初步學(xué)習(xí)噪聲系數(shù)的三種測量方式

今天一起來初步學(xué)習(xí)噪聲系數(shù)的三種測量方式：

Gain method

Y-factor method

Noise Figure Meter method

在無線通信系統(tǒng)中，噪聲系數(shù)定義了噪聲性能及對接收機靈敏度的影響。之前也曾寫過噪聲系數(shù)的定義：

下面的表格為一些典型的射頻系統(tǒng)的噪聲系數(shù)：

對不同的應(yīng)用，合適的測量方法有所不同。由上表可以看到，有些應(yīng)用具有高增益低噪聲，如高增益模式下的低噪放；有些具有低增益和高噪聲，如混頻器和低增益模式下的低噪放；有些具有較寬范圍的噪聲，如接收機。對不同系統(tǒng)或單元，測量的方式需要仔細(xì)選擇，這邊就分別來討論噪聲儀法，增益法和Y因子法。

A. Noise Figure Meter method

測試架構(gòu)如下圖：

噪聲儀，圖示如Agilent N8973A，產(chǎn)生一28V的直流脈沖信號來驅(qū)動一噪聲源HP346A/B 。噪聲源產(chǎn)生噪聲來驅(qū)動待測設(shè)備，待測設(shè)備的輸出端接入噪聲分析儀。由于已知輸入噪聲和噪聲源的信噪比，因而待測設(shè)備的噪聲可以被計算并顯示出來。對于特定的應(yīng)用，如混頻器和接收機，可能還會需要一本振信號。同樣的，特定的參數(shù)需要在測量前在噪聲分析儀中設(shè)置好，如頻率范圍、放大器 or 混頻器模式。

使用噪聲儀可以最直接的測量噪聲系數(shù)，在大多數(shù)情況下也是最準(zhǔn)確的。它可以測量一定頻帶內(nèi)的噪聲，同時還可以顯示其帶內(nèi)的增益。當(dāng)然，使用噪聲儀也會有一定的限制，如Agilent N8973A 的工作帶寬僅限于10MHz到 3GHz。而且在測較高的噪聲系數(shù)時，如超過10dB時，結(jié)果會非常不準(zhǔn)確。另外，這種方法成本很高。

B. Gain method

除了利用噪聲儀來直接測量之外還有其他方法可以測量噪聲系數(shù)。這些方法涉及到一些間接的測量，包括需要校準(zhǔn)，但是在特定的情況下，它們會更加方便，更加準(zhǔn)確。一種較受歡迎的方法是“增益法”，其原理是基于上面的噪聲系數(shù)的定義。通過公式推導(dǎo)，我們可以得到：

在測量噪聲之前，需要提前測量待測設(shè)備的增益。然后，在測試時待測設(shè)備的輸入端接特性阻抗50歐或75歐的負(fù)載，輸出噪聲功率由頻譜儀讀出。測試架構(gòu)如下：

在頻譜儀上，要想獲得較穩(wěn)定和準(zhǔn)確的噪聲密度的讀數(shù)，分辨率帶寬RBW和視頻帶寬VBW的最優(yōu)比為RBW/VBW = 0.3。只要頻譜儀可以滿足要求，增益法可以覆蓋任意頻段，其最大的限制是頻譜儀的噪底。當(dāng)待測設(shè)備增益越高，測量結(jié)果會越準(zhǔn)確。

C. Y-factor method

Y因子法也是一種常見的測試噪聲的方法，它需要一個ENR源，實際上就是上面提到的噪聲源。噪聲頭通常需要較高的直流電壓輸入，如HP346A/B需要28V的直流驅(qū)動。此外，其帶寬通常比較寬，如HP346A/B是10MHz-18GHz，在特定的頻率點都會有標(biāo)準(zhǔn)的噪聲系數(shù)，中間頻率點的噪聲通過插值獲得。測試架構(gòu)如下：

通過控制直流驅(qū)動電壓的通斷，可以控制噪聲源的通斷。計算噪聲系數(shù)的公式如下：

其中，超噪比ENR值一般列在噪聲頭上，Y即為噪聲源通和斷時輸出噪聲功率密度之比。具體公式的推導(dǎo)和測試相關(guān)下次再專門寫一篇吧。

小結(jié)：理論上，對同樣的射頻器件測量結(jié)果應(yīng)該是一致的，但是由于測量設(shè)備的限制，如準(zhǔn)確性、頻帶范圍、噪底等等，我們需要仔細(xì)選擇最合適的方式來獲得正確的結(jié)果。文中討論的三種噪聲測試方法，每種都有其優(yōu)點和缺點，匯總?cè)缦卤怼?/p>