噪聲系數(shù)測(cè)量的三種典型方法
1引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/272137.htm噪聲系數(shù)是微波產(chǎn)品研制和生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)主要測(cè)量參數(shù),是表征接收機(jī)及其組成部件在有熱噪聲存在的情況下處理微弱信號(hào)能力的關(guān)鍵參數(shù)之一,噪聲系數(shù)的計(jì)量測(cè)試更是噪聲計(jì)量測(cè)試的重要內(nèi)容。
在工程上定義噪聲因子(F)為若線性兩端口網(wǎng)絡(luò)具有確定的輸入端和輸出端,且輸入端源阻抗處于290.K(室溫)時(shí),網(wǎng)絡(luò)輸入端信號(hào)噪聲功率比與網(wǎng)絡(luò)輸出端信號(hào)噪聲功率比的比值。
其中,Si為輸入信號(hào)功率,Ni為輸入噪聲功率,So為輸出信號(hào)功率,No為輸出噪聲功率,G為兩端口網(wǎng)絡(luò)增益,Na為兩端口網(wǎng)絡(luò)本身的噪聲功率。
它明確地表明了由于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生噪聲,使網(wǎng)絡(luò)輸入端信噪比經(jīng)過(guò)該網(wǎng)絡(luò)傳輸后信噪比惡化的倍數(shù),也就是傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)其輸出端總噪聲功率貢獻(xiàn)的大小。噪聲系數(shù)(NF)為噪聲因子的對(duì)數(shù)表達(dá)形式,定義如下:
可重復(fù)的、高精度的噪聲系數(shù)測(cè)量方法是非常重要的,本文討論其中三種典型方法:噪聲測(cè)試儀法、增益法和Y系數(shù)法,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Y系數(shù)法的準(zhǔn)確度。
2噪聲測(cè)試儀法
使用噪聲測(cè)試儀是測(cè)量噪聲系數(shù)最直接方法,在大多數(shù)情況下也是最準(zhǔn)確的。工程師可在特定的頻率范圍內(nèi)測(cè)量噪聲系數(shù)。噪聲測(cè)試儀能夠同時(shí)顯示增益和噪聲系數(shù)來(lái)幫助測(cè)量。噪聲測(cè)試儀的測(cè)試原理圖如圖1所示。
圖1噪聲測(cè)試儀法原理圖
噪聲測(cè)試儀測(cè)試噪聲系數(shù)的核心是Y系數(shù)法。首先,噪聲測(cè)試儀本身是一臺(tái)接收機(jī),可以用來(lái)測(cè)試輸人的噪聲功率;其次噪聲測(cè)試儀需要控制一個(gè)噪聲源的加電和不加電狀態(tài),對(duì)被測(cè)件(DUT)進(jìn)行測(cè)試。
噪聲系數(shù)測(cè)試儀,如AV3984噪聲系數(shù)分析儀,產(chǎn)生28VDC脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)噪聲源(AV16604),該噪聲源產(chǎn)生噪聲驅(qū)動(dòng)DUT.由于分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比,DUT的噪聲系數(shù)可以在內(nèi)部計(jì)算和在屏幕上顯示。
使用噪聲系數(shù)測(cè)試儀是測(cè)量噪聲系數(shù)的最直接方法。測(cè)量人員可在特定的頻率范圍內(nèi)測(cè)量噪聲系數(shù),通常噪聲分析儀在超低的噪聲測(cè)量中準(zhǔn)確度更高一些,當(dāng)測(cè)量很高的噪聲系數(shù)時(shí),測(cè)量結(jié)果會(huì)不準(zhǔn)確。
3增益法
目前噪聲系數(shù)的測(cè)量主要使用專用的噪聲系數(shù)測(cè)試儀,但當(dāng)不具備這種專用設(shè)備或者所要求測(cè)試頻率范圍不在其范圍時(shí),可以采用頻譜分析儀測(cè)量噪聲系數(shù),即增益法,該方法對(duì)于頻率在所用頻譜儀頻率范圍內(nèi)的被測(cè)件都能進(jìn)行測(cè)量。
基于噪聲系數(shù)的定義可以得到一個(gè)測(cè)量公式:
式(3)中,Pout是已測(cè)的噪聲功率譜密度,-174 dBm/Hz是290°K(室溫)時(shí)環(huán)境噪聲的功率譜密度,BW是感興趣的頻率帶寬,Gain是系統(tǒng)的增益。式(3)中每個(gè)變量均為對(duì)數(shù),為簡(jiǎn)化公式,我們可以直接測(cè)量輸出噪聲功率譜密度(dBm/Hz),這時(shí)式(3)變?yōu)椋?/p>
以接收機(jī)為例,測(cè)試原理如圖2所示。
圖2增益法測(cè)試框圖
用信號(hào)源和頻譜儀測(cè)量出接收機(jī)的增益(在接收機(jī)能夠接收的電平范圍都可以,如果感興趣的是接近接收機(jī)小信號(hào)時(shí)的噪聲系數(shù),可以選擇接近靈敏度電平,比如小于- 100 dBm的信號(hào)強(qiáng)度);為獲得穩(wěn)定和準(zhǔn)確的噪聲密度讀數(shù),選擇最優(yōu)的分辨帶寬(RBW)與視頻帶寬(VBW),使頻譜儀上的基底噪聲看起來(lái)比較干凈。視頻帶寬越小,頻譜儀上顯示的基底噪聲越小,Pout讀數(shù)越準(zhǔn)確。
只要頻譜分析儀允許,這種方法可以適用于任何頻率范圍。通常噪聲分析儀在超低的噪聲測(cè)量中準(zhǔn)確度更高一些。對(duì)于系統(tǒng)增益非常高、噪聲系數(shù)非常高的場(chǎng)合,這種方法也很準(zhǔn)確。最大的限制來(lái)自于頻譜儀的噪聲基底。
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