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噪声指数测量
1. 噪声指数介绍
灵敏度、bit error radio(BER)、噪声指数(NF)是评价接收系统处理弱信号能力的三个参数指标。其中BER主要用于数字系统,噪声指数和系统带宽可以推出系统的灵敏度指标,因此噪声指数测量是评价接收系统的主要指标。
噪声指数不但可以评价整个系统,而且可以评价单个元件(放大器、混频器等)。测量噪声指数是最小化接收系统的噪声问题,因为一但噪声混入信号,接收系统不再能区分出来在信号频率范围内的噪声。
噪声指数总是和双端口网络相对应的。混频器也被当作双端口网络(本振为第三端口),但是本振的噪声特性也影响整个系统的噪声指数。噪声指数不能评价单端口网络,比如终端、天线、振荡器等。
噪声指数应与增益分开考虑,后续的放大器不改变信噪比。
噪声系数F定义
其中:G为系统增益,Na为系统噪声,To为温度(290k),B为系统噪声带宽。
噪声指数NF=10logF
噪声指数的含义:被测系统引入的噪声是290K温度下热噪声的多少倍。因此也可用噪声温度来评价被测系统。噪声温度与噪声指数、噪声系数的关系如下。
To=290K
噪声指数 噪声系数 噪声温度 噪声相对百分比 理论信噪比变化(输入噪声为290K) 0dB 1 0 K 0% 100% 0.5dB 1.122 35.4 K 12.2% 89.1% 1dB 1.26 75.1 K 26% 79.36% 1.7dB 1.479 138.9 K 47.9% 67.6% 3dB 2 290 K 100% 50% 10dB 10 2610 K 900% 10% 20dB 100 28710 K 9900% 1%
2. 噪声源
噪声源提供两个确定的噪声电平,一般以等效噪声温度来表示。大多数主流噪声源由一个特殊的二极管工作在反偏直流状态,由雪崩击穿,产生噪声。
噪声源的主要参数为ENR,即超噪比。
其中,Th为热噪声温度,Tc为冷噪声温度,T0为标准参考温度290K。
噪声源的主要指标是超噪比和频率范围。实际应用中,噪声源的超噪比是频率相关的,以表格的形式提供。
3. 噪声指数的测量方法:Y参数方法
主要测量原理:将被测原件和测量仪表看作一个两级系统。首先用噪声源标定测量仪表的噪声指数,然后用噪声源标定整个两级系统的噪声指数,利用两级系统的噪声指数公式,反算出被测量器件的噪声指数。如下示意图。
4. 安捷伦提供的噪声指数测量方案
噪声指数测量的前提是被测器件的噪声增益是线性的。对自动增益模块测量NF是无效的。
4.1噪声指数分析仪
主要由接收机(带有精确功率计)和噪声源驱动电路两部分组成。提供ENR输入,显示噪声指数与频率的关系。测量方法使用Y参数方法,允许显示扫频噪指和增益。是专用的噪声指数测量仪,其他复用产品在噪声测量精度方面有折衷。
优点:可测量放大器,频率转换器等;高达26.5GHz;高精度,高重复性。
4.2 频谱分析仪带有噪声分析模块
频谱分析仪可选择升级N9069A软件模块来实现噪声指数测量。一般用于测量高噪声指数,允许测量窄带系统。测量方法与专用噪声指数分析仪(NFA)类似,都是Y参数测量方法。
测量精度低,即使带有内部低噪声前放,依然没有NFA测量的NF低。
主要用于对精度要求不高的大噪声指数测量。
4.3 网络分析仪上实现噪声指数测量功能
安捷伦高端网络分析仪可提供噪声指数测量模块。
主要优点是:可提供被测件的精确的增益参数及匹配参数。
限制:多数测量结果是双边带噪声指数,需要内部矫正;对宽带系统测量容易产生误差;当测量窄带系统时,需要更长的时间。
网络分析仪需要额外的调谐器和软件,因此价格高昂,结构复杂。
(据说在网分上实现噪声指数测量需要多支付8万美元)
4.4 噪声参数测试设备
通常与软件、矢网、NFA同时使用,主要用于非标准阻抗系统。
4.5 功率计和调谐电压表
需要手动计算,灵敏度很差。需要特别注意温漂和震荡。
5. 安捷伦专用噪声指数分析仪NFA的型号、主要参数、参考价格
型号 频率范围 参考价格 N8973A 10MHz-3GHz 33197美元 N8974A 10MHz-6.7GHz 48048美元 N8975A 10MHz-26.5GHz 70863美元 噪声测量范围及精度如下:
6. 安捷伦噪声源的型号、参数、参考价格
参考价格:N4000A 3372美元
N4001A 3203美元
N4002A 4012美元
专用线缆11730A 150美元
提高噪声指数测量精度的方法
尽量使用ENR较低的噪声源。
噪声源的ENR主要有6dB和15dB两种。
低ENR的优势:
ENR
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