今天一起來(lái)初步學(xué)習(xí)噪聲系數(shù)的三種測(cè)量方式：

Gain method

Y-factor method

Noise Figure Meter method

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，噪聲系數(shù)定義了噪聲性能及對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響。之前也曾寫(xiě)過(guò)噪聲系數(shù)的定義：

下面的表格為一些典型的射頻系統(tǒng)的噪聲系數(shù)：

對(duì)不同的應(yīng)用，合適的測(cè)量方法有所不同。由上表可以看到，有些應(yīng)用具有高增益低噪聲，如高增益模式下的低噪放；有些具有低增益和高噪聲，如混頻器和低增益模式下的低噪放；有些具有較寬范圍的噪聲，如接收機(jī)。對(duì)不同系統(tǒng)或單元，測(cè)量的方式需要仔細(xì)選擇，這邊就分別來(lái)討論噪聲儀法，增益法和Y因子法。

A. Noise Figure Meter method

測(cè)試架構(gòu)如下圖：

噪聲儀，圖示如Agilent N8973A，產(chǎn)生一28V的直流脈沖信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)一噪聲源HP346A/B 。噪聲源產(chǎn)生噪聲來(lái)驅(qū)動(dòng)待測(cè)設(shè)備，待測(cè)設(shè)備的輸出端接入噪聲分析儀。由于已知輸入噪聲和噪聲源的信噪比，因而待測(cè)設(shè)備的噪聲可以被計(jì)算并顯示出來(lái)。對(duì)于特定的應(yīng)用，如混頻器和接收機(jī)，可能還會(huì)需要一本振信號(hào)。同樣的，特定的參數(shù)需要在測(cè)量前在噪聲分析儀中設(shè)置好，如頻率范圍、放大器 or 混頻器模式。

使用噪聲儀可以最直接的測(cè)量噪聲系數(shù)，在大多數(shù)情況下也是最準(zhǔn)確的。它可以測(cè)量一定頻帶內(nèi)的噪聲，同時(shí)還可以顯示其帶內(nèi)的增益。當(dāng)然，使用噪聲儀也會(huì)有一定的限制，如Agilent N8973A 的工作帶寬僅限于10MHz到 3GHz。而且在測(cè)較高的噪聲系數(shù)時(shí)，如超過(guò)10dB時(shí)，結(jié)果會(huì)非常不準(zhǔn)確。另外，這種方法成本很高。

B. Gain method

除了利用噪聲儀來(lái)直接測(cè)量之外還有其他方法可以測(cè)量噪聲系數(shù)。這些方法涉及到一些間接的測(cè)量，包括需要校準(zhǔn)，但是在特定的情況下，它們會(huì)更加方便，更加準(zhǔn)確。一種較受歡迎的方法是“增益法”，其原理是基于上面的噪聲系數(shù)的定義。通過(guò)公式推導(dǎo)，我們可以得到：

在測(cè)量噪聲之前，需要提前測(cè)量待測(cè)設(shè)備的增益。然后，在測(cè)試時(shí)待測(cè)設(shè)備的輸入端接特性阻抗50歐或75歐的負(fù)載，輸出噪聲功率由頻譜儀讀出。測(cè)試架構(gòu)如下：

在頻譜儀上，要想獲得較穩(wěn)定和準(zhǔn)確的噪聲密度的讀數(shù)，分辨率帶寬RBW和視頻帶寬VBW的最優(yōu)比為RBW/VBW = 0.3。只要頻譜儀可以滿足要求，增益法可以覆蓋任意頻段，其最大的限制是頻譜儀的噪底。當(dāng)待測(cè)設(shè)備增益越高，測(cè)量結(jié)果會(huì)越準(zhǔn)確。

C. Y-factor method

Y因子法也是一種常見(jiàn)的測(cè)試噪聲的方法，它需要一個(gè)ENR源，實(shí)際上就是上面提到的噪聲源。噪聲頭通常需要較高的直流電壓輸入，如HP346A/B需要28V的直流驅(qū)動(dòng)。此外，其帶寬通常比較寬，如HP346A/B是10MHz-18GHz，在特定的頻率點(diǎn)都會(huì)有標(biāo)準(zhǔn)的噪聲系數(shù)，中間頻率點(diǎn)的噪聲通過(guò)插值獲得。測(cè)試架構(gòu)如下：

通過(guò)控制直流驅(qū)動(dòng)電壓的通斷，可以控制噪聲源的通斷。計(jì)算噪聲系數(shù)的公式如下：

其中，超噪比ENR值一般列在噪聲頭上，Y即為噪聲源通和斷時(shí)輸出噪聲功率密度之比。具體公式的推導(dǎo)和測(cè)試相關(guān)下次再專門(mén)寫(xiě)一篇吧。

小結(jié)：理論上，對(duì)同樣的射頻器件測(cè)量結(jié)果應(yīng)該是一致的，但是由于測(cè)量設(shè)備的限制，如準(zhǔn)確性、頻帶范圍、噪底等等，我們需要仔細(xì)選擇最合適的方式來(lái)獲得正確的結(jié)果。文中討論的三種噪聲測(cè)試方法，每種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，匯總?cè)缦卤怼?/p>