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          SSA5000A 噪聲系數(shù)功能使用指導(dǎo)

          作者: 時間:2024-04-22 來源: 收藏

          1     功能
          本文將演示如何使用功能來快速有效地進行高質(zhì)量的
           
          1.1噪聲系數(shù)的基礎(chǔ)知識
          1.1.1什么是噪聲系數(shù)
                 噪聲即元件或系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的干擾,從而導(dǎo)致電路的性能惡化;對噪聲的量化主要有3個參數(shù):噪聲系數(shù)(NF)、噪聲因子(F)、等效噪聲溫度(Te)。
                 噪聲因子(F)的定義是輸入信號的SNR(信噪比)除以輸出信號的SNR:F = (Sin/Nin)/(Sout/Nout),式中,Sin =輸入信號的功率;Sout =輸出信號的功率;Nin =輸入噪聲功率;Nout =輸出噪聲功率。
                 把噪聲因子用分貝(dB)來表示就是噪聲系數(shù)(NF):NF (dB) = 10*log (F)。由于微波網(wǎng)絡(luò)本身會產(chǎn)生噪聲,其輸出端的SNR要比輸入端的SNR小,即噪聲因子F要大于1,或者說噪聲系數(shù)NF要大于0 dB,噪聲系數(shù)表征了微波網(wǎng)絡(luò)使SNR降低的程度。
                 大部分LNA用噪聲系數(shù)來描述,但當LNA的噪聲系數(shù)小于1 dB時常用Te來描述其噪聲特征:Te = 290*(F-1)。此公式表述了噪聲系數(shù)與噪聲溫度的關(guān)系:NF (dB) = 10*lg (1+ Te /290)。
           
          1.1.2噪聲系數(shù)的測量方法
                 兩種測量噪聲系數(shù)的主要方法:Y因子法和冷源法。頻譜分析儀使用Y因子法測量噪聲系數(shù),矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量噪聲系數(shù)常采用冷源法。在本文中我們討論Y因子法。
                 噪聲源是Y因子法測量必不可少的設(shè)備,噪聲源是能產(chǎn)生兩種不同噪聲功率的噪聲發(fā)生器,通常需 DC脈沖電源驅(qū)動電壓,當DC驅(qū)動電壓供電時相當于噪聲源開,稱為熱態(tài),此時輸出大的噪聲功率;電源關(guān)閉時相當于噪聲源關(guān),稱為冷態(tài),此時輸出常溫下的噪聲功率。對于一個給定的噪聲源, ENR的值會隨著頻率而變化。根據(jù)內(nèi)部衰減器的不同,典型噪聲源的ENR標稱值的范圍在6 dB到15 dB之間。使用噪聲源可以在被測器件的輸出端口得到兩個噪聲功率的測量結(jié)果,這兩個測量結(jié)果的比值(稱為Y因子)可用來計算噪聲系數(shù):NF=ENR-10lg(Y-1),ENR一般由噪聲源的規(guī)格書給出。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202404/457898.htm

          圖 1–1 NSD28

           
          1.2放大器測量

                 本節(jié)使用一個頻率范圍為DC-10 GHz的低噪聲放大器作為DUT和是德科技346系列噪聲源為例,演示如何使用功能來快速有效地進行
           

          表 1?1 DUT Specifications
          Frequency Range Gain Noise Figure
          DC-10 GHz 26 dB 6 dB


          1.2.1噪聲系數(shù)測量的校準
                 為了精確測量噪聲系數(shù),在測量 DUT之前,必須首先對測量系統(tǒng)進行校準,以識別并校正系統(tǒng)的固有噪聲系數(shù),從總噪聲系數(shù)測量值中去除所測量的儀器噪聲系數(shù),從而僅顯示DUT的噪聲系數(shù)和增益。


          圖 1–2 噪聲系數(shù)測量校準的連接設(shè)置

           
          操作步驟:

          1. 開機預(yù)熱30分鐘后點擊左上角的Spectrum Analyzer頻譜分析,進入窗口管理頁面,點擊 噪聲系數(shù) > 噪聲系數(shù) 添加噪聲系數(shù)分析的窗口,此時工作在噪聲系數(shù)測量的模式。

          2. 連接噪聲源:按照圖 1–2中的校準設(shè)置,連接噪聲源和頻譜分析儀。分析儀通過USB連接控制噪聲源,將噪聲源的輸出直接接入到分析儀的射頻信號輸入端。

          3. 設(shè)置幅度:選擇 AMPTD ,當進入噪聲系數(shù)模式時,內(nèi)部前置放大器會自動開啟,自動模式下輸入衰減值固定為0。

          4. 設(shè)置頻率:選擇 FREQ ,設(shè)置起始頻率為10 MHz,終止頻率為10 GHz,掃描點數(shù)為11。

          5. ENR設(shè)置:選擇 Meas Setup > 超噪比 > 編輯超噪比 填入ENR表,為一系列頻率和頻率對應(yīng)的ENR值。

          6. 保存ENR表:選擇Meas Setup > 超噪比 > 保存,保存填入的 ENR 值并在界面上顯示  驗證數(shù)據(jù)已正確傳輸。


          圖 1–3 ENR table
          • 設(shè)置平均:選擇 Meas Setup > 設(shè)置,平均次數(shù)為10并按平均切換到開。

          • 執(zhí)行校準:選擇 Meas Setup > Cail > 開始校準 > Enter。 


            圖 1–4 噪聲系數(shù)測量校準

             

          • 在表格中查看結(jié)果:選擇 Trace > Format > 布局 > 表格,校準完成且未插入待測器件時,增益和噪聲系數(shù)均接近0 dB,這表明分析儀已經(jīng)從測量系統(tǒng)中去除了噪聲成分,使用表格布局模式可以更好地查看結(jié)果。


            圖 1–5 噪聲系數(shù)測量校準


            1.2.2噪聲系數(shù)和增益測量
                   校準完成之后,保持分析儀對噪聲源的控制,將噪聲源的輸出接入DUT的輸入,DUT的輸出接入到分析儀的射頻信號輸入口。


            圖 1–6 噪聲系數(shù)測量的連接設(shè)置

                   連接DUT和噪聲源后,測量結(jié)果出現(xiàn)在分析儀的顯示屏上。結(jié)果表明,DUT的噪聲系數(shù)為6.12 dB,增益為26.69 dB。因此被測器件在目標頻率范圍內(nèi)符合制造商的規(guī)格。


            圖 1–7 噪聲系數(shù)測量結(jié)果

             
            1.2.3增益測量法

                   在先進的噪聲系數(shù)測量應(yīng)用出現(xiàn)以前,工程師們就想到了很多簡易的噪聲系數(shù)測量方法,其特點是所需要的設(shè)備少,操作簡單,但測量精度不高,應(yīng)用范圍比較窄,雖然如此,過去被廣泛使用的簡易測量方法在今天的部分領(lǐng)域仍有一定的應(yīng)用價值。我們用增益法對測量結(jié)果進行一個簡單的驗算,這種方法的精度低于需要經(jīng)噪聲源校準的Y因子法,與分析儀幅度精度相當。
                   DANL 反映了分析儀能夠測量到的最小電平,也反映了分析儀內(nèi)部噪聲的高低。在分析儀的輸入端連接一個 50Ω的匹配負載或者直接將輸入接口懸空,測得DANL為-161.92 dBm/Hz。然后將放大器的輸出接入到分析儀的輸入,放大器的輸入端連接一個 50Ω的匹配負載或者直接懸空,不接電源測得噪聲功率譜密度為-161.97 dBm/Hz,接上電源測得噪聲功率譜密度為-142.05 dBm/Hz。
            操作步驟:


            圖 1–8 分析儀的噪聲功率譜密度

             


            圖 1–9 未接電源的噪聲功率譜密度


            圖 1–10 接上電源的噪聲功率譜密度

             
            噪聲系數(shù)換算成對數(shù)形式為:

            NF(dB)=10lgF=10lg P_out/(GkT_0 B)=10lgP_out-10lgG-10lgB-10lgkT_0

                =P_out (( dBm)/Hz)+174(( dBm)/Hz)-Gain(dB)=-142+174-26=6

             
                   因此增益測量法需要得到DUT的增益和DUT輸入端接物理溫度為 290K電阻時其輸出端的噪聲功率譜密度,室溫環(huán)境的熱噪聲是-174 dBm/Hz(常溫下 DANL 的理論最小值),功率譜密度的測量可由分析儀測得,測量的最大局限性來自分析儀的底噪。因為低增益、小噪聲系數(shù)的DUT,其輸出端的P_out (( dBm)?Hz)很小,往往遠小于一般分析儀的底噪,所以增益測量法只適用于高增益、大噪聲系數(shù)的DUT。
             

            1. 選擇 FREQ,設(shè)置中心頻率為5 GHz,掃寬為10 MHz。

            2. 選擇 AMPTD,設(shè)置衰減為0 dB,打開預(yù)置放大器。

            3. 選擇 BW,設(shè)置分辨率帶寬為3 MHz。

            4. 選擇 Trace > 檢波 > 平均。

            5. 選擇 Marker > 光標功能 > 噪聲光標。 

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