噪声系数和测量课件

低噪声放大器低噪声放大器灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/NC/N=(Eb/N0)+10logRb-10logBWn接收机NINNF接收机噪声系数NF，就是信号输入信噪比，经过接收机变坏的dB数LNALNA产生的附加噪声很低噪声系数NF：低噪声放大器灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/15.2噪声系数噪声系数GS/NGS/(GN+n)图5-1 低噪声放大器噪声系数NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogNin-10LogG因为其中:Nin=KT0B是输入噪声，K=1.38X10-23焦耳/K.Hz，T0=2900 K 室温 B噪声带宽 PN=GN+N -输出噪声功率。10LogNin=-174dBm+10LogB(Hz)NF=10LogPN+174-10LogB-10LogG为了消除带宽因素，我们将噪声功率PN换成噪声密度PN0 则可以写成：NF=10LogPN0+174-10LogG。设输出总噪声功率GNin+n=PN5.2噪声系数GS/NGS/(GN+n)图5-1 低噪声放大2-100-80-60-402.62.652.7-100-80-60-402.62.652.7输入功率电平dBm输入功率电平dBmff增益20dBNF=10dBNP=Na+NinGNin器件对信号处理过程器件对信号处理过程-100-80-60-402.62.652.7-100-803噪声温度噪声温度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+GKT0B)/GKT0B=1+Te/T0NF=3 F=2 Te=2900KNF=6 F=4 Te=8700K噪声温度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+4噪声系数测试过程噪声系数测试过程DUTMETER噪声源fMeasMixerLOIF AMPNoise Drive(直流电源)NF=ENR-10Log(Y-1)ENR:Excess Noise Ratio(超噪比超噪比)噪声系数测试过程噪声源fMeasMixerLOIF AMPN5噪声源噪声源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2900K偏置电源雪崩二极管匹配网络噪声输出Freq ENRxxx xxxxxx xxx 噪声源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/296F1F2F3G1G2G3图5-2串接LNALNA多级串联 FTOTAL=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G2 G1。（真值运算）NF=10logFTOTA串联串联LNA的总噪声系数计算的总噪声系数计算F1F2F3G1G2G3图5-2串接LNALNA多级串联 7PT=NF-174+10LogB+（Eb/N0）+10Log Rbit-10Log BW 假设通信速率是E1=2.048Mbit/s，B=BW=2.048MHz,B为射频带宽,Eb/N0（QPSK，BER 10-6）=11.5dB NF=6dB则：10LogPN=NF-174+10logB+（Eb/N0）=6-174+11.5+63=-93.5dBm门限功率计算举例门限功率计算举例NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogN-10LogG门限功率计算举例NF=10Log(S/N)/SG/PN=18有耗网络的噪声系数有耗网络的噪声系数系统理想匹配时，传输线的输入端噪声和输出总噪声功率相等。L：传输线损耗K：波耳兹曼常数1.381023焦耳/K.HzT0：室温f：带宽Hz有耗网络的噪声系数系统理想匹配时，传输线的输入端噪声和输出总9电缆损耗3dBF=2NF=3dBG=20dBF=2（NF=3dB）NF=3dB图5-5前边加无源损耗器件根据串联噪声系数计算公式有：F=2+（2-1）2=4 NF=10log4=6dB显然比不接电缆变坏3dB通常移动通信基站的连接方式通常移动通信基站的连接方式电缆损耗3dBF=2G=20dBF=2（NF=3dB）图5-1050m电缆损耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=2图5-6塔顶低噪声放大器改善BTS接收机NF根据噪声系数串联公式有：FTOTAL=2+（2-1）/100+（2-1）/1002=2.03 NF=10log2.02=3.07dB与上例比较,噪声系数改善近3dB塔顶低噪声放大器改善塔顶低噪声放大器改善BTS接收机接收机NF50m电缆损耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=11典型的基站塔顶放大器典型的基站塔顶放大器TxRxLNA旁路开关电源ANT图5-7典型的塔顶LNA结构方框图到基站典型的基站塔顶放大器TxRxLNA旁路开关电源ANT图5-7125.4噪声系数测试噪声系数测试（1）使用噪声系数测试仪图5-3噪声系数测试仪测试噪声系数噪声系数测试仪测试噪声系数1放大器放大器2变频器件变频器件3本振固定中频固定本振固定中频固定2 本振变化中频固定上本振变化中频固定上/下变频下变频3 本振不变中频变化上本振不变中频变化上/下变频下变频非变频器件非变频器件5.4噪声系数测试（1）使用噪声系数测试仪图5-3噪声系数测13NFANFA校准校准测试测试校准测试14HP346A NFA校准校准 NFA本振本振DUT测试测试HP346A校准DUT测试15（2）频谱仪测试法（增益法）频谱仪测试法（增益法）NF=PNOUTD+174dBm/Hz-增益混频模式NF=PNOUT-174dBm/Hz+10*log10(BW)+增益（2）频谱仪测试法（增益法）NF=PNOUTD+1716非混频模式测试举例非混频模式测试举例LNA（DUT）频谱分析仪信号源测试结果计算结果：NF=-120dBm+174-（-50dBm-（-100dBm）=4dB 噪声密度PND=-70dBm-10Log（100000Hz）=-120dBm-100dBm非混频模式测试举例LNA（DUT）频谱分析仪信号源测试结果计17(3)Y因子法因子法图5-5Y因子法测试噪声系数(3)Y因子法图5-5Y因子法测试噪声系数18超噪比：测出Y，已知ENR就算出噪声系数F。NF=10LogF。TH：噪声源加电时的噪声温度TN：LNA折算到入口的噪声温度超噪比：测出Y，已知ENR就算出噪声系数F。TH：噪声源加19Y=N2/N1未加电未加电：N1=GKT0B+Na 加电：加电：N2=GTHNaKB+Na N2=YN1=Y(GKT0B+Na)GTHKB+Na=Y(GKT0B+Na)因为因为 ENR=(TH-T0)/T0 TH=(ENR+1)T0 GK(ENR+1)T0B+Na=Y(GKT0B+Na)=YGKT0B+YNa Na(Y-1)=GK(ENR+1)T0B-YGKT0B Na=GK(ENR+1)T0B-YGKT0B/(Y-1)Te=(TH-YTe)/(Y-1)因为因为 Na=KTaB折算到输入口折算到输入口 Na/G=KTaB/G 设输入口噪声温度设输入口噪声温度 为为Te=Na/G Na=KTaB=GKTeB GKBTe=(ENR+1)-YGKBT0/(Y-1)Te=(ENR+1)-YT0/(Y-1)(Te/T0)=(ENR+1-Y)/(Y-1)两边都加两边都加1得得 1+(Te/T0)=ENR+1-Y+(Y-I)/(Y-1)=ENR/(Y-I)Y=N2/N1204.信号发生器测量法信号发生器测量法 当被测系统噪声系数较大时，可采用信号发生器测量方法。在被测系统输入端加入负载（环境温度约290K），测量输出噪声功率P1。然后在输入端加入信号发生器，使信号发生器输出频率在测量范围内。调整信号发生器输出功率，使被测系统输出功率P2比P1高3dB。可得出噪声系数：代入信号源信号源功率计功率计DUT4.信号发生器测量法 当被测系统噪声系数较大时，可采用信号发215 直接测试法直接测试法DUT功率计功率计已知被测放大器的增益已知被测放大器的增益G和带宽和带宽BPNF=PN/GPin=PN/GKT0B5 直接测试法已知被测放大器的增益G和带宽BPNF=PN/G22功率计功率计DUT6 冷热负载法冷热负载法液氮液氮F=(TH-TCY)/(Y-1)NF=10LogFY=Ph/PCTe=770KTH=2900K功率计6 冷热负载法液氮F=(TH-TCY)/(Y-1)Y23影响测试精度的因素影响测试精度的因素NFA对对DUT测试的影响测试的影响NFAF12=F1+(F2-1)/G串联噪声系数串联噪声系数dB302010103050G1F1F2影响测试精度的因素NFA对DUT测试的影响F12=F1+(F241。环境温度影响测试精度环境温度影响测试精度2。外部干扰影响测试精度外部干扰影响测试精度NFA双层屏蔽电缆双层屏蔽电缆屏蔽屏蔽GP-IB电缆电缆内部电路内部电路接头的轻微变形接头的轻微变形本振噪声贡献本振噪声贡献1。环境温度影响测试精度双层屏蔽电缆25精品课件精品课件！精品课件！26精品课件精品课件！精品课件！27谢谢！谢谢！谢谢！28