如何描述噪聲系數(shù)的大小呢？噪聲系數(shù)該如何測試呢？

噪聲系數(shù)測試的意義

噪聲系數(shù)（Noise Figure）指標(biāo)可用于衡量信號經(jīng)過待測件后有多少噪聲被疊加在輸入信號之上，可量化有用信號輸入待測件后信噪比（SNR）惡化的程度。它是射頻微波有源器件的關(guān)鍵指標(biāo)，尤其對于射頻前端的低噪聲放大器（Low Noise Amplifier，LNA），決定了整個接收鏈路的噪聲系數(shù)，將直接影響系統(tǒng)的接收靈敏度。

如何描述噪聲系數(shù)的大小呢？噪聲系數(shù)的一般定義為：待測件輸入信噪比與輸出信噪比的比值，F(xiàn)=（Sin/Nin）/(Sout/Nout)。假定輸入信號由兩部分組成，輸入有用信號Sin和輸入噪聲Nin，因此待測件輸入端的信噪比為Sin/Nin。如果待測件的增益為G，Sout=SinG，輸出信噪比Sout/Nout=SinG/Nout，因此有F=Nout/NinG，所以噪聲系數(shù)也可以定義為待測件輸出噪聲功率與輸入噪聲功率和待測件增益乘積的比值。

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圖一 待測件輸入與輸出信噪比

噪聲系數(shù)的線性表征為F=Nout/NinG，稱之為噪聲因子；噪聲系數(shù)的對數(shù)表征為FdB=10logF=10log（Nout/NinG），稱之為噪聲系數(shù)，噪聲系數(shù)的對數(shù)表征FdB使用更為廣泛。

相位噪聲系數(shù)測試方法

噪聲系數(shù)指標(biāo)是有源器件的關(guān)鍵指標(biāo)，噪聲系數(shù)的測試變得越來越廣泛和重要。噪聲系數(shù)測試主要有三種測試方法，第一種方法是只使用頻譜儀的增益法，這是一種簡化的方法，不需要噪聲源，被測件的增益已知并且非常高時才可使用，精度有限（不如后面兩種方法）；第二種方法是使用噪聲源和頻譜儀測試的Y因子法，該測試方法相對簡單，經(jīng)過校準(zhǔn)可以達(dá)到相當(dāng)高的測量精度；第三種方法是使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的冷源法，該方法對測試條件要求較高，滿足條件時測試精度非常高，并且可以一次連接完成幾乎所有指標(biāo)的測試，測試效率非常高。

增益法測試噪聲系數(shù)只需要使用頻譜儀，沒有從測試結(jié)果中消除頻譜儀自身噪聲帶來的影響，精度有限。分為兩步：第一步被測件輸入端端接50歐負(fù)載，在頻譜儀上測得的功率被認(rèn)為被測件自身輸出的噪聲功率；第二步，根據(jù)被測件的增益計(jì)算噪聲系數(shù)結(jié)果。

Y因子法測試噪聲系數(shù)需要使用頻譜儀和噪聲源，能夠從測試結(jié)果中去除頻譜儀自身噪聲系數(shù)對測試引入的影響。分為兩步：第一步頻譜儀噪聲系數(shù)的校準(zhǔn)；第二步測試待測件的噪聲系數(shù)。噪聲源用于為待測件提供噪聲功率，具有On和Off兩個狀態(tài)，分別對應(yīng)不同的等效噪聲溫度。頻譜儀通過Noise Source Control(+28V) 接口控制噪聲源的開、關(guān)狀態(tài)。下圖為信號與頻譜分析儀FSW的噪聲系數(shù)測試結(jié)果。

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圖二 基于FSW信號與頻譜分析儀的噪聲系數(shù)測試結(jié)果顯示

冷源法測試噪聲系數(shù)需要使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，通過校準(zhǔn)來表征矢網(wǎng)的測量接收機(jī)的噪聲系數(shù)，可以使用一個功率計(jì)做掃頻測量來獲得接收機(jī)的有效噪聲帶寬。在這里需要主意的是，冷源法測量中所使用的功率計(jì)只是在校準(zhǔn)時才用到，校準(zhǔn)之后再對被測器件進(jìn)行測試時就不再需要了。

使用等于系統(tǒng)阻抗的電阻負(fù)載連接被測件的輸入，測量被測件的輸出噪聲功率，再使用兩端口S參數(shù)測量被測件的增益，并利用這兩個結(jié)果計(jì)算得到噪聲系數(shù)。由于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀單獨(dú)就能完成增益的測量，冷源法通常與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀一起使用。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可同時實(shí)現(xiàn)噪聲系數(shù)測量、S 參數(shù)測量、壓縮測量、交調(diào)測量與變頻測量，提高了測量效率，同時也減小了反復(fù)連接帶來的不確定性。下圖為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZNA的噪聲系數(shù)測試結(jié)果。

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圖三 基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZNA的噪聲系數(shù)測試結(jié)果顯示

總 結(jié)

使用頻譜儀的增益法、Y因子法和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的冷源法都可以進(jìn)行噪聲系數(shù)的測試。但是增益法進(jìn)行噪聲系數(shù)測試時無法測試DUT的增益和頻譜儀的噪聲系數(shù)，因此測量精度非常有限。頻譜儀的Y因子法和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的冷源法都有校準(zhǔn)的過程，噪聲系數(shù)的測量精度很高，使用更為廣泛和普遍。

審核編輯：劉清