUT是已測的總共輸出噪聲功率，-174dBm/Hz是290°K時(shí)環(huán)境噪聲的功率譜密度。BW是感興趣的頻率帶寬。Gain是系統(tǒng)的增益。NF是DUT的噪聲系數(shù)。公式中的每個(gè)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(shí)公式變?yōu)椋篘F=PNOUTD+174dBm/Hz-Gain為了使用增益法測量噪聲系數(shù)，DUT

8、的增益需要預(yù)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(gè)例子，我們測量MAX2700噪聲系數(shù)的。在指定的LNA增益設(shè)置和VAGC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(fù)載端接。在頻譜儀上讀出輸出噪聲功率譜密度為-9