噪聲系數(shù)測量的三種典型方法

　　1引言

　　噪聲系數(shù)是微波產(chǎn)品研制和生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)主要測量參數(shù)，是表征接收機(jī)及其組成部件在有熱噪聲存在的情況下處理微弱信號(hào)能力的關(guān)鍵參數(shù)之一，噪聲系數(shù)的計(jì)量測試更是噪聲計(jì)量測試的重要內(nèi)容。

　　在工程上定義噪聲因子(F)為若線性兩端口網(wǎng)絡(luò)具有確定的輸入端和輸出端，且輸入端源阻抗處于290.K(室溫)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)輸入端信號(hào)噪聲功率比與網(wǎng)絡(luò)輸出端信號(hào)噪聲功率比的比值。

　　其中，Si為輸入信號(hào)功率，Ni為輸入噪聲功率，So為輸出信號(hào)功率，No為輸出噪聲功率，G為兩端口網(wǎng)絡(luò)增益，Na為兩端口網(wǎng)絡(luò)本身的噪聲功率。

　　它明確地表明了由于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生噪聲，使網(wǎng)絡(luò)輸入端信噪比經(jīng)過該網(wǎng)絡(luò)傳輸后信噪比惡化的倍數(shù)，也就是傳輸網(wǎng)絡(luò)對其輸出端總噪聲功率貢獻(xiàn)的大小。噪聲系數(shù)(NF)為噪聲因子的對數(shù)表達(dá)形式，定義如下：

　　可重復(fù)的、高精度的噪聲系數(shù)測量方法是非常重要的，本文討論其中三種典型方法：噪聲測試儀法、增益法和Y系數(shù)法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Y系數(shù)法的準(zhǔn)確度。

　　2噪聲測試儀法

　　使用噪聲測試儀是測量噪聲系數(shù)最直接方法，在大多數(shù)情況下也是最準(zhǔn)確的。工程師可在特定的頻率范圍內(nèi)測量噪聲系數(shù)。噪聲測試儀能夠同時(shí)顯示增益和噪聲系數(shù)來幫助測量。噪聲測試儀的測試原理圖如圖1所示。

　　圖1噪聲測試儀法原理圖

　　噪聲測試儀測試噪聲系數(shù)的核心是Y系數(shù)法。首先，噪聲測試儀本身是一臺(tái)接收機(jī)，可以用來測試輸人的噪聲功率;其次噪聲測試儀需要控制一個(gè)噪聲源的加電和不加電狀態(tài)，對被測件(DUT)進(jìn)行測試。

　　噪聲系數(shù)測試儀，如AV3984噪聲系數(shù)分析儀，產(chǎn)生28VDC脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)噪聲源(AV16604)，該噪聲源產(chǎn)生噪聲驅(qū)動(dòng)DUT.由于分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比，DUT的噪聲系數(shù)可以在內(nèi)部計(jì)算和在屏幕上顯示。

　　使用噪聲系數(shù)測試儀是測量噪聲系數(shù)的最直接方法。測量人員可在特定的頻率范圍內(nèi)測量噪聲系數(shù)，通常噪聲分析儀在超低的噪聲測量中準(zhǔn)確度更高一些，當(dāng)測量很高的噪聲系數(shù)時(shí)，測量結(jié)果會(huì)不準(zhǔn)確。

　　3增益法

　　目前噪聲系數(shù)的測量主要使用專用的噪聲系數(shù)測試儀，但當(dāng)不具備這種專用設(shè)備或者所要求測試頻率范圍不在其范圍時(shí)，可以采用頻譜分析儀測量噪聲系數(shù)，即增益法，該方法對于頻率在所用頻譜儀頻率范圍內(nèi)的被測件都能進(jìn)行測量。

　　基于噪聲系數(shù)的定義可以得到一個(gè)測量公式：

　　式(3)中，Pout是已測的噪聲功率譜密度，-174 dBm/Hz是290°K(室溫)時(shí)環(huán)境噪聲的功率譜密度，BW是感興趣的頻率帶寬，Gain是系統(tǒng)的增益。式(3)中每個(gè)變量均為對數(shù)，為簡化公式，我們可以直接測量輸出噪聲功率譜密度(dBm/Hz)，這時(shí)式(3)變?yōu)椋?/p>

　　以接收機(jī)為例，測試原理如圖2所示。

　　圖2增益法測試框圖

　　用信號(hào)源和頻譜儀測量出接收機(jī)的增益(在接收機(jī)能夠接收的電平范圍都可以，如果感興趣的是接近接收機(jī)小信號(hào)時(shí)的噪聲系數(shù)，可以選擇接近靈敏度電平，比如小于- 100 dBm的信號(hào)強(qiáng)度);為獲得穩(wěn)定和準(zhǔn)確的噪聲密度讀數(shù)，選擇最優(yōu)的分辨帶寬(RBW)與視頻帶寬(VBW)，使頻譜儀上的基底噪聲看起來比較干凈。視頻帶寬越小，頻譜儀上顯示的基底噪聲越小，Pout讀數(shù)越準(zhǔn)確。

　　只要頻譜分析儀允許，這種方法可以適用于任何頻率范圍。通常噪聲分析儀在超低的噪聲測量中準(zhǔn)確度更高一些。對于系統(tǒng)增益非常高、噪聲系數(shù)非常高的場合，這種方法也很準(zhǔn)確。最大的限制來自于頻譜儀的噪聲基底。