噪声系数分析仪知识

噪声系数分析仪知识一、概述（一）用途噪声系数分析仪是微波毫米波电子测量仪器六大重要门类之一，主要用于微波毫 米波高灵敏度接收机系统、分系统、组件及低噪声放大器部件等噪声系数指标的精确 测量，广泛应用于电子设备的研制、生产和维修等工作中，是发展低噪声电子元器件 和低噪声接收机整机的必备仪器，还可以应用于微波通讯、卫星通讯、移动通信、广 播电视、相阵控雷达、电子对抗等领域。（二）分类与特点噪声系数分析仪类产品按结构形式可分为：分体式和智能一体化两大系列；按频率 覆盖范围可分为射频噪声系数分析仪、微波噪声系数分析仪和毫米波噪声系数分析仪； 按端口数量可分为单端口噪声系数分析仪和多端口噪声系数分析仪。噪声系数分析仪类 产品还包括微波毫米波同轴固态噪声源和微波毫米波噪声源定标系统等系列产品。分体式噪声系数测试仪的主要特点- 外配合成本振信号源，可实现微波毫米波噪声系数的自动、扫频测量；- 具有自测试、自诊断、自调整功能，自动频率校准；- 噪声系数测量的自动二级修正技术，可实现对低增益器件噪声系数精确测量；- 提供10种测量模式，可方便实现放大器及上、下变频器的噪声系数测量；- 具备GPIB接口，方便组建测试系统；- 具备SIB接口，用于在扩频测量模式下实现对本振的自动控制；- 本机开发冷/热负载测量法，可通过特殊功能进行手动测量。智能一体化噪声系数分析仪的主要特点- 系统配置简洁；- 用户界面灵活而直观；- 全彩LCD双通道显示噪声系数等相关参数和增益随频率的变换曲线；- 具备六种分辨率带宽供用户选择；- 完善的测量功能，能实现对放大器、上下变频器类的器件或系统的噪声系数和增益 的测量；- 全面损耗补偿功能。能以固定、表格或组合的形式补偿被测件前后的损耗，用于解 决需要去嵌的管芯测试难题；- 外设接口丰富，复用性强；- 具有双噪声源驱动能力，支持普通噪声和智能噪声源。智能噪声源即插即用，超噪 比自动加载。单端口噪声系数分析仪的主要特点：- 噪声系数分析仪提供单一的噪声源驱动输出，仪器进行单通道的噪声信号接收和处 理，可实现线性网络的噪声系数测量，同时可测量被测件的增益。 多单端口噪声系数分析仪的主要特点提供四个噪声源驱动的标准配置，驱动端口数量可扩展，可实现多端口网络的噪声 系数测量。系列化噪声源的主要特点系列化固态噪声源分普通噪声源和智能噪声源两大系列。固态噪声源均采用雪崩二 极管白噪声产生、宽带匹配、偏置接口及恒流驱动电路设计和噪声源的定标等多项关键 技术，为微波毫米波噪声系数测量提供高稳定度和高精度的标准激励源。其主要特点如 下：- 覆盖频率宽、带内平坦度好、输出端口电压驻波比小；-智能超噪比电子存储，连接主机后自动下载；- 智能噪声源自动探测环境温度，提供温度修正参数；- 完善的微波毫米波噪声源定标系统，可保证噪声源超噪比的精确校准。（三）产品国内外现状国内生产噪声系数分析仪的厂家只有中国电子科技集团41所，系列化的产品同轴 频率上限可达40GHz，波导频率可达110GHz，可同时测量被测件噪声系数和增益10MHz s40GHz频率范围内，噪声系数测量不确定度优于0.15dB； 40-110GHz频率范围内， 噪声系数测量不确定度优于0.35dB；增益测量不确定度优于0.17dB。国外专用噪声系数分析仪的生产厂家是美国的安捷伦公司。安捷伦科技公司NFA 系列噪声系数分析仪频率上限为26.5GHz，外配系列化的扩频装置可实现26.5GHz- 110GHz频率范围噪声系数的扩频测量10MHz-26.5GHz频率范围内，噪声系数测量不 确定度优于0.15dB； 26.5-110GHz频率范围内，噪声系数测量不确定度优于1dB；增 益测量不确定度优于0.15dB。2008年安捷伦科技公司推出了一款基于冷源法的噪声系 数测量仪器，采用矢量误差修正的噪声系数测量，频率范围覆盖10MHz-26.5GHz，噪 声系数测量不确定度优于0.05dB,提供了当今业界最高精度的噪声系数测量。（四）技术发展趋势分体式的噪声系数测量系统将趋于淘汰；基于网络分析仪和信号分析仪的噪声系数技术需要重点突破；采用Y因子法的专用噪声系数测量仪器仍然会占领大量的市场份额； 基于源匹配误差修正的冷源技术将是噪声系数测量未来的发展方向。二、基本工作原理噪声系数分析仪主要由：本振合成、波段开关、低通滤波、低噪声前置放大、跟踪 滤波、信号下变频、中频放大信号调理、A/D转换、采集存储、数据处理、时基、显示 与键盘、微处理器系统、电源等部分硬件电路构成。噪声系数分析仪的原理框图如图1 所示。被测件在噪声源输出噪声信号的激励下，输出端产生的噪声测试信号先经波段开 关，将信号分高、低两个频段，其中高波段先经过低噪声前置放大器放大后，进入YTX 跟踪预选并和第一本振信号的基波、谐波相混频产生一中频信号；低波段信号首先经程 控步进衰减器进行功率电平调整，再经抑频镜频信号及多重响应的低通滤波器滤波后进 入低噪声放大器，放大器输出信号经多级变频后进入中频处理电路。高低波段的中频输出信号经开关切换进入中频处理电路，在中频处理电路内部，噪 声信号经一系列的放大、滤波等处理后，再下变频为6.25MHz的中频信号，直接进行高 速数据采集A/D量化变为数字信号，最后在嵌入式计算机的控制下经宽带数字中频滤波 处理计算出被测件的噪声系数和增益，并显示测试曲线。其中频率合成以参考时基为频率参考，分别合成第一、第二和第三本振。嵌入式计算机将测量控制步骤程序化和菜单 化并采用宽带毫米波智能噪声源技术，自动加载噪声源的超噪比，减少人为错误和人工 置入超噪比的繁琐，从而实现噪声系数的高精度测量。GP-IB、RS232、USB 等 接口电路显示与 键盘电路电 源 电 路图1噪声系数分析仪原理框图三、主要技术指标频率范围指满足规定性能的条件下，噪声系数分析仪能测量的最低频率和最高频率之间的范 围。频率准确度噪声系数分析仪的频率调谐准确度指标是指由中频滤波器的形状、时基稳定度及接 收机通道的稳定性等原因引起的测量频率误差。测量带宽越窄，频率调谐准确度越高。 本机噪声系数是指噪声接收机本身的噪声系数。噪声系数分析仪本机噪声系数不仅对被测件的噪 声系数测量不确定度有着直接的影响，也同时决定着对被测件的测量范围。输入端口驻波比噪声系数分析仪的额定输入阻抗通常是50Q，额定输入阻抗与实际阻抗之间的失 配程度通常用电压驻波比(VSWR)表示。噪声系数测量范围指满足规定性能的条件下，噪声系数分析仪能测量的最大噪声系数和最小噪声系数 之间的范围。噪声系数测量不确定度指由噪声功率检波器线性度引起的噪声系数测量误差，不包括噪声源校准不确定度 和端口失配等其它因素引入的误差。抖动指Y因子测量值的线性偏移。由于噪声固有的随机性以及高灵敏度接收和高稳定度 之间的矛盾存在，导致Y因子的测量存在一定的不稳定性，即抖动。为获得相对稳定的 测量结果，必须有足够的测量次数。在进行噪声系数测量时要做到测量速度和测量稳定 度的折衷考虑。增益测量范围指满足规定性能的条件下，噪声系数分析仪能测量的最大增益和最小增益之间的范 围。增益测量不确定度指由噪声系数分析仪内部中频衰减器衰减量的校准不确定度引起的增益测量误差。噪声源驱动电压噪声源驱动电压包括噪声源开和关两种状态，其输出准确度分别影响冷、热功率的 大小进而影响噪声系数的测量结果。四、选购注意事项选购噪声系数分析仪应考虑因素：频率范围频率范围是选型时，首要考虑最重要的指标，噪声系数的频率范围必须覆盖被测件 的工作频率范围。价格选购噪声系数分析仪还需要考虑产品价格范围。一般情况下，相同指标的噪声系数 系数分析仪，国产比进口产品价格便宜很多。测量精度用户可根据测量基础、测量精度等要求，选择专用的噪声系数分析仪或基于其他类 仪器的噪声系数测试选件。操作复杂度智能一体化的噪声系数分析仪系统配置简洁，操作直观、方便、快捷。分体式的噪 声系数分析仪用户可根据已有的测量条件适当选择。比如已有分体式的噪声系数测量仪 主机，可以选择相应的扩频装置组成测试系统，以实现噪声系数的扩频测量。