低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究
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。
Keysight噪声系数解决方案帮助您降低噪声系数
是德科技噪声系数选型指南将噪声系数不确定度降至最低选型指南灵活的解决方案组合满足广泛需求目录将噪声系数不确定度降至最低 (2)噪声系数概述 (3)测量不确定度 (4)噪声系数测量系统的组成 (5)噪声系数分析仪 (10)X 系列信号分析仪（PXA/MXA/EXA/CXA） (11)PNA-X 微波网络分析仪 (13)SNS 系列智能噪声源 (14)346 系列传统噪声源 (15)噪声源测试仪 (17)其他资源 (18)将噪声系数不确定度降至最低噪声系数是表征接收机的关键参数之一，此外还可以表征接收机在自身所生成的噪声干扰下探测微弱输入信号的能力。
想要降低噪声系数，首先要全面地了解元器件、子系统和测试装置的不确定度。
这些未知因素的量化分析，必须依赖能够提供精确、可靠结果的灵活型工具。
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本选型指南的第 3 页到第 9 页简要介绍了噪声系数的基本知识。
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如欲了解更多信息，请访问/find/noisefigure噪声系数概述噪声系数作为接收机表征的关键参数之一，主要表征接收机及其更低级别组成元件在有热噪声存在的情况下处理微弱信号的能力。
例如，在测量低噪声放大器（LNA）时，噪声系数描述的是由于 LNA 中的有源器件在内部产生噪声而导致的信噪比下降。
噪声的精确测量对于产品的设计和开发都非常关键。
高度精确的测量可以保证仿真结果与真实测量结果之间有更高的一致性，并有助于发现在仿真过程中没有考虑到的噪声来源。
低噪声放大器(LNA)仿真与设计ADS.ppt
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
（3）噪声系数 放大器的噪声系数是输入信号的信噪比与输出信 号的信噪比的比值，表示信号经过放大器后信号质量 的变坏程度。级联网络中，越靠前端的元件对整个噪 声系数的影响越大，在接收前端：必须做低噪声设计。 放大器的设计要远离不稳定区。噪声的好坏主要取决 于器件和电路设计。 （4）动态范围 放大器的线性工作范围。最小输入功率为接收灵 敏度，最大输入功率是引起1dB 压缩的功率。
与源阻抗无关，与负载阻抗有关 ; 资用功率增益：二端口网络输入资用功率与输出资用功率之比，源 端和负载端均共扼匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗无关。它表示放 大器增益的最大潜力; 转换功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端的资用功率之比， 与两端阻抗都有关。
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三、低噪声放大器基础知识
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三、低噪声放大器基础知识
1.3 放大器常用元器件
1.两端负阻的二极管器件
变容二极管 ：参量放大
隧道二极管：隧道效应 耿氏二极管：转移电子 碰撞雪崩渡越时间二极管：雪崩渡越时间 特点：应用于放大器电路的早期器件，制造比较容易、便宜，
但是两端口器件实现增益的相关电路价格确比较昂贵，且稳定 性较差，调试工作困难。
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一、电路噪声的定义与分析
1.2 噪声的分类
内部噪声，在没有施加外部电流的情况下所能够观察到的噪声： 电阻的热噪声 额外噪声，只有施加外部电流的情况下才能够观察到的噪声： 1/f噪声 散粒噪声 外部噪声， 环境噪声 外部电子干扰噪声
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一、电路噪声的定义与分析
1.3 热噪声的定义
导体中的噪声功率表示为： P k T f k T B （1） n 其中K为波尔兹曼常数，T是绝对温度用K表示，
lna 指标
LNA（低噪声放大器）的主要指标有：
1. 噪声系数（NF）：这是LNA的一个关键指标，它表示输入信号和放大器输出信号之间的信噪比（SNR）降低的程度。
2. 增益（Gain）：LNA的主要功能之一是放大信号，因此增益是评估其性能的重要指标。
3. 线性性能（Linearity）：该指标衡量放大器在放大信号时的非线性程度。
三阶交调点和1dB压缩点是评估线性性能的重要参数。
4. 输入输出阻抗匹配程度（Input and Output Impedance Matching）：阻抗匹配的好坏直接影响信号的传输效率。
5. 反向隔离（Reverse Isolation）：这个指标衡量了LNA对反向信号的隔离能力。
这些指标会根据应用需求和电路设计而变化。
例如，射频LNA 和微波LNA的主要工作频率不同，前者主要在MHz级别，后者主要在GHz级别。
此外，LNA还有共基极、共源极和共栅极三种工作模式，具体选择哪种工作模式取决于具体的应用需求和电路设计。
以上内容仅供参考，建议咨询专业人士获取更准确的信息。
正确选择低噪声放大器(LNA)
正确选择低噪声放大器(LNA)该应用笔记检验了影响放大器噪声的关键参数，说明不同放大器设计(双极型、JFET输入或CMOS输入设计)对噪声的影响。
本文还阐述了如何选择一款适合低频模拟应用(如数据转换器缓冲、应变仪信号放大和麦克风前置放大器)的低噪声放大器。
基于CMOS输入放大器，MAX4475，举例说明多数低频模拟应用中这种新型CMOS放大器的设计优势。
目前，有关低噪声放大器的讨论常常关注于RF/无线应用，但实际应用中，噪声对于低频模拟产品(如数据转换器缓冲、应变仪信号放大和麦克风前置放大器)也有很大影响，是一项重要的考虑因素。
为了选择一款合适的放大器，设计工程师必须首先了解放大器是否拥有低噪声特性和相关的噪声参数。
另外，还要了解不同类型放大器(双极型、JFET输入或CMOS输入)的噪声参数差异。
噪声参数尽管影响放大器噪声性能的参数有很多，但最重要的两个参数是：电压噪声和电流噪声。
电压噪声是指在没有它噪声干扰的情况下，放大器输入短路时出现在输入端的电压波动。
电流噪声是指在没有其它噪声干扰的情况下，放大器输入开路时出现在输入端的电流波动。
描述放大器噪声的典型指标是噪声密度，也称作点噪声。
电压噪声密度单位为nV/√Hz，电流噪声密度通常表示为pA/√Hz。
在低噪声放大器数据资料中可以找到这些参数，而且，一般给出两种频率下的数值：一个是低于200Hz的闪烁噪声；另一个是在1kHz通带内的噪声。
简单起见，这些测量值以放大器输入端为参考，不需要考虑放大器增益。
图1所示为电压噪声密度与频率的对应关系曲线。
噪声曲线与两个主要的噪声成份有关：闪烁噪声和散粒噪声。
闪烁噪声是所有线性器件固有的随机噪声，也称作1/f 噪声，因为噪声振幅与频率成反比。
闪烁噪声通常是频率低于200Hz时的主要噪声源，如图1所示。
1/f角频率是指噪声大小基本相同、不受频率变化影响的起始频率。
散粒噪声是流过正向偏置pn结的电流波动所造成的白噪声，也出现在该频段。
lna设计实例
以下是一个LNA（低噪声放大器）设计实例：
1. 确定设计要求：首先，确定LNA的设计要求，包括增益、噪声系数、稳定性、线性度等参数。
2. 选择合适的工艺和器件：根据设计要求，选择合适的工艺和器件。
例如，可以选择CMOS工艺或GaAs工艺，以及相应的晶体管器件。
3. 确定电路结构：根据设计要求和选择的工艺和器件，确定LNA的电路结构。
一般来说，LNA可以采用共源共栅结构或分布式结构等。
4. 进行阻抗匹配：在进行LNA设计时，需要进行阻抗匹配以减小反射和失配损耗。
可以使用Smith圆图或其他工具进行阻抗匹配。
5. 进行噪声和增益优化：在完成阻抗匹配后，需要进行噪声和增益优化。
可以通过调整电路参数、选择合适的器件、优化电源电压等方式来优化噪声和增益。
6. 进行稳定性分析：在进行LNA设计时，需要进行稳定性分析以避免振荡。
可以通过计算稳定性系数、观察仿真结果等方式进行稳定性分析。
7. 进行版图设计：在完成上述步骤后，可以进行版图设计。
可以使用专业软件进行版图设计，包括电路图绘制、元件封装、布线等。
8. 进行测试和验证：完成版图设计后，需要进行测试和验证以验证设计的正确性和性能。
可以使用测试设备进行测试，并记录测试结果进行分析和改进。
需要注意的是，LNA设计是一个复杂的过程，需要综合考虑多个因素。
因此，在进行LNA设计时，建议参考相关文献、资料和经验，并进行多次仿真和测试以验证设计的正确性和性能。
基于网络分析仪提高低噪声放大器的测量精度
、 。 由上 式 可见 ，在 各 种 特 定 （ 带 差 模 型 见 图 ｌ 图２
宽 、 解 调 ＳＮ巳 定 ） 的 无 线 通 讯 系 统 ／
以上 ｌ 项 系 统 误 差 ，通 过 双 端 口 ２
号 理 论 上 都 可 以经 过 Ｌ ＮＡ放 大 后 被 中，能有效提高灵敏 度的关键 因素就 校 准 可 以获 得 。 校 准 后 ，对 被 测 件进 行 测量 ， 测 量 过 程 得 到 四 个 测 量 Ｓ 参 Ｆ 检 测 到 ，因 此 检 测 能 力取 决 于 信 号 噪 是 降 低 接 收 机 的噪 声 系数 Ｎ ， 而 决 定 ¨， 所 声 比 ； 高 的 增 益 ，具 有 较 好 平 坦 度 的 接 收 机 的 噪 声 系数 的关 键 部 件 就 是处 数 Ｓ ｍＳ Ｓ 和Ｓ 。基 于 图３ 示 的 ２ 高 增 益 不 仅 可 以有 效 地 放 大 信 号 ，而 于 接 收 机 最 前端 的Ｌ ＮＡ，所 以如 何 精 四 个 双 端 口误 差 修 正 公 式 ，消 除 ｌ项 且 可 以 减 小 下 级 噪 声 的影 响 ；大 的 动 准 的 测量 Ｌ ＮＡ的各 种 指 标 参 数 是 尤 为 系 统 误 差 ，最 终 计 算 出实 际 需 要 的被 态范 围 ，以 给 输 入 信 号 一 个 变 化 的 范 重要 的 。
低噪声放大器 的特点和
应 用
Ｌ ＮＡ主 要 用 于微 弱 信 号 的 放 大 ，
分大 一 析器 一 仪 的 提 测 高 量 精 瞳 恫
度
络放 一
校准原理
校 统 中 存 储 的 校 准 件 参 数 数 据 进 行 比
放大天线从空 中接收到的微弱信号 ，
降 低 噪 声 干 扰 ， 以 供 系 统 解 调 出 所 度的计算公 式如下 ：
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低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）是无线通信系统中重要的组成部分，其性能直接影响到系统的噪声性能。
噪声系数（Noise Figure）是评估一个LNA性能的重要指标，它描述了LNA输出信号与输入信号的比值之间的信噪比关系。
因此，LNA噪声系数测试技术的研究对于LNA设计和无线通信系统性能的提升都具有重要意义。
LNA噪声系数测试技术主要包括两个方面：噪声源的建立和噪声系数测量方法。
首先，关于噪声源的建立，良好的噪声源是进行LNA噪声系数测试的基础。
目前常用的噪声源包括热噪声源和微波二极管噪声源。
热噪声源的特点是噪声系数稳定、频率范围广，但信号强度低；而微波二极管噪声源具有较高的信号强度，但噪声系数相对较高。
根据实际需要，可以选择适合的噪声源。
其次，关于噪声系数测量方法，目前主要有两种方法：热噪声系数法和冷噪声系数法。
热噪声系数法是一种传统的测试方法，其基本原理是通过比较LNA输入和输出信号的噪声功率来计算噪声系数。
具体步骤如下：先测量噪声源的噪声功率Pn和信号功率Ps，再测量LNA输入和输出信号的功率Pin和Pout，即可计算噪声系数NF = (Pout - Pn) / (Pin - Pn)。
热噪声系数法测试简单易行，但受到了热噪声源的限制，无法适用于高频段的LNA测试。
冷噪声系数法是一种较新的测试方法，它通过在LNA输入端接入一个较低噪声温度的负载，使得输入端看起来呈现冷端特性，然后测量输出信
号的噪声功率。
冷噪声系数法可以有效解决热噪声源的问题，并且对高频段的LNA测试更加适用。
冷噪声系数法的具体步骤如下：先测量LNA输入和输出信号的功率Pin和Pout，在LNA输入端接入一个低噪声温度的负载，再次测量LNA输出信号的功率Pout'，即可计算噪声系数NF = (Pout' - Pout) / (Pin - Pout')。
除了传统的热噪声系数法和冷噪声系数法外，还有一些改进和发展的技术。
例如，利用谐波平衡法可以减小测试中产生的系统误差；利用方差方法可以减小测试中的测量误差；利用矢量网络分析仪可以实现LNA噪声系数的在线测试等等。
这些技术可以提高测试精度和效率，对于特殊要求的LNA噪声系数测试具有一定的优势。
综上所述，LNA噪声系数测试技术的研究对于当前无线通信系统的发展具有重要意义。
通过选择合适的噪声源和采用合适的测试方法，可以有效地评估LNA的噪声性能，并为LNA设计和无线通信系统的性能提升提供重要参考。
随着新的测试技术的不断发展，LNA噪声系数测试技术必将得到更加完善和广泛应用。