噪聲的意義及測量方法

1、噪聲的定義

噪聲系數是度量被測件（DUT）在射頻信號通過時主要由于器件中的電子不規則熱運動附加到信號上的雜亂信號，為了衡量這種惡化程度，引入噪聲因子F（Noise Factor）和噪聲系數NF（Noise Figure）的概念，也就是說噪聲系數量化了DUT降低信號的信噪比的程度；

圖1.1 有用信號經過DUT前后的信噪比變化

Noise Factor: F = SNRIN/SNROUT

Noise Figure: FdB = 10lg(SNRIN/SNROUT)

在射頻收發鏈路中，通常接收機鏈路尤其關注噪聲系數，因為這決定了接收機的靈敏度，噪聲系數越低，接收靈敏度越高；從應用的角度講，接收機噪聲系數對雷達和軍民用通信系統至關重要，高的NF是限制雷達最遠探測距離的最主要因素；

2、噪聲的測試原理

2.1 兩種噪聲測量方法

2.1.1 Y 因子法

Y因子法測量噪聲系數需要設備包含頻譜儀和標準ENR的噪聲源，通過打開和關閉噪聲源電源（28V DC）使其置冷和置熱，從而測到兩種狀態下的總功率，從而算出DUT本身的噪聲；

圖2.1  Y因子法測量噪聲原理圖

圖2.2  Y因子法測量噪聲的計算方法

進行測量的三個主要步驟

1).校準測試設備的噪聲系數；

2).DUT與設備級聯并測量；

3).計算噪聲系數；

選擇噪聲源和頻譜儀的幾點注意：

1). 校準過程中要求打開和關閉噪聲源之間的差異至少為3dB,因此我們必須選擇ENR至少比頻譜分析儀的噪聲系數大3dB的噪聲源，即：

ENR > NFSA + 3dB

2).測量過程中要求打開和關閉噪聲源之間的差異至少為5dB，因此我們必須選擇ENR至少比DUT的噪聲系數大5dB的噪聲源，即：

ENR > NFDUT + 5dB

3).為解決測量和校準步驟之間的差異提出的，要求校準和測量步驟之間的差異至小于為1dB，這可以通過選擇頻譜分析儀和前置放大器來實現，以使DUT的NF+增益至少比頻譜分析儀的NF高1dB。

NFDUT + GainDUT > NFSA + 1dB

如果做到以上三點，Y因子法測到的NF數據才是可信的；

2.1.2 冷源法（增益法）

DUT的輸出噪聲絕對功率是DUT的增益對DUT的固有噪聲進行放大后的結果，如果可以精確地測得放大器的增益，那么就可以從測量結果中把經放大的輸入噪聲扣除，由此就計算出噪聲系數，因此測量DUT的增益測量至關重要，因此冷源法又稱增益法。

冷源法是使用信號分析儀來測量DUT的增益和輸出噪聲絕對功率。

冷源法通常對高增益的LNA最為有效，因為對于明顯高于信號源本底噪聲的信號來說，信號分析儀能夠有效的測量出來。

同Y因子法一樣，冷源法需要校準表征儀器內部噪聲接收機的噪聲系數和增益，校準需要一個噪聲源來完成，或者也可以使用功率計做掃頻測量來確定接收機的有效噪聲帶寬。

整個校準由三個步驟組成

1). 把噪聲源連接到矢網端口2

測量冷熱兩種狀態下的噪聲功率

測量冷熱兩種狀態下噪聲源的匹配

2). 連接直通件(在端口1和端口2之間)

測量0、15、30 dB 三種設置狀態下增益的差異

測量噪聲接收機的負載匹配

測量用作阻抗調諧器的電子校準件的Γs

3). 連接電子校準件(在端口1和端口2之間)

測量常規S 參數的誤差項

用電子校準件測量在不同Γs的條件下接收機的噪聲功率(不使用調諧器)

3、總結