噪声系数测量方法.docx

噪声系数测量的三种方法摘要：本文介绍了测量噪声系数的三种方法：增益法、Y系数法和噪声系数测试仪法。这三种方法的比较以表格的形式给出。 前言在无线通信系统中，噪声系数(NF)或者相对应的噪声因数(F)定义了噪声性能和对接收机灵敏度的贡献。本篇应用笔记详细阐述这个重要的参数及其不同的测量方法。 噪声指数和噪声系数噪声系数(NF)有时也指噪声因数(F)。两者简单的关系为：NF = 10 * log10 (F)定义噪声系数(噪声因数)包含了射频系统噪声性能的重要信息，标准的定义为：式1从这个定义可以推导出很多常用的噪声系数(噪声因数)公式。下表为典型的射频系统噪声系数：CategoryMAXIM ProductsNoise Figure*ApplicationsOperating FrequencySystem GainLNAMAX26400.9dBCellular, ISM400MHz ~ 1500MHz15.1dBLNAMAX2645HG: 2.3dBWLL3.4GHz ~ 3.8GHzHG: 14.4dBLG: 15.5dBWLL3.4GHz ~ 3.8GHzLG: -9.7dBMixerMAX268413.6dBLMDS, WLL3.4GHz ~ 3.8GHz1dBMixerMAX998212dBCellular, GSM825MHz ~ 915MHz2.0dBReceiver SystemMAX27003.5dB ~ 19dBPCS, WLL1.8GHz ~ 2.5GHz 80dB* HG = 高增益模式，LG = 低增益模式噪声系数的测量方法随应用的不同而不同。从上表可看出，一些应用具有高增益和低噪声系数(低噪声放大器(LNA)在高增益模式下)，一些则具有低增益和高噪声系数(混频器和LNA在低增益模式下)，一些则具有非常高的增益和宽范围的噪声系数(接收机系统)。因此测量方法必须仔细选择。本文中将讨论噪声系数测试仪法和其他两个方法：增益法和Y系数法。使用噪声系数测试仪噪声系数测试/分析仪在图1种给出。图1. 噪声系数测试仪，如Agilent的N8973A噪声系数分析仪，产生28VDC脉冲信号驱动噪声源(HP346A/B)，该噪声源产生噪声驱动待测器件(DUT)。使用噪声系数分析仪测量待测器件的输出。由于分析仪已知噪声源的输入噪声和信噪比，DUT的噪声系数可以在内部计算和在屏幕上显示。对于某些应用(混频器和接收机)，可能需要本振(LO)信号，如图1所示。当然，测量之前必须在噪声系数测试仪中设置某些参数，如频率范围、应用(放大器/混频器)等。使用噪声系数测试仪是测量噪声系数的最直接方法。在大多数情况下也是最准确地。工程师可在特定的频率范围内测量噪声系数，分析仪能够同时显示增益和噪声系数帮助测量。分析仪具有频率限制。例如，Agilent N8973A可工作频率为10MHz至3GHz。当测量很高的噪声系数时，例如噪声系数超过10dB，测量结果非常不准确。这种方法需要非常昂贵的设备。增益法前面提到，除了直接使用噪声系数测试仪外还可以采用其他方法测量噪声系数。这些方法需要更多测量和计算，但是在某种条件下，这些方法更加方便和准确。其中一个常用的方法叫做“增益法”，它是基于前面给出的噪声因数的定义：式2.在这个定义中，噪声由两个因素产生。一个是到达射频系统输入的干扰，与需要的有用信号不同。第二个是由于射频系统载波的随机扰动(LNA，混频器和接收机等)。第二种情况是布朗运动的结果，应用于任何电子器件中的热平衡，器件的可利用的噪声功率为：PNA = kTΔF,这里的k = 波尔兹曼常量(1.38 * 10-23焦耳/ΔK),T = 温度，单位为开尔文ΔF = 噪声带宽(Hz)在室温(290ΔK)时，噪声功率谱密度PNAD = -174dBm/Hz。因而我们有以下的公式：NF = PNOUT - (-174dBm/Hz + 20 * log10(BW) + 增益)在公式中，PNOUT是已测的总共输出噪声功率，-174dBm/Hz是290°K时环境噪声的功率谱密度。BW是感兴趣的频率带宽。增益是系统的增益。NF是DUT的噪声系数。公式中的每个变量均为对数。为简化公式，我们可以直接测量输出噪声功率谱密度(dBm/Hz)，这时公式变为：NF = PNOUTD + 174dBm/Hz - 增益为了使用增益法测量噪声系数，DUT的增益需要预先确定的。DUT的输入需要端接特性阻抗(射频应用为50Ω，视频/电缆应用为75Ω)。输出噪声功率谱密度可使用频谱分析仪测量。 增益法测量的装置见图2。图2. 作为一个例子，我们测量MAX2700噪声系数的。在指定的LNA增益设置和VAGC下测量得到的增益为80dB。接着，如上图装置仪器，射频输入用50Ω负载端接。在频谱仪