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測量射頻器件噪聲系數的三種方法

作者: 時(shí)間:2012-05-13 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

測試儀,如Agilent公司的N8?73A分析儀,產(chǎn)生28V DC脈沖信號驅動(dòng)噪聲源(HP346A/B),該噪聲源產(chǎn)生噪聲驅動(dòng)待測器件(DUT)。使用分析儀待測器件的輸出。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,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。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/193889.htm

  使用噪聲系數測試儀是噪聲系數的最直接。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(shí)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(shí),例如噪聲系數超過(guò)10dB,測量結果非常不準確。這種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(gè)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(gè)定義中,噪聲由兩個(gè)因素產(chǎn)生。一個(gè)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(gè)是由于射頻系統載波的隨機擾動(dòng)(LNA,混頻器和接收機等)。第二種情況是布朗運動(dòng)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(kāi)爾文,ΔF=噪聲帶寬(Hz)。在室溫(290ΔK)時(shí),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(shí)環(huán)境噪聲的功率譜密度。BW 是感興趣的頻率帶寬。Gain是系統的增益。NF是DUT的噪聲系數。公式中的每個(gè)變量均為對數。為簡(jiǎn)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)公式變?yōu)椋?/p>

  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(jiàn)圖2。

  

  圖2。

  作為一個(gè)例子,我們測量MAX2700噪聲系數的。在指定的LNA增益設置和VPAGC下測量得到的增益為80dB。接著(zhù),如上圖裝置儀器,射頻輸入用50Ω負載端接。在頻譜儀上讀出輸出噪聲功率譜密度為-90dBm/Hz。為獲得穩定和準確的噪聲密度讀數,選擇最優(yōu)的解析帶寬(RBW)與視頻帶寬(VBW)為RBW/VBW=0.3。計算得到的NF為:

  -90dBm/Hz+174dBm/Hz-80dB=4.0dB

  只要頻譜分析儀允許,增益法可適用于任何頻率范圍內。最大的限制來(lái)自于頻譜分析儀的噪聲基底。在公式中可以看到,當噪聲系數較低(小于10dB)時(shí),(PNOUTD-Gain) 接近于-170dBm/Hz,通常LNA的增益約為20dB。這樣我們需要測量-150dBm/Hz的噪聲功率譜密度,這個(gè)值低于大多數頻譜儀的噪聲基底。在我們的例子中,系統增益非常高,因而大多數頻譜儀均可準確測量噪聲系數。類(lèi)似地,如果DUT的噪聲系數非常高(比如高于30dB),這個(gè)方法也非常準確。

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關(guān)鍵詞: 測量 射頻器件 方法 噪聲系數

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