噪声系数测试之增益法

噪声系数测试之增益法本文是噪声系数系列文章第二篇，主要介绍增益法测试噪声系数在之前发表的“浅谈噪声系数”文章中，详细介绍了噪声来源及噪声系数的定义和理论公式推导，后面将陆续给大家介绍噪声系数的相关测试方法提到增益法测试噪声系数，大家并不陌生，这是一种简洁的测试方法，精度不如Y因子法，但是在某些测试场合，比如只有频谱仪而没有噪声头时，且待测件具有非常高的增益时，就可以使用增益法测试噪声系数增益法测试噪声系数的连接示意图如图所示，其思路为输入端端接1DUT50Ohm负载,在频谱仪上测得的噪声功率被认为是本身输出的功率，然后根据DUT DUT的增益计算出其噪声系数这种方法并没有从测试结果中消除频谱仪本身的噪声带来的影响，所以精度有限图、增益法测试噪声系数示意图1Spectrum Analyzer下面分别从两个角度去分析增益法测试噪声系数温度下测试;非1To290K2T温度下测试增益法要求的增益是已知的，假设的增益为其噪声因子DUT DUT G,为对应的噪声系数为F,NF在温度下，输出的噪声功率为使用对数表示则为T DUTN=kBT0*G*F,No dBm=-174dBm/Hz+101gB+GdB+NF值得一提的是，虽然的带宽很大，但是真正被频谱仪测量的噪声功率只有DUTLoad带宽内的噪声功率，所以上式可以改写为RBWDUTNo dBm=-174dBm/Hz+101g RBW+GdB+NF对上式进一步调整为No dBm-101g RBW=-174dBm/Hz+GdB+NF“二”左边的式子即为频谱仪上测得的噪声功率谱密度，这个参数频谱仪可以直接测出的增益已知，即可计算出其噪声系数DUT NF如何使用频谱仪准确测试噪声功率谱密度？首先要将频谱仪的显示检波器由默认的检波器设置为检波器；然Auto PeakAPRMS后将频谱仪的扫描时间设置得大一些，比如这可以平滑测试结果，sweep time5ms,提高测试精度；最后直接调出功率谱密度测试结果如果频谱仪配置了内置预放大器，为了提高测试精度，需要打开预放大器，以NF进一步降低频谱仪的底噪如果测试时室温不是，则上面的公式推导就不适用了此时，输出的总噪T DUT声功率为N=kBT*G+kBT*Go in式中九为当前室温，这是已知的，为的等效噪声温度T DUT简便起见，分别引入和两个系数，使之满足如下关系a BTin=Q*To,T=B*To则可以得到No=kB*a+kB*B*To*G=kBTo*G*a+B类似地，真正被频谱仪测量的噪声功率只有带宽内的噪声功率，使用对数表RBW示时，上式可以写为No dBm=-174dBm/Hz+101g RBW+GdB+101ga+B进一步改写为No dBm-101g RBW=-174dBm/Hz+GdB+101ga+B那么频谱仪测得噪声功率谱密度之后，和又已知，因此可以求出系数继而求G aB,出的等效噪声温度对应的噪声系数为DUT T,NF=lOlgl+T/To以上详细介绍了增益法测试噪声系数的理论推导，下面着重分析增益法一般适用于哪些场合为方便起见，下面的讨论都默认为是在室温下进行测试的T假设频谱仪的噪声因子为等效噪声温度为增益为则频谱仪测得的总F，T，G，SA SASA噪声功率为Ntotai=kBT0*G*F+kBTsA*G$A因频谱仪校准后增益为即则上式简化为，G1SA=1,N°tai=kBTo*G*F+kBTsAt只有当时，增益法测得的噪声系数才更加接近于的真实噪声系kBTsAkBT°*G*F DUT数，频谱仪带来的影响才可以忽略定性地讲，为了满足上述条件，频谱仪需要配置前置预放大器，以降低自身的噪声系数同时、要求的增益尽量高，且其噪声系数不能太小此时，使用增DUT益法测试噪声系数才具有比较高的准确性下面简单地定量分析，当的增益、噪声因子与频谱仪的噪声因子满足DUTGF Fs,,什么关系时，才可以忽略频谱仪带来的影响因噪声因子与等效噪声温度满足关系因此可以改写为T=F-1*To,kBTs,\«kBT0*G*FF F-SA-1«G*F—SA1/GF«1根据级联理论，与频谱仪级联之后的噪声因子为DUT Ftotal鼻丽=FF+-1/GSA两边同除以可得F鼻丽/FF=1+SA-1/GF从该式也可以看出，当时，增益法测得的噪声系数基本就是真实FSA-1/GF«1DUT的噪声系数采用对数形式表达上式则为F-1NF-NF=101g[l+/GF]lotalSA令州F-1则的噪声系数为F=101g[l+SA/GF],DUT州NF=NF-Ftotal分别令等于、、观察频谱仪自身的噪声系数对测试精度的影F-SA1/GF

0.

10.

050.01,响表给出了这三个因子对应的以增益法对应的理论上的噪声系数测试误1F——差表不同因子下对应的回＞1FF-SA1/GF

0.

10.

050.01Ftotal/F

1.

11.

051.01♦FdB

0.

4140.

2120.043由上述表格可以看出，当比值越小时，理论的测试误差也越小，这意味F TSA/GF着采用增益法测试时，频谱仪的影响越来越小作为经验值，一般建议的增DUT益、噪声因子和频谱仪的噪声因子满足如下关系时、才能使用增益法测试噪声系数FSA-D/GF

0.05举例测试一款的噪声系数，增益为线性值为噪声系数约为LNA30dB1000,线性值为频谱仪的噪声系数为线性值为则

1.5dB

1.413,10dB10,FSA-D/GF=10-1/1000*

1.413^

0.006满足推荐的判决准则，可以使用增益法测试噪声系数对应的州已经相F^

0.028dB,当小了，可以忽略不计写到这里，关于增益法测试噪声系数就告一段落了基于以上讨论，下面对增益法作一些简单的总结增益法需要频谱仪而不需要噪声头，因此无法测试的增益，需1DUT要增益已知DUT增益法忽略了频谱仪自身的噪声系数，测试结果是与频谱仪的2DUT级联噪声系数为了提高测试精度，建议测试增益相对较高的时再使用增益DUT法如果频谱仪配置了预放大器，使用增益法测试时，要根据的增3DUT益大小来决定是否需要打开预放大器并不是打开预放大器一定可以提高测试精度，也要防止频谱仪饱和！测试时，一定要根据当前室温是否是来确定选择相应的公式进行计4T算，否则将会带来测试精度的恶化如果可以确定频谱仪的噪声系数，则也可以根据上述公式从增益法5测得的结果中消除频谱仪带来的影响，从而得到待测件本身的噪声系数。