噪声系数和测量
噪声系数的测量方法
噪声系数的测量方法噪声系数是指放大器输入信号与输出信号之间的信噪比的比值。
在电子系统中，噪声系数是衡量放大器噪声性能的重要指标。
下面将介绍几种常用的测量噪声系数的方法。
1.级联噪声法：级联噪声法是最常用的测量噪声系数的方法之一、它利用级联放大器的总噪声系数计算出前面的放大器的噪声系数。
具体的步骤如下：a.在待测放大器之前设置一个已知的参考放大器，并测量此参考放大器的噪声系数。
b.将待测放大器与参考放大器级联，并测量级联放大器的总输入输出电压和噪声功率。
c.利用总放大器的输入输出电压和已知的参考放大器的噪声系数计算出内嵌放大器的噪声系数。
2.可变增益噪声法：可变增益噪声法是另一种测量噪声系数的常用方法。
它通过调整放大器的增益，使其与一个已知参考噪声源声压相等，从而测量出待测放大器的噪声系数。
具体的步骤如下：a.在待测放大器的输入端接入一个参考噪声源，并调整其声压使其与待测放大器的输出噪声相等。
b.测量参考噪声源的声压和待测放大器的输入输出电压。
c.利用已知的参考噪声源的噪声功率和声压计算出待测放大器的噪声功率和噪声系数。
3.热噪声法：热噪声法是一种常用的测量噪声系数的方法，特别适用于宽频带和高频段的放大器。
热噪声法利用了热噪声在环境温度下的特性，通过直接测量输出噪声电压和环境温度来计算噪声系数。
具体的步骤如下：a.测量放大器的输出噪声电压并记录。
b.测量环境温度并记录。
c.利用热噪声公式计算出放大器的噪声功率。
d.利用输入信号和已知的电阻值计算出放大器的输入信号功率。
e.利用已知的输入信号功率和噪声功率计算出放大器的噪声系数。
除了上述传统的测量方法之外，还有一些新的测量噪声系数的方法正在不断涌现，如矢量分析器法、差分噪声法、噪声大师法等。
这些方法在特定的应用场景下有着更高的测量精度和更广的测量范围。
总结起来，测量噪声系数的常用方法有级联噪声法、可变增益噪声法、热噪声法等。
根据不同的应用场景和要求，选择合适的方法来测量噪声系数，有助于评估放大器的噪声性能，进而提高信号传输的质量。
频谱仪测噪声系数测试方法
频谱仪测噪声系数测试方法噪声系数是指在信号传输过程中，信号与噪声的比值，是评估通信系统性能的重要指标之一。
因此，测量噪声系数在通信系统设计和优化中具有重要意义。
本文将介绍一种基于频谱仪的噪声系数测试方法。
一、噪声系数的定义噪声系数是衡量信号传输中信噪比的一种指标，通常用dB表示。
它是指在信号传输过程中，输入端信噪比与输出端信噪比之比，即： Nf = (SNRin / SNRout)dB其中，SNRin是输入信号的信噪比，SNRout是输出信号的信噪比。
噪声系数是一个无单位的数值，它越小，表示信噪比损失越小，系统性能越好。
二、频谱仪测噪声系数的原理频谱仪是一种用于测量信号频谱特性的仪器，它可以将信号分解成频率分量，并显示在频谱图上。
在信号传输过程中，噪声会在各个频率分量上产生，因此通过频谱仪可以直接测量出信号的噪声功率谱密度。
在此基础上，可以计算出输入信噪比和输出信噪比，进而计算出噪声系数。
三、频谱仪测噪声系数的步骤1. 连接设备将频谱仪和被测系统连接，确保信号传输通畅。
频谱仪应该与被测系统在同一电源下，以避免地线干扰。
2. 设置频谱仪参数根据被测系统的信号特性，设置频谱仪的参数。
包括中心频率、带宽、分辨率带宽、平均次数等。
3. 测量被测系统的噪声功率谱密度在频谱仪上选择“功率谱密度”模式，启动测量。
记录下被测系统的噪声功率谱密度。
4. 测量输入信噪比在频谱仪上选择“单次扫描”模式，启动测量。
记录下输入信号的功率和噪声功率谱密度，计算输入信噪比。
5. 测量输出信噪比在频谱仪上选择“单次扫描”模式，启动测量。
记录下输出信号的功率和噪声功率谱密度，计算输出信噪比。
6. 计算噪声系数根据输入信噪比和输出信噪比，计算噪声系数。
公式如下：Nf = (SNRin / SNRout)dB四、注意事项1. 频谱仪的选择应根据被测系统的信号特性和测试需求来确定。
2. 在测量过程中，应注意防止干扰和误差的产生。
如地线干扰、环境噪声等。
噪声系数噪声参数测量-essun
噪声系数/噪声参数测量引言噪声自然地发生在任何有源器件或者电路中，并且限制了有用信号的最低水平。
例如，对于手机，它可以干扰比较微弱的信号，导致通话中断。
因此，设计一个降低噪声影响的电路是非常重要的。
要做到这一点，必须量化噪声和测量噪声参数，包括Fmin、Gmma、Γopt（幅度和相位）和Rn。
请注意，噪声系数是一个在讨论LNA时经常使用的参数，并且通常情况下指的是器件在50Ω情况下产生的。
超高速噪声参数一个新的超高速噪声参数测量方法能以100X-400X的因子提高整体校准和测量时间，使得一次需要几十甚至上百小时的测量只需几十分钟就能完成。
这个新方法有两个有助于突破速度提高的主要特点：1)调谐器有一组状态（物理调谐器的位置），可以在整个感兴趣的频带内选择合适的阻抗；2）噪声功率测量可在每一个状态下进行整个频带扫描，所以调谐器只需移动到每个状态一次。
这利用的是现代仪器的快速扫描能力，同时可通过减少调谐器的移动来节约时间。
这种新的噪声参数测量方法在速度上有两个数量级的提高。
它产生的数据也比传统方法更光滑且分散更少。
快速测量减少了温度漂移，使用VNA 和内部噪声接收机简化了安装且更加稳定和一致。
这种超高速的实用性在于能一直做原位校准来减少错误和通过测量更多频率来更好地观察分散和循环错误，以及更灵活的运用平滑。
这种更高的频率密度还可以通过减少图象失真带来的漂移来提高准确性。
器件的50Ω噪声系数可以用噪声参数系统直接测量或者从噪声系数等高线中推算出来。
直接测量是使用阻抗调谐器来对DUT准确地呈现出50Ω，然后测量出相关噪声系数（注意，该调谐器可以修正通常没有调谐器时呈现出的非50Ω系统阻抗）。
噪声系数推算是一个噪声参数测量系统下的标准函数并使用数学上确定的等高线，在50Ω时来计算预期的噪声系数。
利用新方法测量的73个频点的噪声参数数据，没有应用平滑，显示了Fmin（红色）、Rn（蓝色）和Gain（紫色）利用Maury的MT7553B01噪声接收机模块和MT984AU01自动调谐器结合Agilent的PNA-X的典型的8-50GHz的单次扫描测试利用Maury的MT982BU01自动调谐器结合Agilent PNA-X的0.8-18GHz的噪声参数测量的典型配置利用Maury的MT7553B01噪声接收机模块和MT984AU01自动调谐器结合Agilent PNA-X的8-50GHz的噪声参数测量的典型配置。
噪声系数测量手册1：噪声系数定义及测试方法
噪声系数测量手册Part 1. 噪声系数定义及测试方法安捷伦科技：顾宏亮一.噪声系数定义最常见的噪声系数定义是：输入信噪比/ 输出信噪比。
它是衡量设备本身噪声品质的重要参数,它反映的是信号经过系统后信噪比恶化的程度。
噪声系数是一个大于1的数，也就是说信号经过系统后信噪比是恶化了。
噪声系数是射频电路的关键指标之一，它决定了接收机的灵敏度，影响着模拟通信系统的信噪比和数字通信系统的误码率。
无线通信和卫星通信的快速发展对器件、子系统和系统的噪声性能要求越来越高。
输入信噪比SNR input=P i/N i输出信噪比SNR output=P o/N o噪声系数F =SNR input/SNR output通常用dB来表示NF= 10Log(F)假设放大器是理想的线性网络，内部不产生任何噪声。
那么对于该放大器来说,输出的功率Po以及输出的噪声No 分别等于Pi * Gain以及Ni*Gain。
这样噪声系数=(Pi/Ni)/(Po/No)=1。
但是现实中，任何放大器的噪声功率输出不仅仅有输入端噪声的放大输出，还有内部自身的噪声(Na)输出，下图为线性双端口网络的图示。
双端口网络噪声系数分析框图Vs: 信号源电动势Rs: 信号源内阻Ri: 双端口网络输入阻抗R L: 负载阻抗Ni: 输入噪声功率Pi: 输入信号功率No: 输出噪声功率Po: 输出信号功率Vn: 该信号源内阻Rs的等效噪声电压Ro: 双端口网络输出阻抗输出噪声功率: N o = N i * Gain + N a ; P o=P i * Gain噪声系数= (P i * N o)/(N i* P o) = (N i * Gain + N a) /(N i * Gain)= 1 + Na/(N i * Gain) > 1根据IEEE的噪声系数定义:The noise factor, at a specified input frequency, is defined as the ratio of (1) the total noise power per unit bandwidth available at the output port when noise temperature of the input termination is standard (290 K) to (2) that portion of (1) engendered at the input frequency by the input termination.”a.输入噪声被定义成负载在温度为290K下产生的噪声。
噪声系数的计算及测量方法
噪声系数的计算及测量方法（一）时间：2012-10-25 14:32:49 来源：作者：噪声系数(NF)是RF系统设计师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器件的噪声，并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。
许多优秀的通信和接收机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明.现在，RF应用中会用到许多宽带运算放大器和ADC，这些器件的噪声系数因而变得重要起来。
讨论了确定运算放大器噪声系数的适用方法。
我们不仅必须知道运算放大器的电压和电流噪声，而且应当知道确切的电路条件：闭环增益、增益设置电阻值、源电阻、带宽等。
计算ADC的噪声系数则更具挑战性，大家很快就会明白此言不虚。
公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。
该系数并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反应了器件或者信道特性的不理想。
在放大器的噪声系数比较低的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度(T)来表示。
噪声系数与噪声温度的关系为：T=(NF-1)T0 或NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度(290K)噪声系数计算方法研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。
因此，离开信号谈噪声是无意义的。
从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为S/N(信号功率与噪声功率比)。
即便噪声电平绝对值很高，但只要信噪比达到一定要求，噪声影响就可以忽略。
否则即便噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于1，则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。
因此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。
1 噪声系数的定义要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为设Pi为信号源的输入信号功率，Pni为信号源内阻RS产生的噪声功率，Po和Pno 分别为信号和信号源内阻在负载上所产生的输出功率和输出噪声功率,Pna表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出。
噪声系数的含义和测量方法
噪声系数的含义和测量方法
噪声系数是指信号的输入与输出之间的不匹配程度。
它描述了信号传
输中由于不同因素引入的噪声与理论信号的误差比例。
噪声系数越低，表
示信号传输的质量越好。
测量噪声系数的方法主要有两种：器件法和级联法。
1.器件法：这种方法通过对测试样品进行直接测试来测量噪声系数。
测试过程中，利用馈电器件法将器件与参考元件相比较。
参考元件是已知
噪声性能的稳定器件，通常是一种电阻。
通过将被测器件和参考电阻器件
进行比较，可以计算出被测器件的噪声系数。
测量噪声系数时需要注意以下几点：
1.测试环境的干扰要尽可能减少，如尽量避免有其他电磁干扰源的存在。
2.测试过程中需要采用高灵敏度的仪器和设备进行测量，以保证准确性。
3.测量结果可能受到温度、频率等因素的影响，需要进行相应的修正。
4.测量时需要注意信号与噪声的区分，以避免噪声信号被错误地计入
信号中。
噪声系数的大小与信号传输过程中的损耗和噪声有关。
信号传输过程
中会受到各种因素的影响，如电阻、电感、电容、温度等。
这些因素会引
入噪声，导致信号损失和畸变。
噪声系数表示噪声引入的程度，即信号损
失与噪声之间的比值。
测量噪声系数的目的是为了评估信号传输的质量，找出信号传输过程
中引入的噪声和损耗。
这样可以针对噪声源采取相应的优化和改善措施，
提高信号传输系统的性能。
对于需要高质量信号的应用领域，如通信系统、射频系统等，噪声系数的测量和优化具有重要的意义。
噪声系数和测量
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。
N in N OUT KT0 f
Si Si KT0 f Ni NFL L S out Si 1 ( ) N out L KT0 f
L：传输线损耗 K：波耳兹曼常数1.38×1023焦耳/K.Hz T0：室温 △f：带宽Hz
NFA
测试
本振
Байду номын сангаас
（2）频谱仪测试法（增益法）
NF = PNOUT –[-174dBm/Hz + 10 * log10(BW) + 增益] NF = PNOUTD + 174dBm/Hz - 增益
混频模式
非混频模式测试举例
-100dBm
信号源 LNA （DUT） 频谱分 析仪
-50dBm -70dBm
P1高3dB。可得出噪声系数： F Pgen sys
GPg GN IN N GN IN N 2
KT0 B
GPg GN IN N 2GN IN 2 N
GPg GN IN N
GN IN N GN IN GPg Pg F GN IN N IN F
信号源
通常移动通信基站的连接方式
电缆损耗3dB F=2（NF=3dB） NF=3dB
G=20dB
F=2 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
塔顶低噪声放大器改善BTS接收机NF
G=20dB F=2
器件对信号处理过程
输入功率电平dBm
-40
-60 -80 -100
噪声系数和测量复习课程
Nin NOUT KT0f
Si
Si
NFL
Ni Sout
KT0f (Si ) 1
L
Nout L KT0f
L：传输线损耗
K：波耳兹曼常数1.38×1023焦耳/K.Hz
T0：室温 △f：带宽Hz
通常移动通信基站的连接方式
电缆损耗3dB
G=20dB
F=2（NF=3dB） NF=3dB
F=2 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
塔顶低噪声放大器改善BTS接收机NF
G=20dB F=2
50m电缆损耗2dB G=20dB
F=2
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：
NF=ENR-10Log(Y-1) ENR:Excess Noise Ratio(超噪比)
噪声源
ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2900K
匹配网络
偏置电源 雪崩二极管
Freq xxx xxx
噪声输出
ENR xxx xxx
串联LNA的总噪声系数计算
F1
F2
F3
G1
G2
G3
图5-2串接LNA
FTOTAL=2+（2-1）/100+[（2-1）/100]×2=2.03 NF=10log2.02=3.07dB 与上例比较,噪声系数改善近3dB
典型的基站塔顶放大器
ANT Rx
Tx 旁路开关 LNA
到基站 电源
图5-7典型的塔顶LNA结构方框图
5.4噪声系数测试
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•
•噪声源
•ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2900K
•匹配网络
•偏置电源 •雪崩二极管
•Freq •xxx •xxx
•噪声输出
ENR xxx xxx
•
•串联LNA的总噪声系数计算
•F1
•F2
•F3
Байду номын сангаас
•G1
•G2
•G3
•图5-2串接LNA
•
LNA多级串联 FTOTAL=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G2 G1。。。。。
•
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。
•
•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：
•ANT •Rx
•Tx •旁路开关 •LNA
•到基 站
•电源
•图5-7典型的塔顶LNA结构方框图
•
5.4噪声系数测试
•（1）使用噪声系数测试仪
•非变频器件
1 放大器
2 变频器件
3 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
•图5-3噪声系数测试仪测试噪声系数
•代入
•信号源
•DUT •功率计
•
•5 直接测试法
•DUT
•功率计•PN
•已知被测放大器的增益G和带宽B •F=PN/GPin=PN/GKT0B
•
•6 冷热负载法
•TH=2900K
•DUT
•功率计
•Te=770K •液氮
•Y=Ph/PC
•F=(TH-TCY)/(Y-1) •NF=10LogF
•
•50m电缆损耗 2dB
•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： • FTOTAL=2+（2-1）/100+[（2-1） /100]×2=2.03
• NF=10log2.02=3.07dB •与上例比较,噪声系数改善近3dB
•
典型的基站塔顶放大器
•TH：噪声源加电时的噪声温度 •TN：LNA折算到入口的噪声温度
•测出Y，已知ENR就算出噪声系数F。 •NF=10LogF。
•
•Y=N2/N1
•未加电 ： N1=GKT0B+Na
• 加电： N2=GTHNaKB+Na
•
N2=YN1=Y(GKT0B+Na)
•
GTHKB+Na=Y(GKT0B+Na)
•电缆损耗3dB
•G=20dB
•F=2（NF=3dB） •NF=3dB
•F=2 •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
•
•塔顶低噪声放大器改善BTS接收机NF
•G=20dB •F=2
•影响测试精度的因素 •NFA对DUT测试的影响
•F1 •F2
•NFA
•串联噪声系数dB
•F12=F1+(F2-1)/G
•30 •20 •10
•1
•3
•5 •G
0
0
0
1
•
•1。 环境温度影响测试精度 •2。 外部干扰影响测试精度
•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
•折算到输入口 Na/G=KTaB/G 设输入口噪声温度 为Te=Na/G
•
Na=KTaB=GKTeB
•
GKBTe={[(ENR+1)-Y]GKBT0}/(Y-1) Te=[(ENR+1)-Y]T0/(Y-1)
•(Te/T0)=(ENR+1-Y)/(Y-1) 两边都加1得 1+(Te/T0)=[ENR+1-Y+(Y-I)]/(Y-1)=ENR/(YI)
•
（真值运算）
•
•
NF=10logFTOTA
•
•门限功率计算举 例 •NF=10Log (S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogN-10LogG
PT=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
•-100dBm
•信号源
•LNA（ DUT）
•频谱分 析仪
•测试结果
•噪声密度PND=-70dBm-10Log（100000Hz）=-120dBm •计算结果：NF=-120dBm+174-（-50dBm-（-100dBm）=4dB •
•
(3) Y因子法
•图5-5Y因子法测试噪声系
•
•超噪比 ：
•
•器件对信号处理过程
•输入功率电平dBm •输入功率电平dBm
•-40 •-60 •-80 •-100
•2.6
•2.65
•Nin
•-40 •-60 •-80 •-100
•2.7 •f
•2.6
•2.65
•2.7 •f
•增益20dB •NF=10dB
•NP=Na+NinG
•
•噪声温度
•F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+GKT0B)/GKT0B=1+Te/T0
噪声系数和测量
•
•5.2噪声系数
•GS/(GN+n) •S/N
•G
•图5-1 低噪声放大器
•设输出总噪声功率GNin+n=PN
• 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 ，
则：10LogPN=NF-174 +10logB +（Eb/N0）]=6-174+11.5+63=-93.5dBm
•
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1.38×1023焦耳/K.Hz •T0：室温 •△f：带宽Hz
•
•通常移动通信基站的连接方式
• 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 Na=KTaB
•NF=3 F=2 •NF=6 F=4
Te=2900K Te=8700K
•
•噪声系数测试过程
•噪声源
•Mixer
•IF AMP
•DUT •fMeas
•LO
•METE R
•Noise Drive(直流电源)
•NF=ENR-10Log(Y-1) •ENR:Excess Noise Ratio(超噪比)
•
•校准 •测试
•NFA •NFA
•
•校准
•HP346A
•
NFA
•测试
•DU
T
•
NFA
•本振
•
（2）频谱仪测试法（增益法）
•NF = PNOUT –[-174dBm/Hz + 10 * log10(BW) + 增益] •NF = PNOUTD + 174dBm/Hz - 增益
•混频模式
•
•非混频模式测试举例
•NFA
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