对射频系统测量噪声图

2017 年 3 月 6 日

乔瓦尼 · 爱之甘醇，营销品牌经理，Keysight 技术在测量噪声图内射频系统的各种技术看起来

它是越来越重要，了解噪声来自哪里射频系统如无线电频谱变得更加拥挤和调制方案更为复杂。降低噪声存在于卫星电视的机顶盒可以对信号传递到订阅服务器作为指定更大的菜肴的质量类似的影响 — — 但要低得多的代价。

这篇文章重点在于测量系统的电子产生的噪音。这通常是由于热噪声，引起的传导电子和空穴，振动和噪声由于电流的量子性质。

有很多种理解质量的射频接收机，如其灵敏度或它在解码数字信号达到误比特率。但称为 ‘噪声图’ 特征可以测量多少噪声系统各个部分的创建，为设计人员提供一致的方法来探讨权衡取舍必要的 （想想放大器设计与晶体管性能） 以达到所需的系统性能。

一个组件或系统的噪声系数 F 是输入的信号信噪比 (S/N) 比对输出比 S/N 比。噪声系数是增益的独立的放大器和输入的信号电平 （只要放大器增益的线性操作）。然而，大多数放大器添加自己的噪声信号，和系统噪声图也将取决于温度的驾驶它的来源。

噪声系数一般也是带宽的频率的函数，但独立。它通常表示为等于 10 日志 F.

测量噪声图

噪声测量如何影响的各种问题。这些措施包括︰

噪声功率线性

由线性的两个端口设备的噪声功率是线性依赖于输入的噪声功率或温度，如图 1 所示。

图 1︰ 在绝对零度时的源阻抗，输出功率仅包含添加噪声 Na 从下测试设备 (来源︰ Keysight)

如果已知的斜率这条线和一个参考点，对应于无声的输入功率输出功率 Na 可以找到。从 Na，可以计算噪声图或有效输入的噪声温度。

噪声源

确定噪声边坡的一种方法是应用两种不同金额的输入噪声和测量噪声源的输出功率变化。这些常常修建使用低电容二极管产生噪声，当反向偏置的恒定电流。精密噪声源等 Keysight SNS 系列也有输出衰减器，以提供低驻波比，尽量减少不匹配错误。

图 2: SNS 系列噪声源包括温度传感器 (来源︰ Keysight)

若要使噪声图测量，噪声源必须有一个校准的输出噪声水平，称为多余的信噪比 (ENR)。独特的 ENR 校准信息提供与噪声源，如 SNS 系列，存储在 EEPROM 上。噪声源在使用时温度 290 K 以外，测量必须热补偿。SNS 系列噪声源包括一个温度传感器，通过 Keysight 的 NFA 分析器可以读取。

噪声图测量技术

有几种方法，可以测量系统的噪声系数。每种技术有其自身的优点和缺点。

Y 因子法

Y 因子的方法涉及到连接到设备进行测试 (DUT) 的噪声源，然后测量与噪声源的输出功率，打开和关闭。这两个大国的比率称为 Y 因子。

测量精度的相对水平是重要的。现代噪声图分析仪的优点之一是，内部功率检测器是非常线性，可以非常精确地测量水平的变化。

Y 因子和 ENR 可以用于查找噪声边坡的 DUT，如图 1 所示。由于噪声源校准的 ENR 表示输入噪声参考级别，可以导出 DUT 内部噪声，Na，方程。从这我们可以然后派生系统总噪声系数、 FSYS，表示系统的所有部分的噪声贡献的表达式。

远高于 ENR 噪声图时，设备噪声往往会掩盖噪声源输出和 Y 因子趋于 1。因为它很难准确测量小的比率时噪声系数大于 10dB 以上 ENR 的噪声源,，不使用 Y 因子法。

定义 Y 因子的方程也可以阐述了要修正时噪声源冷温度，Tc，不是在 290 K 参考温度下，对有一定的条件。

信号发生器两次幂法

这种方法涉及到设备输入终止与负载大约 290 K 的温度测量的输出功率。然后产生信号测量带宽内的信号发生器连接，其输出功率调整以产生 DUT 的输出功率增加了 3dB。如果已知发电机的功率级和测量带宽，就可以计算 DUT 的噪声系数。

有这种方法的局限性。必须知道功率测量装置的噪声带宽，也许需要网络分析仪。输出功率必须衡量措施真正的力量，由于存在噪声和连续波 (CW) 信号的设备上。热功率计非常准确地衡量真正的力量，但可能需要大量的放大阅读低噪音水平，和还需要带宽定义的筛选器。频谱分析仪具有良好的灵敏度和定义良好的带宽，但探测器可能会有不同反应 CW 信号和噪声。

直接的噪声测量方法

在此方法中，用输入端接在温度大约 290 K 测量设备的输出功率。如果已知设备的增益和噪声带宽的测量系统，可以确定的噪声因子。

和以前一样，必须已知的噪声带宽和功率测量设备可能需要非常敏感。两次权力与方法不同，必须知道 DUT 增益和功率检测器必须能够准确地测量水平 （不只是比率）。

噪声系数测量仪器

测量系统的噪声系数，可以用各种不同的测试仪器。

噪声图分析仪

噪声图分析仪有一个接收器与精确功率检测器和一个电路，电源的噪声源。它允许 ENR 输入，并且可以显示噪声系数，它调整的频率。它计算噪声数字使用 Y 因子法。

图 3: NFA 系列噪声分析仪图 (来源︰ Keysight)

噪声图分析仪通常可以显示扫频噪声图和获得与标记的情节，并限制线。

信号/频谱分析仪

信号/频谱分析仪可以加强与其他软件和一个控制器来测量噪声图使用上文所述的方法。X 系列信号分析仪噪声图测量中的应用提供噪声图和增益测量 NFA 系列噪声图分析仪上非常相似。

信号/频谱分析仪，甚至与他们内部的前置放大器，没有仪器噪声系数低至专用的 NFA，所以测量非常低增益设备，最好使用专用的 NFA 或添加低噪声前置放大器。

网络分析仪

网络分析仪被广泛用作工业和一些报价噪声图测量的多功能仪表。他们也通常可以测量设备的增益和匹配。一些是噪声图测量略有有限的因为如果他们使用双侧波段接收机，噪声图将在两个频率测量，然后更正。这种方式对窄测量带宽，但在更广泛的测量带宽可以引入错误。你面对经典噪声图分析仪、 频谱分析仪，像的一个问题是不可能弥补你测量链，像电缆和适配器，除了下测试设备中存在的元素。噪声图分析仪具有一些补偿，但那些标量的性质，所以这增加的整体测量的不确定性。由于他们的矢量校准功能，网络分析仪都能够非常准确的方式执行此更正。测量技术包括 s 参数和源匹配校正允许创建的安装程序可以测量噪声的特性，该设备和弥补从测量安装程序本身引起的误差。

噪声参数测试集

一个噪声参数测试集通常噪声分析仪、 矢量网络分析仪与软件用于使一系列使用户能够制定出设备的噪声参数的测量。

噪声源耦合到设置为允许噪声图测量在不同的源阻抗测试。测试集已提出各种源阻抗到 DUT 的调谐器。用网络分析仪测量相应的源阻抗。从这个数据，可以计算完成噪声参数的设备，包括最基本的设备噪声图、 最佳源阻抗和源阻抗对噪声图的影响。类似的方法可以用于增益参数确定。组件设计阶段特别是源自这种安装程序的参数是非常重要的。

功率计和真正的 RMS 电压表

功率计和真正的 RMS 电压表可以用于测量噪声图与上面介绍的方法。他们正在宽带设备，需要一个筛选器来使他们的带宽比 DUT 变窄。这种过滤器通常固定在频率和只允许在此频率的测量。功率计是最常用来测量接收机噪声数字接收机有固定的中频和大量的增益。