在室溫時(shí)，噪聲功率譜密度PNAD = -174dBm/Hz。

因而有以下的公式：

在公式中，PNOUT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。增益是系統(tǒng)的增益。NF是DUT的噪聲系數(shù)。公式中的每個(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)公式變?yōu)椋?

為了使用增益法測量噪聲系數(shù)，DUT的增益需要預(yù)先確定的。DUT的輸入需要端接特性阻抗負(fù)載(射頻應(yīng)用為50Ω，視頻/電纜應(yīng)用為75Ω)。輸出噪聲功率譜密度可使用頻譜分析儀測量。

增益法測量的框圖見下圖所示。

圖3.噪聲系數(shù)增益法測量框圖

如圖所示，在指定的LNA增益設(shè)置和VAGC下測量得到的DUT增益為80dB。接著，如上圖設(shè)置儀器，射頻輸入用50Ω負(fù)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(wěn)定和準(zhǔn)確的噪聲密度讀數(shù)，選擇最優(yōu)的RBW (分析帶寬)與VBW (視頻帶寬)為RBW/VBW = 0.3。計(jì)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(nèi)。最大的限制來自于頻譜分析儀的噪聲基底。在公式中可以看到，當(dāng)噪聲系數(shù)較低(小于10dB)時(shí)，(POUTD -增益)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(shù)頻譜儀的噪聲基底。在我們的例子中，系統(tǒng)增益非常高，因而大多數(shù)頻譜儀均可準(zhǔn)確測量噪聲系數(shù)。類似地，如果DUT的噪聲系數(shù)非常高(比如高于30dB)，這個(gè)方法也非常準(zhǔn)確。

方法三、Y因子法

Y因子法是另外一種常用的測量噪聲系數(shù)的方法。為了使用Y因子法，需要ENR (超噪比)源。這和前面噪聲系數(shù)測試儀部分提到的噪聲源是同一個(gè)東西。

圖4.噪聲系數(shù)Y因子法測量框圖

ENR噪聲源通常需要高電壓的DC電源輸入，這些ENR噪聲源能夠工作在非常寬的頻段，本身在特定的頻率上具有標(biāo)準(zhǔn)的噪聲系數(shù)。而標(biāo)定頻率外的噪聲系數(shù)可通過外推法得到。

開啟或者關(guān)閉噪聲源(通過開關(guān)DC電壓)，工程師可使用頻譜分析儀測量輸出噪聲功率譜密度的變化。計(jì)算噪聲系數(shù)的公式為：

在這個(gè)式子中，ENR通常會列出。Y是輸出噪聲功率譜密度在噪聲源開啟和關(guān)閉時(shí)的差值。

測量案例

在實(shí)際測量中，我們最常見的就是頻譜分析儀加裝噪聲系數(shù)測量選件之后，進(jìn)行噪聲系數(shù)的測量。如下圖，首先需要做校準(zhǔn)；然后串聯(lián)對應(yīng)的DUT，進(jìn)行實(shí)際的噪聲系數(shù)測量。

圖5.頻譜儀測量放大器噪聲系數(shù)示意圖：校準(zhǔn)(上)；測量(下)

我們選用的噪聲源是NC346Ka，DUT是14GHz的Mini公司的ZX60-14012L-S+放大器；測試結(jié)果如下圖。整體測量結(jié)果與產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書保持了一致。

圖6.普尚SP900P的噪聲系數(shù)測量圖

普尚SP900P頻譜與信號分析儀可使用多點(diǎn)觸控用戶界面操作執(zhí)行發(fā)射器一鍵式噪聲系數(shù)和增益測量。測量包括噪聲系數(shù)、增益、Y因數(shù)、有效溫度和熱態(tài)/冷態(tài)功率密度。使用測量不確定度計(jì)算器可估算總體噪聲系數(shù)。

總結(jié)