噪声系数测量
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。
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。
噪声系数的三种测量方法及对比
。
图２ 只要频谱分析仪允许， 增益法可适用于任 何频率范围内。最大的限制来自于频谱分析仪的 噪声基底。在公式中可以看到， 当噪声系数较低 （ 小 于 １０ｄＢ） 时 ，（ ＰＯＵＴＤ－ 增 益 ） 接 近 于 － １７０ｄＢｍ／Ｈｚ， 通常 ＬＮＡ 的增益约为 ２０ｄＢ。这样我 们需要测量－ １５０ｄＢｍ／Ｈｚ 的噪声功率谱密度， 这 个值低于大多数频谱仪的噪声基底。这样系统增
这就是 Ｙ 因数法， 名字来源于上面的式子。 结束语： 文章讨论了测量射频器件噪声系数 的三种方法。每种方法都有其优缺点， 适用于特 定的应用。下表是三种方法优缺点的总结。理论 上， 同一个射频器件的测量结果应该一样， 但是 由于射频设备的限制（ 可用性、精度、频率范围、 噪声基底等） ， 必须选择最佳的方法以获得正确 的结果。
关键词： 噪声系数； 测量方法； 对比
１ 概述 噪声系数（ ＮＦ） 有时也指噪声因数（ Ｆ） 。两者 简单的关系为： ＮＦ＝１０＊ｌｏｇ１０（ Ｆ） 噪声系数（ 噪声因数） 包含了射频系统噪声 性能的重要信息， 标准的定义为： 噪声因数（ Ｆ） ＝
输出端总噪声功率 外部噪声在输出端呈现的噪声功率
从这个定义可以推导出很多常用的噪声系 数（ 噪声因数） 公式。噪声系数的测量方法随应用 的不同而不同。一些应用具有高增益和低噪声系 数（ 低噪声放大器（ ＬＮＡ） 在高增益模式下） ， 一些 则具有低增益和高噪声系数 （ 混频器和 ＬＮＡ 在 低增益模式下） ， 一些则具有非常高的增益和宽 范围的噪声系数（ 接收机系统） 。因此测量方法必 须仔细选择。下面将讨论噪声系数测试仪法和其 他两个方法： 增益法和 Ｙ 因数法。
益非常高， 因
表１
而大多数频谱
仪均可准确测
量噪声系数。
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。
频谱仪测噪声系数测试方法
频谱仪测噪声系数测试方法
频谱仪测噪声系数是一种可以衡量电器设备噪声水平的测试方法。
噪声系数通常用于衡量信号电路中信号与噪声的比值。
如下是频谱仪测噪声系数的测试方法。
1. 计算输入功率与输出功率之比
首先，在测试过程中，必须确定测试电路的输入功率和输出功率。
输入功率和输出功率之比是计算噪声系数的关键。
在某些情况下，输入功率与输出功率可能需要进行校准。
2. 连接频谱仪
将频谱仪连接到测试电路的输入和输出端口。
确保测试电路的噪声源已关闭，并且频谱仪已正确配置和校准。
3. 设置频谱仪
根据测试电路的特定需要，设置频谱仪的参数。
这包括频率跨度、频率分辨率、RBW（分辨带宽）和VBW（视频带宽）等参数。
4. 测量输出功率噪声
在没有输入信号的情况下，测量测试电路的输出噪声功率。
在某些情
况下，需要在输出端口使用负载以测量噪声功率。
5. 注入输入电信号
在测试电路的输入端注入一个准确的电信号，并测量频谱仪的输出。
将输出功率与测量输出噪声功率的结果进行比较，可以计算出噪声系数。
6. 计算噪声系数
通过将输出功率与测量输出噪声功率之比除以输入功率与输出功率之比，可以计算出噪声系数。
通常，噪声系数表示为dB。
在完成测试后，可以对测试结果进行数据分析和报告编制。
这样，测试人员可以将测试结果以可读的形式呈现给客户或其他利益相关者。
晶体管低频噪声系数测量原理
晶体管低频噪声系数测量原理1. 引言1.1 背景晶体管低频噪声系数的测量原理一直是电子领域研究的热点之一。
通过对晶体管在不同频率下的噪声功率谱进行测量，可以得到晶体管的噪声系数。
而在测量过程中，需要考虑到数据的准确性和可靠性，以保证测量结果的可靠性。
常用的晶体管低频噪声系数测量方法包括射频热噪声法、噪声系数测试仪法等。
在测量过程中，影响测量结果的因素包括环境温度、噪声源的稳定性、测量仪器的精确度等。
对测量数据进行处理和分析，能够更准确地反映晶体管的噪声特性。
测量结果的意义在于为电子设备的设计和优化提供重要参考，未来的发展方向则是提高测量的精度和速度，以满足日益增长的电子设备需求。
通过对晶体管低频噪声系数的研究，我们可以更好地理解和利用晶体管的性能，推动电子技术的发展。
1.2 研究意义晶体管低频噪声系数测量的研究意义主要体现在以下几个方面：晶体管作为电子器件中的重要组成部分，在通信、雷达、微波器件等领域有着广泛的应用。
低频噪声系数是评价晶体管放大器性能的重要指标之一，能够影响到系统的信噪比、灵敏度等参数。
深入研究晶体管低频噪声系数测量原理，对于提高电子器件的性能具有重要的实际意义。
晶体管低频噪声系数测量是衡量器件噪声性能的重要手段之一。
通过对晶体管的低频噪声系数进行精确测量，可以为器件设计与优化提供科学依据。
对晶体管噪声特性的准确掌握也对于噪声降低、信号增强等技术的研究与发展具有推动作用。
晶体管低频噪声系数的测量原理涉及到很多复杂的物理现象和技术手段，深入研究这些原理有助于完善噪声测量方法、提高测量精度，从而推动整个领域的发展。
对晶体管低频噪声系数测量原理的研究具有重要的理论和实际意义。
【完成】2. 正文2.1 晶体管低频噪声系数的定义晶体管低频噪声系数是指晶体管在低频工作条件下产生的噪声与输入信号的比值。
在实际应用中，晶体管的低频噪声系数直接影响着信号的清晰度和准确性。
晶体管的低频噪声系数可以通过测量晶体管的输出信号和噪声功率谱密度来得到。
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
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What is Noise Figure?
Small Signal
Imperfect Amplifier Agitation of Electrons adds noise to the signal Signal larger But Noisier
In this example, a perfect amplifier would add no noise, and the signal would be an amplified replica. However, in practice, noise is present, and can mask the wanted signal. The noise floor, as seen in a given bandwidth, limits the detection of weak signals. All electronic systems are subject to noise. Receiver systems have to process very weak signals and any noise added by the system will obscure these weak ise concepts
What is Noise Figure ?
Noise Out Noise in
Measurement bandwidth=25MHz
a) C/N at amplifier input
b) C/N at amplifier output
Nin Nout
Thermal noise is a function of the kinetic energy of a body of particles. The noise power available is equal to kTB and is the maximum rate at which energy can be removed from the body. Boltzmann's constant is defined as the average energy per particle that can be coupled out by electrical means per degree of temperature. The power is related to temperature and that makes intuitive sense. Thermal noise is evenly distributed across the frequency spectrum (1% variation up to 100GHz) and therefore B specifies how much of the spectrum power is available. Shot noise occurs in active devices and is caused by the randomness of current flow. Shot noise is flat with frequency and a function of the current level. Flicker noise is a function of frequency and is a low frequency phenomenon. The value of alpha is close to unity.
How do we make measurements?
What DUTs can we measure?
What influences the measurement uncertainty?
2
Fundamental noise concepts
Fundamental Noise Concepts
4
Fundamental noise concepts
Causes of Noise
EMC Noise Power supply Noise Phase Noise DUT Noise
V+
DUT
We will derive a figure of merit for this
Noise comes from a variety of sources. It can be picked up from the emissions of nearby electrical equipment, or from the phase noise of downconverting synthesizers. Noise can even come from the power supplies of active components in the receiver. In this presentation we will NOT be considering these types of noise although they are very important to understand and control. Instead, we will concentrate the type of noise caused by ordinary phenomena in active electrical circuitry caused by random fluctuations in charge carriers caused by thermal, shot and flicker noise. We will define a figure of merit called Noise figure which a unique way of characterizing systems and also the components within systems. When you know the noise figure of the system, you can easily calculate the system sensitivity from the system bandwidth.
Here is an example of an amplifier connected to an antenna. Let us assume that the antenna and amplifier are perfectly matched. Let's also assume that the measurement bandwidth is 25MHz - so add 74 to -174dBm. The noise at the input of the amplifier will be kTB which in log terms is -100dBm. The signal being picked up the input is -60dBm. The carrier to noise ratio at the input is 40dB. If the amplifier was perfect it would amplify the gain and noise by equal amounts and maintain the same C/N at the output. In reality the amplifier will add some gain of its own. It this example the gain of the amplifier is 20dB so the signal has risen from -60dBm to -40dBm. The noise however has risen by 30dB rather than 20dB. The C/N has dropped to 30dB because the amplifier has added 10dB noise of its own. Friis in 1944 defined noise figure as the ratio of signal to noise at the input to signal to noise at the output. I.e. 40dB minus 30dB. We can say the noise figure is 10dB.
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Fundamental noise concepts
Noise Contributors
Thermal Noise: (otherwise known as Johnson noise) is the kinetic energy of a body of particles as a result of its finite temperature Ptherm=kTB Shot Noise: caused by the quantized and random nature of current flow Flicker Noise: (or 1/f noise) is a low frequency phenomenon where the noise power follows a 1/fα characteristic
Fundamental noise concepts
How do we make measurements?
What DUTs can we measure?
What influences the measurement uncertainty?
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Fundamental noise concepts
RFMW 202: Noise Figure Basics
Technical data is subject to change Copyright@2003 Agilent Technologies Printed on Dec. 4, 2002 5988-8495ENA