噪声系数的测量方法研究
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。
噪声系数的原理和测试方法
噪声系数测试方法针对手机等接收机整机噪声系数测试问题，该文章提出两种简单实用的方法，并分别讨论其优缺点，一种方法是用单独频谱仪进行测试，精度较低；另一种方法是借助噪声测试仪的噪声源来测试，利用冷热负载测试噪声系数的原理，能够得到比较精确的测量结果。
图1是MAXIM公司TD-SCDMA手机射频单元参考设计的接收电路，该通道电压增益大于100dB，与基带单元接口为模拟I/Q信号，我们需要测量该通道的噪声系数。
采用现有的噪声测试仪表是HP8970B，该仪表所能测量的最低频率为10MHz，而TD-SCDMA基带I/Q信号最高有用频率成份为640KHz，显然该仪表不能满足我们的测量需求。
下面我们将介绍两种测试方案，并讨论其测试精度，最后给出实际测试数据以做对比。
图1：MAXIM公司TD-SCDMA手机射频接收电路。
利用频谱仪直接测试利用频谱仪直接测量噪声系数的仪器连接如图2所示，其中点频信号源用于整个通道增益的校准，衰减器有两个作用，一是起到改善前端匹配的作用；二是做通道增益校准使用，因接收机增益往往很高，大于100dB，而一些信号源不能输出非常弱的信号，配合该衰减器即能完成该功能。
测量步骤一：先利用信号源产生一个点频信号（一般我们感兴趣的是接收机小信号时的噪声系数，故此时点频信号电平应接近灵敏度电平），频点与本振信号错开一点，这样在基带I/Q端口可以得到一个点频信号，调节接收机通道增益使I/Q端点频信号幅度适中，测量接收机输入与输出端的点频信号大小可以求得这时的通道增益，记为G。
测量步骤二：接步骤一，关闭信号源，保持接收机所有设置不变，用频谱仪测量I/Q端口在刚才点频频点处的噪声功率谱密度，I端口记为Pncdensity(dBm/Hz), Q端口记为Pnsdensity(dBm/Hz)，则接收通道噪声系数有下式给出：上式中kb表示波尔兹曼常数，F是噪声系数真值，我们用NF表示噪声系数的对数值，NF＝10lg(F)， G表示整个通道增益，T1为当前热力学温度，T0等于290K。
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。
噪声系数和测量
290
(ENR F ) 1 ENR 1 F测 出 Y ，F 已 知
ENR就算出噪
2020
TH：噪声源 加电时的噪声
Y 1 E声N系R数F。
温度
F
F ENR Y 1
TN：LNA折 算到入口的噪 声温度
04
2022
Y=N2/N1
未加电 ： N1=GKT0B+Na
加电： N2=GTHNaKB+Na
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
图5-3噪声系数测试仪测试噪声系数
非变频器件
• 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
NFA
NFA
校准
测试
01 HP346A 03 校准 05 本振 07 测试
汇报人姓名 202X年12月20日
LNA产生的附加噪声很低
LNA
NF
噪声系数NF：
接收机
01
NIN
02
单击添加内容文本
单击添加内容文本
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
灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/N C/N=(Eb/N0)+10logRb-10logBWn
Nin NOUT KT f K：0波耳兹
有耗网络的噪 声系数
S S L：传输线
i 损耗
i
曼常数 1.38×102
NFL
Ni Sout
KT0f (Si ) 1
3焦耳
/ K. HLz
低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究
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）是一种用于增加输入信号的幅度而几乎不引入额外噪声的放大器。
在无线通信系统中，LNA被广泛使用于接收信号链路中，扮演着信号前端放大器的角色。
因此，准确评估LNA的噪声性能至关重要。
本文将介绍LNA噪声系数测试技术的研究。
首先，我们需要了解噪声系数（Noise Figure，NF）的概念。
噪声系数是评估放大器如何将噪声引入到输出信号中的指标。
它衡量了LNA引入的噪声相对于输入信号的强度。
NF的单位是dB，值越小表示LNA引入的噪声越少。
为了测试LNA的噪声系数，我们需要使用两种基本方法：热噪声法和恒压降噪声法。
热噪声法是通过将LNA输入端短路，并测量输出端的噪声功率来评估噪声系数。
此时，LNA输入端相当于接收到一个噪声功率等于室温KTB的等效噪声电源。
K是玻尔兹曼常数，T是温度，B是系统带宽。
通过测量输出端的噪声功率和输入端的噪声电源功率，可以计算出噪声系数的值。
恒压降噪声法是通过在待测LNA输入端接入一个可变噪声源，并逐渐将其噪声功率降低到一个非常小的水平，同时测量输出端的噪声功率。
通过测量不同噪声功率下的输出噪声功率以及输入噪声功率的比值，可以得到噪声系数。
除了上述两种基本方法，还有一些扩展技术可以提高噪声系数测试的准确性，例如冷电流抵消技术、矩阵法、外差法等。
这些技术可以在一定程度上消除测试中的系统误差，提高测试结果的可靠性。
为了实现LNA噪声系数的精确测试，还需要注意以下几点：首先，要选择合适的测试仪器。
噪声系数测试仪器应具备宽频带、低噪声、高灵敏度等特点。
矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer，VNA）通常被广泛应用于LNA的噪声系数测试。
其次，要定制合适的测试夹具。
测试夹具应该具备低插入损耗、高隔离度和低噪声等特点，以保证测试结果的准确性。
最后，要注意测试环境的控制。
低噪声放大器LNA噪声系数测试技术研究
增刊 １
陈 广聪 等 ：低 噪 声 放 大器 Ｌ Ｎ Ａ 噪 声 系 数 测 试 技 术研 究
低 噪声放 大 器 的噪声 系数 是 非常 重要 的
本文 将对 噪声 系 数 的基本 概 念进 行介 绍
为 了选择 适 当 的仪表 来满 足测 量噪 声 系数 的要 求 ．有 必要首 先 了解 一些 测试 噪声 系数 的基 本原 理
较好 。
大 器 中过 高 的噪声 会 降低 邻道 接 收质 量 ．也就 是达
不 到 规章 对 干扰 的要 求 多年 以前 ．射 频 和微 波行 业 就建立 了一个 被称 为噪 声 系数 的参数 ．以定 量元 件 或 系统 给通过 它 的 信 号 增 加 了多 少 噪声 。 噪声 因 数 Ｆ （ Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ） 最 基 本 的定 义 是 哈 罗 德 ． 傅睿思在 ２ Ｏ世 纪 ４ ０年代 提 出来 的 ．他 把二 端 口网络 的噪声 因数 定 义为 输入 端 的信噪 比与输 出端 信 噪 比的 比值 嘲：
Y系数法的噪声系数测试
噪声系数的测量_DUT 测试
校准完成后， 按下面右图连接噪声源和DUT, 然后按RUN CONT 键, 最后按 Trace 键。
噪声系数的测量_DUT 测试
选择 List，测试的噪声系数，噪声温度及增益显示如下。
噪声系数的测量的不确定度
•ENR不确定度 •频谱仪噪底的不确定度 •环境温度的影响 •外部干扰信号 •失配误差 •……
Y系数法的噪声系 数测试
目录
1、噪声系数测量基本概念 2、噪声系数测试原理 3、噪声系数测试方法 （R&S FSV) 4、 噪声系数测量的不确定度
噪声系数基本概念
噪声系数基本概念
噪声系数基本概念_器件噪声
噪声系数基本概念_噪声系数
噪声系数基本概念_噪声温度
噪声系数测量基本概念_超噪比
噪声系数测量原理
噪声系数的测量的误差源_环境温度
数测量原理
噪声系数的测量步骤
第三步的手动计算记标繁琐， 可通过R&S的NF测试选件自动计算完成。
噪声系数的测量_校准
按下面右图连接好噪声源， 然后按Mode 键 并选择 Noise Figure 测试选件。
噪声系数的测量_校准
依次点击 Frequency setting, ENR setting, Loss setting ( measure setting和 display setting 用默认设置即可）， 完成相关的设置后， 然后点击cal. 不同频点的ENR的值在噪声源上可以找到。
甚低频低噪声放大器噪声系数测量-
甚低频低噪声放大器噪声系数测量-一、引言1.1 研究背景1.2 研究目的1.3 研究意义二、低频低噪声放大器的噪声系数2.1 噪声的概念2.2 噪声的分析2.3 噪声系数的定义与测量方法三、测量系统的设计3.1 测量系统概述3.2 噪声测量仪器的选择3.3 测量电路的设计四、实验与结果分析4.1 实验方案设计4.2 实验数据处理与分析4.3 结果讨论五、结论和展望5.1 结论总结5.2 展望研究方向参考文献一、引言1.1 研究背景在电子行业中，低频低噪声放大器是十分重要的一类电路。
它们广泛应用于高灵敏度的测量、感应、放大等方面，如传感器、音频系统、医疗设备等领域中。
噪声系数是评估低噪声设备性能的重要指标之一，它描述了器件在信号处理过程中产生的电磁干扰对信号的影响程度。
因此，研究低频低噪声放大器的噪声系数测量方法具有重要的理论意义和实际应用价值。
1.2 研究目的本次研究旨在探究低频低噪声放大器的噪声系数测量方法，建立一套系统化的测量系统，能够准确、可靠地测量低频低噪声放大器的噪声系数。
同时还要探讨如何降低噪声系数，提高放大器的信噪比，进一步提高器件性能。
1.3 研究意义在实际应用中，低频低噪声放大器的噪声系数是十分重要的指标。
它对于电子仪器的性能和精度提高有着决定性的影响。
因此，研究设计低噪声、高性能的低频低噪声放大器对于提高电子仪器性能的发展有着十分积极的推动作用。
本文在探究低频低噪声放大器的噪声系数测量方法及其影响因素的基础上，降低噪声系数，优化性能的方法，为低频低噪声放大器的研究和应用提供了理论和实践基础。
二、低频低噪声放大器的噪声系数2.1 噪声的概念噪声是一个随机的信号，对于元器件来说，噪声通常指的是其输出信号中包含的随机成分，与输入信号无关。
这种随机性来源于器件内部运动的不规则性以及分布不均衡等因素。
噪声被分为多种类型，其中最常用的指标是均方根 (root mean square, RMS) 值。
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。
噪声测量三种方法
噪声系数测量的三种方法本文介绍了测量噪声系数的三种方法：增益法、Y系数法和噪声系数测试仪法。
这三种方法的比较以表格的形式给出。
前言在无线通信系统中，噪声系数(NF)或者相对应的噪声因数(F)定义了噪声性能和对接收机灵敏度的贡献。
本篇应用笔记详细阐述这个重要的参数及其不同的测量方法。
噪声指数和噪声系数噪声系数有时也指噪声因数(F)。
两者简单的关系为：NF = 10 * log10 (F)定义噪声系数(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：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。
下表为典型的射频系统噪声系数：Category MAXIMProductsNoiseFigure*ApplicationsOperatingFrequencySystemGainLNA MAX2640 0.9dB Cellular, ISM 400MHz ~1500MHz15.1dBLNA MAX2645 HG: 2.3dB WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz HG: 14.4dB LG: 15.5dB WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz LG: -9.7dBMixer MAX2684 13.6dB LMDS, WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz 1dB Mixer MAX9982 12dB Cellular, GSM 825MHz ~ 915MHz 2.0dB ReceiverSystemMAX2700 3.5dB ~ 19dB PCS, WLL 1.8GHz ~ 2.5GHz <80dBReceiver System MAX210511.5dB~15.7dBDBS, DVB950MHz ~2150MHz<60dB*HG=高增益模式，LG=低增益模式噪声系数的测量方法随应用的不同而不同。
从上表可看出，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)。
噪声系数的测量方法研究
0引言噪声系数是微波电子设备在研制与生产过程中的一项重要测量参数，表征接收机及其组件在有热噪声时处理微弱信号的能力的一个关键参数，噪声系数的计量测试更是噪声计量测试的重要内容。
某个线性两端口网络确定输入端和输出端，当输入端的源阻抗处于290K(室温)时，我们可以将噪声因子(F)定义为：网络输入端信号噪声功率比与其输出端信号噪声功率比的比值。
F=S i /N i S o /N o =S i /N i S i G (N i G+N a )=N i G+N a N i G =N oN i G(1)式(1)中，S i 是输入信号功率，S o 是输出信号功率，N i是输入端噪声功率，N o 是输出端噪声功率，G 是网络增益，N a 是网络本身的噪声功率。
式(1)表示了由于网络噪声，使网络输入端的信噪比经传输后恶化的倍数，即网络对输出端总噪声功率贡献的大小。
将噪声系数(NF)定义为噪声因子的对数表达形式：NF =10log 10F(2)找到可重复的且高精度的噪声系数测量方法非常重要，本文主要讨论其中三种方法：噪声测试仪法、增益法、以及Y 系数法，并用实验验证Y 系数法的准确度。
1噪声测试仪法测量噪声系数最直接的方法是噪声测试仪法，多数情况下也是最准确的。
噪声测试仪能够同时显示噪声系数和增益。
其测试原理图如图1所示。
作者简介院李家怡(1985-)，女，硕士研究生，工程师，主要研究方向为噪声系数仪计量技术；匡环(1986-)，男，硕士研究生，工程师，主要研究方向为噪声系数仪计量技术。
噪声系数的测量方法研究A Study on Measuring Methods of Noise Factor李家怡,匡环,孟春蕾（中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047）Li Jia-yi,Kuang Huan,Meng Chun-lei (The 27th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Henan Zhengzhou 450047）摘要：噪声系数是评估电子设备的重要指标之一，噪声系数的高低决定了接收机的性能。
噪声系数测量方法
噪声系数测量的三种方法摘要：本文介绍了测量噪声系数的三种方法：增益法、Y系数法和噪声系数测试仪法。
这三种方法的比较以表格的形式给出。
前言在无线通信系统中，噪声系数(NF)或者相对应的噪声因数(F)定义了噪声性能和对接收机灵敏度的贡献。
本篇应用笔记详细阐述这个重要的参数及其不同的测量方法。
噪声指数和噪声系数噪声系数(NF)有时也指噪声因数(F)。
两者简单的关系为：NF = 10 * log10 (F)定义噪声系数(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：式1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。
下表为典型的射频系统噪声系数：Category MAXIMProductsNoise Figure*Applications Operating Frequency System GainLNA MAX2640Cellular, ISM400MHz ~ 1500MHzLNA MAX2645HG: WLL~ HG: LG: WLL~ LG:Mixer MAX2684LMDS, WLL~ 1dBMixer MAX998212dB Cellular, GSM825MHz ~ 915MHzReceiverSystemMAX2700~ 19dB PCS, WLL~ < 80dB* HG = 高增益模式，LG = 低增益模式噪声系数的测量方法随应用的不同而不同。
从上表可看出，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。
本文中将讨论噪声系数测试仪法和其他两个方法：增益法和Y系数法。
使用噪声系数测试仪噪声系数测试/分析仪在图1种给出。
图1.噪声系数测试仪，如Agilent的N8973A噪声系数分析仪，产生28VDC脉冲信号驱动噪声源(HP346A/B)，该噪声源产生噪声驱动待测器件(DUT)。
噪声系数测量的三种方法
噪声系数测量的三种方法噪声系数是指在电子设备或电路中测量的信号质量衰减与理想条件下信号质量衰减之间的比值。
噪声系数越低，表示设备或电路产生的噪声越少，信号质量损失越小。
噪声系数的测量对于评估设备性能和优化电路设计至关重要。
下面介绍三种常用的测量噪声系数的方法。
1. 热噪声法（Hot Noise）热噪声法是一种直接测量噪声系数的方法，常用于微波器件和射频（RF）电路的噪声性能测量。
该方法的基本原理是通过在待测器件或电路输入端引入一个加热元件，使其在高温状态下工作，将加热元件所产生的热噪声和待测器件的输出噪声进行对比测量。
具体步骤如下：-在待测器件或电路的输入端插入一个短截线，将其与噪声发生器连接。
-在待测器件的输出端接上一个噪声功率测量装置。
-通过调节噪声发生器的输出功率，使得待测器件的输出功率与加热元件产生的热噪声功率相等。
-测量并记录加热元件的功率和待测器件的输出功率。
通过以上步骤可以得到待测器件的热噪声功率和输出功率，从而计算出噪声系数。
2. 对比法（Noise Figure Meter）对比法是一种间接测量噪声系数的方法，适用于比较不同器件或电路的噪声性能。
该方法通过测量两个不同器件或电路的输出噪声功率和输入信号功率的比值，进而计算出噪声系数。
具体步骤如下：-将待测器件和参考器件分别与噪声源相连。
-将两个器件的输出端与噪声功率测量装置相连。
-分别测量并记录待测器件和参考器件的输出噪声功率和输入信号功率。
通过以上步骤可以得到待测器件和参考器件的输出噪声功率和输入信号功率，从而计算出噪声系数。
3. 增益-噪声法（Gain-Noise Method）增益-噪声法是一种常用的测量噪声系数的方法，适用于放大器和无源器件的噪声性能测量。
该方法通过测量待测器件的增益和噪声指标，进而计算出噪声系数。
具体步骤如下：-将待测器件的输入端与信号源相连，输出端与噪声功率测量装置相连。
-测量并记录待测器件的输出噪声功率和输入信号功率。
噪声系数测量的三种方法
噪声系数测量的三种方法于上面的式子。
根据噪声系数定义，F=Tn/290+1，F是噪声因数(NF=10*log(F))，因而，Y=ENR/F+1。
在这个公式中，所有变量均是线性关系，从这个式子可得到上面的噪声系数公式。
我们再次使用MAX2700作为例子演示如何使用Y因数法测量噪声系数。
装置图见图3。
连接HP346A ENR到RF的输入。
连接28V直流电压到噪声源头。
我们可以在频谱仪上监视输出噪声功率谱密度。
开/关直流电源，噪声谱密度从-90dBm/Hz变到-87dBm/Hz。
所以Y=3dB。
为了获得稳定和准确的噪声功率谱密度读数，RBW/VBW设置为0.3。
从表2得到，在2GHz时ENR=5.28dB，因而我们可以计算NF的值为5.3dB。
总结在本篇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。
Suitable ApplicationsAdvantageDisadvantageNoise Figure MeterSuper low NFConvenient, very accurate when measuring super low (0-2dB) NF.Expensive equipment, frequency range limitedGain MethodVery high Gain or very high NFEasy setup, very accurate at measuring very high NF, suitable for any frequency rangeLimited by Spectrum Analyzer noise floor. Can’t deal with systems with low gain and low NF.Y Factor MethodWide range of NFCan measure wide range of NF at any frequency regardless of gain When measuring Very high NF, error could be large tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
噪声系数的计算及测量方法（三）
噪声系数的计算及测量⽅法（三）下⾯我们将了解下三毫⽶单⽚集成电路的噪声系数测量3 mm由于其波长短，在军事应⽤中有许多优点，因此被⼴泛⽤于精确制导和点到点通信中。
作为各种军⽤电⼦装备其接收端的灵敏度是关键技术指标，⽽接收机灵敏度主要取决于接收机的噪声电平、因此，测量系统的噪声系数是评估电⼦装备系统的关键参数之⼀。
军事预研的3 mm 低噪声单⽚放⼤电路，需要测量其噪声系数。
建⽴3 mm噪声系数测量系统，研究其测量⽅法，实现准确测量是当务之急。
为此本⽂建⽴了92～97 GHz在⽚噪声系数测量系统。
1 噪声系数测量原理本⽂设计系统的原理框图如图1所⽰。
本⽂设计系统的原理框图公式式中：F为被测件的噪声因⼦(即噪声系数的线性表⽰);NF为被测件的噪声系数(即噪声系数的对数表⽰);Th为噪声源开态的噪声温度;Tc为噪声源关态的噪声温度(即室温);To=290 K为标准温度;公式为Y因⼦，噪声源开和关两种状态下被测件输出噪声功率之⽐;公式为噪声源的超噪⽐。
本⽂采⽤平衡混频器，把3 mm噪声信号下变频⾄噪声系数分析仪的频率范围内，采⽤Y因⼦法测量噪声系数。
2 系统设计⽅案2.1 系统构成本设计的系统框图和实物照⽚如图2和图3所⽰。
本设计的系统框图实物照⽚2.2 关键技术(1)加偏置的平衡混频器技术本⽂采⽤平衡混频器，⽤基波混频的⽅式，把3 mm噪声信号变成中频信号。
但⼀般的3 mm平衡混频器的变频损耗在10 dB左右，⽽且要求本振信号达到+13 dBm。
由于3 mm信号发⽣器的技术指标是输出⼤于+3 dBm，因此，很难使混频器正常⼯作，在这样的电平下，混频器的变频损耗增⼤了很多，将⼤于15 dB。
固态噪声源的ENR均⼩于15 dB，因此系统⽆法正常⼯作。
为此，考虑给混频器的本振端⽤直流信号加偏置，以减⼩对本振信号功率电平的要求。
解决了本振信号功率⼩，⽆法⼯作的难题。
同时，平衡混频器还具有端⼝隔离度好的优点，使本振相位噪声的影响也减⼩了。
噪声系数测量方法
噪声系数测量方法
噪声系数是衡量信号与噪声之间的关系的一个重要参数，对于电子设
备的设计和性能评估非常关键。
测量噪声系数的方法有很多种，下面将介
绍几种常用的测量方法。
1.前后噪声对比法：
这是一种最常见的测量噪声系数的方法。
该方法基于一个简单的原理：在测量系统的输入端加上一个噪声发生器，将测量系统的输出与加入噪声
的输入进行对比。
根据对比结果可以计算出噪声系数。
2.两温度法：
该方法基于系统的噪声和两个不同温度的噪声源之间的关系。
首先将
测量系统连接到一个标准噪声源，将噪声标准化到一个已知的温度（通常
为290K），得到一个已知噪声源的噪声系数。
然后将测量系统连接到一
个更热的噪声源（比如一个高温电阻器），再次测量噪声系数。
最终可以
通过这两个噪声系数的比值计算出测量系统的噪声系数。
3.热噪声法：
4.经验法：
这是一种基于经验公式或计算模型来估计噪声系数的方法。
该方法适
用于对于特定类型的电子设备，已经有了较为准确的计算模型，可以通过
模型计算出噪声系数。
需要注意的是，不同的测量方法适用于不同的噪声特性和测量对象。
在进行噪声系数测量时需要考虑设备的工作频率范围、输入输出阻抗匹配
等因素，并选择适当的测量方法。
同时，测量误差也是不可避免的，因此需要在测量过程中采取一些校准和补偿措施来提高测量精度。
噪声系数测量方法
噪声系数测量方法噪音系数（Noise Coefficient）是衡量噪声传输性能的一个参数，通常用来评估信号与噪声之间的比例。
在通信系统中，噪音系数是评估系统噪声引入程度的重要指标，一般用于评估接收端信噪比的好坏。
噪音系数的测量方法可以分为两类：直接测量法和间接测量法。
一、直接测量法1.热噪声法：该方法利用热噪声的大小与电阻的关系进行测量。
通过将输入电阻与输出电阻相等的简单电路（如电阻、电容、电容-电阻等组合）与待测系统串联，测量电路两端的噪声电压和电流。
根据热噪声计算公式和电路参数计算噪音系数。
2.互相关法：该方法利用信号与噪声的互相关进行测量。
首先，将一个固定频率的标准信号与待测噪声信号输入待测系统，通过互相关算法计算噪声信号与标准信号的相关系数。
根据相关系数与输入和输出信号的功率计算噪音系数。
3.声音法：该方法利用声音在传输过程中受到噪声的影响程度进行测量。
通过将声音传输系统与一个已知信号源相连，测量信号源与被测系统产生的声音之间的功率比值以及噪声功率，根据声音传输系统的增益和噪声功率计算噪音系数。
二、间接测量法1.带宽测量法：该方法利用系统的信号带宽和噪声带宽来计算噪音系数。
首先，通过测量信号源输入系统后输出的信号功率，再通过测量信号源在系统中的发射功率，以及测量系统的噪声功率和噪声带宽，计算系统的噪音系数。
2.信噪比测量法：该方法利用信号与噪声的信噪比进行测量。
首先，将待测系统与一个已知信号源相连，测量输入信号与输出信号的功率比值；然后，测量系统的噪声功率。
根据信号功率比值和噪声功率计算噪音系数。
3.互信息测量法：该方法利用信号与噪声之间的互信息进行测量。
通过测量输入信号和输出信号的互信息，以及测量系统的噪声功率，计算噪音系数。
以上是常用的噪音系数测量方法，每种方法都有其适用的场景和测量条件，在具体应用中需要根据实际情况选择合适的方法。
噪声系数的原理和测试方法
噪声系数的原理和测试方法噪声系数是指在信号传输或电路中，输入信号与输出信号之间的噪声功率比值。
在电子设备中，噪声是不可避免的，它会对信号质量和信息传输造成影响。
因此，通过衡量噪声系数可以评估电路或系统的噪声性能。
噪声系数与信噪比有密切关系，信噪比是信号与噪声功率之比。
噪声系数定义为系统输出信号的信噪比与输入信号的信噪比之比。
假设输入信噪比为SNR_in，输出信噪比为SNR_out，则噪声系数可以表示为：Noise Figure (NF) = 10 * log10 (SNR_out / SNR_in)一般来说，噪声系数越小越好，因为这意味着系统的噪声影响较小。
典型的噪声系数为1-10dB。
噪声系数测试方法：1.Y-法：该方法使用噪声源和两个输入阻抗相等的负载，在输入和输出之间测量电压和电流。
通过测量不同频率下输入和输出的电压和电流，可以计算噪声系数。
2.T-法：该方法使用一根传输线来连接两个负载。
在输入和输出之间测量噪声功率和信号功率，并通过计算噪声系数来评估系统的噪声性能。
3.电压比法：该方法使用两个电压噪声源，一个连接到输入端口，一个连接到输出端口。
通过测量输入和输出的电压噪声，并通过计算得出噪声系数。
4.天线法：该方法主要用于无线通信系统中。
通过将接收天线与信号源连接，测量天线输出端口的噪声功率和信号功率，并计算噪声系数。
无论使用哪种测试方法，都需要确保测试环境尽可能减少外界噪声的干扰，并使用高精度的测试仪器进行测量。
在实际应用中，噪声系数的测试常常是对整个系统的测量。
在设计电路或系统时，可以选择低噪声元件、减少电路增益以降低噪声等措施来改善系统的噪声性能。
总之，噪声系数是衡量电路或系统噪声性能的重要参数。
通过使用合适的测试方法，可以准确测量和评估系统的噪声系数，进而进行噪声优化和性能改进。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
噪声系数的测量方法研究
作者：伍爽刘宇红
来源：《电脑知识与技术》2013年第31期
摘要：该文介绍了三种测量噪声系数的方法：增益法，Y因子法和冷源法。
重点介绍了当我们做精确测量时Y因子法的不足和冷源法的突破以及给出了这两种方法的实际测试例子。
关键词：噪声系数测试；增益法；Y因子法；冷源法
中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）31-7125-05
1 概述
随着雷达、卫星通信及无线通信技术的快速发展，器件的噪声对接收通道的影响越来越倍受产品研发人员的关注。
任何有源器件都会引入额外的噪声，从而降低系统的性能。
我们非常希望能降低和衡量噪声，而噪声系数是最常用的衡量系统噪声的值。
因此精确的测试噪声系数非常重要。
2 噪声系数的测量方法
2.1.2 增益法局限
增益法是使用较广，相对成本较低的方法。
使用信号源与频谱分析仪即可测量。
测量的最大的局限性来自频谱分析仪的噪声基底。
因为低增益、小噪声系数的被测件，其输出端的Pout（dBm/Hz）会很小，低于通常的频谱分析仪的噪底-145dBm/Hz，信号会淹没在噪声中，导致无法测量。
基本上要使用增益法准确测量噪声系数，就要满足待测系统的输出噪声密度要比频谱仪的底噪高20dB以上。
增益法只用于高增益，大噪声系数的测试。
同时频谱分析仪测试增益，真值和测试值也有一定的误差。
这是因为热噪声功率[F=KTB]中，实际的等效噪声带宽和频谱仪测试时使用的信号带宽是有偏差的。
有些频谱仪给出的修正，而有些频谱仪没有。
如HP公司的频谱仪使用频谱仪的分辨带宽乘上1.2来计算，除此之外还要加上2.5dB修正。
2.1.3 增益法可行性分析
2.2 Y因子法
2.2.1 Y因子法概念
Y因子法也称冷/热态噪声源法。
如图2所示，噪声源连接到被测放大器的输入端，放大器的输出端连接噪声接收机。
噪声源有2种状态：一种是噪声源打开时的“热态”，噪声源产生超过负载在室温环境下所产生的噪声的电噪声加到被测件（这个电噪声的量被称为超噪比）；另一种是噪声源关闭时的“冷态”，相当于一个常温的“冷源”阻抗连接到被测件的输入端。
噪声接收机分别在两种状态下测量相应的噪声功率（它们的比值[N热态N冷态]就被称为Y因子），从而可以计算出被测放大器的噪声系数。
然而，Y因子法测试时有三个限制：
1）噪声源与被测器件必须有良好的50 Ω 的匹配
在实际的测试中，因为器材所限或者要同时测量其他很多参数，都无法将噪声源和被测器件的输入端口直接相连接。
在这些情况中，测试配置中所用到的附加的电缆、适配器、开关、测试夹具、探头等都无法达到良好的50 Ω匹配，都会引入额外的损耗和反射，这些就使测量系统实际的源匹配性能变差。
如果出现了失配，从噪声源输出的噪声能量将不会被全部传输，这将引起实际增益测量的误差，进而影响整个测量的精确性。
2）噪声源的输出匹配在冷热两种状态下是不变的
实际情况则是有一些变化存在，因为噪声二极管的阻抗值在其有偏置电压和无偏置电压的条件下是不一样的。
对于超噪比大并且在二极管和输出连接器之间的衰减比较小的噪声源中，这种冷热状态的变化导致的阻抗变化会非常明显。
3）测量仪表的噪声测量接收机的噪声系数无论是与噪声源连接时还是与被测器件连接时都是一样的，即便是这两种不同的器件与接收机相连接时所呈现的源阻抗有所不同。
不过实际情况是噪声测量接收机的噪声参数将确定其噪声系数是随源阻抗的变化而变化的，这意味着第二级噪声校准应该根据被测器件的 S22 的值进行调整。
2.3 冷源法
2.3.1 冷源法概念
2.3.2冷源法校准和测量
和使用 Y 因子法测量噪声系数的方法一样，冷源法也需要一个校准步骤来表征仪表内噪声测量接收机的噪声系数和增益。
这一步骤也需要一个噪声源来完成；或者也可以使用一个功率计做扫频测量来获得接收机的有效噪声带宽。
正式测量的时候不需要功率计和噪声源。
使用矢量网络分析仪测量被测器件的增益时可以使用矢量误差校准，这样得到的增益的测量结果会比用 Y 因子法测量得到的结果更精确。
矢量校准需要对被测器件的四个 S 参数都进行测量，这需要网络仪做正向和反向两次扫描测量。
功率值也可通过网络仪测得，通过增益值和功率值就可以算出噪声系数。
2.3.3冷源法的关键技术
冷源法的一大突破就是对非50 Ω环境下噪声系数测试的修正，传统的噪声系数测量都是在50 Ω的环境下测试的。
但是实际上50 Ω的理想环境并不容易实现。
并且一个器件的噪声系数会随着呈现在被测器件输入端的源阻抗的变化而改变，而噪声参数就是反应这个变化的值。
噪声参数的测量如图5所示，在这个史密斯图中心位置上的小方块是我们希望对被测器件的噪声系数进行测量的地方，这里对应的是非常理想的50 Ω 源阻抗。
不过，测量系统往往不能够提供理想的50 Ω 的匹配。
因此，我们特意使用一组非50 Ω 的阻抗值（我们知道这些阻抗的精确值）来测量噪声系数。
4 具体测试举例
4.1 低噪声放大器的测试
在这个例子中我们是把噪声源直接与被测放大器进行连接，可以看出使用冷源法进行测量得到的不确定性也要比使用Y因子法和增益法测量的不确定性明显地小（冷源法测量结果的不确定性为0.2dB，Y因子法为0.5dB，增益法为0.75dB）。
4.2 半导体裸片上的低噪声放大器的测试
图7是对半导体裸片上当低噪声放大器还没有被封装时进行测量的结果进行不确定性分析的例子（所用低噪声放大器指标同上例）。
在这种测量应用中噪声源是无法直接与被测放大器进行连接的，必须得用测量电缆和探针与半导体裸片上的器件进行连接。
从图中可以看到，用冷源法进行测量的结果的不确定性会因为探针的损耗而有所增加，当测量频率超过 24 GHz 的时候，这种不确定性的增加比较明显。
但是，与使用 Y 因子法和增益法进行测量的不确定相比，冷源法测量结果中的不确定性还是很小的。
同时，对比图6和图7可以发现，同样的放大器与噪声源直接相连与否将明显影响到Y因子法测试的不确定度（直接相连时测量不确定度为0.5dB，通过探针相连时不确定度为
0.75dB）。
5 结束语
在本篇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。
参考文献：
[1] 唐宗魁.噪声系数测量方法[J].科技信息，2008（19）.
[2] 宋青娥.一种减小噪声系数测量不确定度的方法[J].国外电子测量技术，2008，27（7）.
[3] 熊邦宏.基于噪声系数的Y因数法测量探讨[J].电子质量2012（3）.
[4] 解冰，董磊.噪声系数的三种测量方法及对比[J].黑龙江科技信息，2008（10）.
[5] 王瑛，朱祥维，王飞雪.一种新的噪声系数测量方法[J].电子学报，2005，33（6）.
[6] 安捷伦科技有限公司. Noise Figure Measurement Accuracy-The Y-Factor Method.
[7] 安捷伦科技有限公司. 使用PNA-X系列矢量网络分析仪精确地测量噪声系数.。