噪声系数和测量课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,低噪声放大器,灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/N,C/N=(E,b,/N,0,)+10logR,b,-10logBW,n,接收机,N,IN,NF,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,LNA,LNA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/,1,5.2,噪声系数,G,S/N,GS/(GN+n),图5-1 低噪声放大器,噪声系数NF=10Log (S/N)/SG/P,N,=10LogP,N,-10LogN,in,-10LogG,因为其中:N,in,=KT,0,B是输入噪声 ，,K=1.38X10,-23,焦耳/K.Hz ，,T,0,=290,0,K 室温,B噪声带宽,P,N,=GN+N - 输出噪声功率。,10LogN,in,=-174dBm+10LogB(Hz),NF =10LogP,N,+174-10LogB-10LogG,为了消除带宽因素，我们将噪声功率P,N,换成噪声密度P,N0,则可,以写成：NF =10LogP,N0,+174-10LogG。,设输出总噪声功率GN,in,+n=P,N,5.2噪声系数GS/NGS/(GN+n)图5-1 低噪声放大,2,-100,-80,-60,-40,2.6,2.65,2.7,-100,-80,-60,-40,2.6,2.65,2.7,输入功率电平dBm,输入功率电平dBm,f,f,增益20dB,NF=10dB,N,P,=N,a,+N,in,G,N,in,器件对信号处理过程,-100-80-60-402.62.652.7-100-80,3,噪声温度,F=(N,a,+GKT,0,B)/GKT,0,B=(GKT,e,B+GKT,0,B)/GKT0B=1+Te/T0,NF=3 F=2 T,e,=290,0,K,NF=6 F=4 T,e,=870,0,K,噪声温度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+,4,噪声系数测试过程,DUT,METER,噪声源,f,Meas,Mixer,LO,IF AMP,Noise Drive(直流电源),NF=ENR-10Log(Y-1),ENR:Excess Noise Ratio(超噪比),噪声系数测试过程噪声源fMeasMixerLOIF AMPN,5,噪声源,ENR=(T-T,0,)/T,0,=(T,h,-290,0,K)/290,0,K,偏置电源,雪崩二极管,匹配网络,噪声输出,Freq ENR,xxx xxx,xxx xxx,噪声源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/29,6,F1,F2,F3,G1,G2,G3,图5-2串接LNA,LNA多级串联 F,TOTAL,=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G2 G1。,（真值运算）,NF=10logF,TOTA,串联LNA的总噪声系数计算,F1F2F3G1G2G3图5-2串接LNALNA多级串联,7,P,T,=NF-174+10LogB+,（Eb/N0）+10Log R,bit,-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,NF=10Log (S/N)/SG/P,N,=10LogP,N,-10LogN-10LogG,门限功率计算举例NF=10Log (S/N)/SG/PN=1,8,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1.3810,23,焦耳/K.Hz,T,0,：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3dB,F=2,NF=3dB,G=20dB,F=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,电缆损耗3dBF=2G=20dBF=2（NF=3dB）图5-,10,50m电缆损耗2dB,G=20dB,F=2,F=2,G=20dB,F=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：,F,TOTAL,=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BTS接收机NF,50m电缆损耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=,11,典型的基站塔顶放大器,Tx,Rx,LNA,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5-7,12,5.4噪声系数测试,（1）使用噪声系数测试仪,图5-3,噪声系数测试仪测试噪声系数,放大器,变频器件,本振固定中频固定,2 本振变化中频固定上/下变频,3 本振不变中频变化上/下变频,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,13,NFA,NFA,校准,测试,校准测试,14,HP346A,NFA,校准,NFA,本振,DUT,测试,HP346A校准DUT测试,15,（2）频谱仪测试法（增益法）,NF = P,NOUTD,+ 174dBm/Hz - 增益,混频模式,NF = P,NOUT,-174dBm/Hz + 10 * log10(BW) + 增益,（2）频谱仪测试法（增益法）NF = PNOUTD + 17,16,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P,ND,=-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,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。,T,H,：噪声源加电时的噪声温度,T,N,：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,19,Y=N,2,/N,1,未加电 ： N,1,=GKT,0,B+N,a,加电： N,2,=GT,H,N,a,KB+N,a,N,2,=YN,1,=Y(GKT,0,B+N,a,),GT,H,KB+N,a,=Y(GKT,0,B+N,a,),因为 ENR=(T,H,-T,0,)/T,0,T,H,=(ENR+1)T,0,GK(ENR+1)T,0,B+N,a,=Y(GKT,0,B+N,a,)=YGKT,0,B+YN,a,N,a,(Y-1)= GK(ENR+1)T,0,B-YGKT,0,B,N,a,= GK(ENR+1)T,0,B-YGKT,0,B/(Y-1),T,e,=(T,H,-YT,e,)/(Y-1),因为 N,a,=KT,a,B,折算到输入口 N,a,/G=KT,a,B/G 设输入口噪声温度 为T,e,=N,a,/G,N,a,=KT,a,B=GKT,e,B,GKB,T,e,=(ENR+1)-Y,GKB,T,0,/(Y-1) T,e,=(ENR+1)-YT,0,/(Y-1),(T,e,/T,0,)=(ENR+1-Y)/(Y-1) 两边都加1得 1+(Te/T,0,)=ENR+1-Y+(Y-I)/(Y-1)=,ENR/(Y-I),Y=N2/N1,20,4.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,功率计,DUT,4.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,21,5 直接测试法,DUT,功率计,已知被测放大器的增益G和带宽B,P,N,F=P,N,/GP,in,=P,N,/GKT,0,B,5 直接测试法已知被测放大器的增益G和带宽BPNF=PN/G,22,功率计,DUT,6 冷热负载法,液氮,F=(T,H,-T,C,Y)/(Y-1),NF=10LogF,Y=P,h,/P,C,T,e,=77,0,K,T,H=,290,0,K,功率计6 冷热负载法液氮F=(TH-TCY)/(Y-1)Y,23,影响测试精度的因素,NFA对DUT测试的影响,NFA,F,12,=F,1,+(F,2,-1)/G,串联噪声系数dB,30,20,10,10,30,50,G,1,F,1,F,2,影响测试精度的因素NFA对DUT测试的影响F12=F1+(F,24,1。 环境温度影响测试精度,2。 外部干扰影响测试精度,NFA,双层屏蔽电缆,屏蔽GP-IB电缆,内部电路,接头的轻微变形,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！,26,精品课件,！,精品课件！,27,谢谢！,谢谢！,28,