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1、噪聲系數(shù)的計(jì)算及測(cè)量方法（三）時(shí)間：2012-10-2514:42:04來(lái)源：作者：下面我們將了解下三毫米單片集成電路的噪聲系數(shù)測(cè)量3mm由于其波長(zhǎng)短，在軍事應(yīng)用中有許多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于精確制導(dǎo)和點(diǎn)到點(diǎn)通信中。作為各種軍用電子裝備其接收端的靈敏度是關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，而接收機(jī)靈敏度主要取決于接收機(jī)的噪聲電平、因此，測(cè)量系統(tǒng)的噪聲系數(shù)是評(píng)估電子裝備系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)之一。軍事預(yù)研的3mm低噪聲單片放大電路，需要測(cè)量其噪聲系數(shù)。建立3mm噪聲系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，研究其測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量是當(dāng)務(wù)之急。為此本文建立了92～
2、97GHz在片噪聲系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。1噪聲系數(shù)測(cè)量原理本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。????式中：F為被測(cè)件的噪聲因子(即噪聲系數(shù)的線(xiàn)性表示);NF為被測(cè)件的噪聲系數(shù)(即噪聲系數(shù)的對(duì)數(shù)表示);Th為噪聲源開(kāi)態(tài)的噪聲溫度;Tc為噪聲源關(guān)態(tài)的噪聲溫度(即室溫);To=290K為標(biāo)準(zhǔn)溫度;??為Y因子，噪聲源開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)下被測(cè)件輸出噪聲功率之比;??為噪聲源的超噪比。本文采用平衡混頻器，把3mm噪聲信號(hào)下變頻至噪聲系數(shù)分析儀的頻率范圍內(nèi)，采用Y因子法測(cè)量噪聲系數(shù)。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)構(gòu)成本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖和
3、實(shí)物照片如圖2和圖3所示。????2.2關(guān)鍵技術(shù)(1)加偏置的平衡混頻器技術(shù)本文采用平衡混頻器，用基波混頻的方式，把3mm噪聲信號(hào)變成中頻信號(hào)。但一般的3mm平衡混頻器的變頻損耗在10dB左右，而且要求本振信號(hào)達(dá)到+13dBm。由于3mm信號(hào)發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)是輸出大于+3dBm，因此，很難使混頻器正常工作，在這樣的電平下，混頻器的變頻損耗增大了很多，將大于15dB。固態(tài)噪聲源的ENR均小于15dB，因此系統(tǒng)無(wú)法正常工作。為此，考慮給混頻器的本振端用直流信號(hào)加偏置，以減小對(duì)本振信號(hào)功率電平的要求。解決了本振
4、信號(hào)功率小，無(wú)法工作的難題。同時(shí)，平衡混頻器還具有端口隔離度好的優(yōu)點(diǎn)，使本振相位噪聲的影響也減小了。(2)減小本振信號(hào)發(fā)生器相位噪聲的影響3mm信號(hào)發(fā)生器的相位噪聲采用Agilent8563E頻譜分析儀和3mm諧波混頻器和相位噪聲測(cè)量軟件85671A構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)，能測(cè)量的offset頻率最大到300MHz，本振信號(hào)發(fā)生器相位噪聲測(cè)量結(jié)果如圖4所示。??噪聲系數(shù)測(cè)量對(duì)本振相位噪聲的要求應(yīng)滿(mǎn)足下述任何一種表述：a偏離載波一個(gè)中頻處的相位噪聲電平不超過(guò)-130dBm/Hz;b本振相位噪聲電平不超過(guò)[-174dB
5、m/Hz+NFdut+Gdut]。實(shí)測(cè)本振信號(hào)發(fā)生器AV1482A相位噪聲在偏離載波大于50MHz時(shí)均為-11OdBc/Hz，由于采用平衡混頻器，其對(duì)本振噪聲有20dB的抑制度，且本振至輸入端隔離為20dB，因此，本振相位噪聲在混頻器輸入端引起的噪聲電平為：??式中：Pt(dBm/Hz)為本振相位噪聲漏至混頻器輸入端的功率;Pc(dBm)為本振載波功率;L(dBc/Hz)為本振相位噪聲;Im(dB)為混頻器本振輸入端至射頻輸入端的隔離度;Sm(dB)為混頻器對(duì)本振的相位噪聲的抑制度;NFdut(dB)為D
6、UT的噪聲系數(shù);Gdut(dB)為DUT的增益。在最壞條件下，NFdut=3dB，Gdut=0dB，NFsys=5dB，Gsys=30dB。被測(cè)件在輸入阻抗為50Ω時(shí)產(chǎn)生的噪聲功率與本身的噪聲和系統(tǒng)低噪聲放大器的噪聲在混頻器輸入端產(chǎn)生的噪聲功率：Pn=KT0+NFdut+GdutNFsys+Gsys=-174dBm+3dB+0dB+5dB+30dB="-136"dBm/Hz式中：NFsys(dB)為低噪聲放大器的噪聲系數(shù);Gsys(dB)為低噪聲放大器的增益;B(Hz)為噪聲帶寬;T0(K)為標(biāo)準(zhǔn)溫度(2
7、90K);K為波爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23)。結(jié)論：本系統(tǒng)本振相位噪聲在混頻器輸入端產(chǎn)生的噪聲電平均不超過(guò)要求：-147dBm/Hz<<-130dBm/Hz滿(mǎn)足a項(xiàng)要求;-147dBm/Hz<<-136dBm/Hz滿(mǎn)足b項(xiàng)要求。由于噪聲系數(shù)測(cè)量時(shí)要做系統(tǒng)校準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)二級(jí)噪聲進(jìn)行修正，因此滿(mǎn)足上述條件就不會(huì)對(duì)噪聲系數(shù)測(cè)量不確定度產(chǎn)生影響。(3)在系統(tǒng)中加入3mm低噪聲放大器在3mm頻段平衡混頻器變頻損耗>1OdB，噪聲系數(shù)也在這樣的量級(jí)，如果系統(tǒng)加入低噪聲放大器，不僅減小了系統(tǒng)二級(jí)噪聲的貢獻(xiàn)，也使系統(tǒng)
8、工作十分穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)的重復(fù)性很好。同時(shí)減小了系統(tǒng)本振相位噪聲對(duì)系統(tǒng)測(cè)量的影響。(4)計(jì)算了測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍①放大器動(dòng)態(tài)范圍的估算：考慮到放大器的增益和噪聲系數(shù)的起伏，取其噪聲系數(shù)為5dB，則：??放大器P-1dB壓縮點(diǎn)的輸入信號(hào)為-40dBm，所以放大器的動(dòng)態(tài)范圍為23.6dBm。②系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的估算噪聲源輸出功率的估算：首先求噪聲源平均超噪比值(ENR)：??輸出噪聲功率為：??這樣估算出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍為15dB左右，因此
