圖1
噪聲系數測試儀,如Agilent公司的N8?73A噪聲系數分析儀,產生28V DC脈沖信號驅動噪聲源(HP346A/B),該噪聲源產生噪聲驅動待測器件(DUT)。使用噪聲系數分析儀測量待測器件的輸出。由于分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比,DUT的噪聲系數可以在內部計算和在屏幕上顯示。對于某些應用(混頻器和接收機),可能需要本振(LO)信號,如圖1所示。當然,測量之前必須在噪聲系數測試儀中設置某些參數,如頻率范圍、應用(放大器/混頻器)等。
使用噪聲系數測試儀是測量噪聲系數的最直接方法。在大多數情況下也是最準確地。工程師可在特定的頻率范圍內測量噪聲系數,分析儀能夠同時顯示增益和噪聲系數幫助測量。分析儀具有頻率限制。例如,AgilentN8?73A可工作頻率為10MHz至3GHz。當測量很高的噪聲系數時,例如噪聲系數超過10dB,測量結果非常不準確。這種方法需要非常昂貴的設備。
增益法
前面提到,除了直接使用噪聲系數測試儀外還可以采用其他方法測量噪聲系數。這些方法需要更多測量和計算,但是在某種條件下,這些方法更加方便和準確。其中一個常用的方法叫做“增益法”,它是基于前面給出的噪聲因數的定義.
在這個定義中,噪聲由兩個因素產生。一個是到達射頻系統輸入的干擾,與需要的有用信號不同。第二個是由于射頻系統載波的隨機擾動(LNA,混頻器和接收機等)。第二種情況是布朗運動的結果,應用于任何電子器件中的熱平衡,器件的可利用的噪聲功率為:
PNA=kTΔF
這里的k等于波爾茲曼常量(1.38*10-23焦耳/ΔK),T為溫度,單位為開爾文,
ΔF=噪聲帶寬(Hz)。在室溫(290ΔK)時,噪聲功率譜密度PNAD-174dBm/Hz.因而我們有以下的公式:
NF=PNOUT-(-174dBm/Hz+20*log10(BW)+Gain)
在公式中,PPNOUT是已測的總共輸出噪聲功率,-174dBm/Hz是290°K時環境噪聲的功率譜密度。BW是感興趣的頻率帶寬。Gain是系統的增益。NF是DUT的噪聲系數。公式中的每個變量均為對數。為簡化公式,我們可以直接測量輸出噪聲功率譜密度(dBm/Hz),這時公式為:
NF=PNOUTD+174dBm/Hz-Gain
為了使用增益法測量噪聲系數,DUT的增益需要預先確定的。DUT的輸入需要端接特性阻抗(射頻應用為50Ω,視頻/電纜應用為75Ω)。輸出噪聲功率譜密度可使用頻譜分析儀測量。
增益法測量的裝置見圖2。
