阵列接收噪声系数分析
TR组件
有源相控阵的天线设计的核心：T/R组件有源相控阵天线设计的核心是T/R组件。
T/R组件设计考虑的主要因素有：不同形式集成电路的个数，功率输出的高低，接收的噪声系数大小，幅度和相位控制的精度。
同时，辐射单元阵列形式的设计也至关重要。
1 芯片设计普遍的做法是将电路按功能进行了分类，然后放置于不同的芯片上，再通过混合的微电路进行连接，如图所示。
一个T/R模块的基本芯片设置包括了3个MMICs组件和1个数字大规模集成电路(VLSI)，如图所示。
•高功率放大器(MMIC)•低噪声放大器加保护电路(MMIC)•可调增益的放大器和可调移相器(MMIC)•数字控制电路(VLSI)大多数X波段及以上频段T/R组件都采用基于GaAs工艺的MMICs技术。
该技术有个缺点就是热传导系数极低，因此基于GaAs的电路需要进行散热设计。
未来T/R组件的发展方向是基于GaN和SiGe的设计工艺。
基于GaN的功率放大器可实现更高的峰值功率输出，从而提升雷达的灵敏度或探测距离，输出功率是基于GaAS工艺电路的5倍以上。
SiGe工艺虽然传输的功率不如GaAs，然而该材料成本较低，适用于未来低成本、低功率密度雷达系统的设计。
2 功率输出通常情况下，在给定阵列的口径后，雷达系统所需要的平均功率输出也基本确定了。
天线可实现的最大平均功率与每个TR组件的输出功率、T/R组件的个数、T/R组件的效率和散热等条件相关。
在高功率放大器设计时，需要的峰值功率是重要的指标，定义为平均功率除以最小的占空比。
雷达系统的峰值功率是由整个天线阵列实现的，也就是说当峰值功率确定后，所需要的最少T/R组件个数也随之确定。
雷达系统TR组件设计需要综合考虑天线口径、T/R模块的输出功率以及T/R组件布局等因素，如为了实现同样的雷达探测性能且T/R组件个数相同，对于4m2口径天线，假定每个T/R组件的输出功率为P，那么对于2m2口径天线，每个T/R组件的输出功率为2P，如图所示。
噪声系数测量的三种方法
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 MAXIM Products Noise Figure* Applications Operating Frequency System GainLNA MAX2640 0.9dB Cellular, ISM 400MHz ~ 1500MHz 15.1dBHG: 2.3dB WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz HG: 14.4dBLNA MAX2645LG: 15.5dB WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz LG: -9.7dBMixer MAX2684 13.6dB LMDS, WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz 1dBMixer MAX9982 12dB Cellular, GSM 825MHz ~ 915MHz 2.0dBReceiver System MAX2700 3.5dB ~ 19dB PCS, WLL 1.8GHz ~ 2.5GHz < 80dBReceiver System MAX2105 11.5dB ~15.7dB DBS, DVB 950MHz ~ 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)。
现代无线电接收机的系统噪声系数分析
关键词: noise factor, noise figure, noise-figure analysis, receivers,cascaded, Friis equation, direct conversion, zero-IF, low-IF, Y-factor,noise temperature, SSB, DSB, mixer as DUT, mixer noise figure, noisefolding, Boltzmann constant设计指南5594现代无线电接收机的系统噪声系数分析Charles Razzell, 执行总监© Apr 16, 2014, Maxim Integrated Products, Inc.摘要：噪声系数的一般概念很好理解，并被系统和电路设计人员广泛采用，尤其被产品定义和电路设计者用来表示噪声性能，以及预测接收系统的总体灵敏度。
引言当信号链中存在混频器时，噪声系数分析就会产生原理性问题。
所有实数混频器均折叠本振(LO)频率附近的RF频谱，产生输出，其中包括两个边带频率的叠加，合成公式为f OUT = |f RF - f LO|。
在外差式结构中，可能认为其中之一是杂散频率，而另一成分才是有用的，因此需要采用镜像抑制滤波或镜像消除方法来大幅消除这些响应中的一种响应。
在直接转换接收机中，情况则不同：两个边带(f RF = f LO 的上边带和下边带)均被转换并用于预期信号，所以其实是混频器的双边带应用。
业内经常使用的各种定义解释噪声折叠的不同程度。
例如，传统的单边带噪声系数F SSB，假设允许来自于两个边带的噪声折叠至输出信号，但只有一个边带对表示预期信号有用。
如果两处响应的转换增益相等，这就自然造成噪声系统增大3dB。
相反，双边带噪声系数假设混频器的两处响应包含有预期信号，则噪声折叠(以及对应的信号折叠)不影响噪声系数。
双边带噪声系数被应用于直接转换接收机以及射电天文接收机。
噪声系数分析仪知识
噪声系数分析仪知识一、概述（一）用途噪声系数分析仪是微波毫米波电子测量仪器六大重要门类之一，主要用于微波毫米波高灵敏度接收机系统、分系统、组件及低噪声放大器部件等噪声系数指标的精确测量，广泛应用于电子设备的研制、生产和维修等工作中，是发展低噪声电子元器件和低噪声接收机整机的必备仪器，还可以应用于微波通讯、卫星通讯、移动通信、广播电视、相阵控雷达、电子对抗等领域。
（二）分类与特点噪声系数分析仪类产品按结构形式可分为：分体式和智能一体化两大系列；按频率覆盖范围可分为射频噪声系数分析仪、微波噪声系数分析仪和毫米波噪声系数分析仪；按端口数量可分为单端口噪声系数分析仪和多端口噪声系数分析仪。
噪声系数分析仪类产品还包括微波毫米波同轴固态噪声源和微波毫米波噪声源定标系统等系列产品。
●分体式噪声系数测试仪的主要特点- 外配合成本振信号源，可实现微波毫米波噪声系数的自动、扫频测量；- 具有自测试、自诊断、自调整功能，自动频率校准；- 噪声系数测量的自动二级修正技术，可实现对低增益器件噪声系数精确测量；- 提供10种测量模式，可方便实现放大器及上、下变频器的噪声系数测量；- 具备GPIB接口，方便组建测试系统；- 具备SIB接口，用于在扩频测量模式下实现对本振的自动控制；- 本机开发冷/热负载测量法，可通过特殊功能进行手动测量。
●智能一体化噪声系数分析仪的主要特点- 系统配置简洁；- 用户界面灵活而直观；- 全彩LCD双通道显示噪声系数等相关参数和增益随频率的变换曲线；- 具备六种分辨率带宽供用户选择；- 完善的测量功能，能实现对放大器、上下变频器类的器件或系统的噪声系数和增益的测量；- 全面损耗补偿功能。
能以固定、表格或组合的形式补偿被测件前后的损耗，用于解决需要去嵌的管芯测试难题；- 外设接口丰富，复用性强；- 具有双噪声源驱动能力，支持普通噪声和智能噪声源。
智能噪声源即插即用，超噪比自动加载。
单端口噪声系数分析仪的主要特点：- 噪声系数分析仪提供单一的噪声源驱动输出，仪器进行单通道的噪声信号接收和处理，可实现线性网络的噪声系数测量，同时可测量被测件的增益。
接收机噪声系数测试方法
接收机噪声系数测试方法（实用版4篇）篇1 目录1.引言2.噪声系数的定义和重要性3.传统噪声系数测量方法的局限性4.多通道射频接收机测量噪声系数的方法5.结论篇1正文接收机噪声系数测试方法是一种用于评估射频接收机性能的重要技术手段。
噪声系数是描述接收机前端放大器噪声特性的参数，它直接影响到接收机的灵敏度和信噪比。
因此，对接收机噪声系数的精确测量具有重要的实际意义。
一、引言射频接收机广泛应用于通信、广播、导航等领域，其性能指标直接影响到整个系统的性能。
噪声系数是描述接收机前端放大器噪声特性的参数，它直接影响到接收机的灵敏度和信噪比。
因此，对接收机噪声系数的精确测量具有重要的实际意义。
二、噪声系数的定义和重要性噪声系数（Noise Figure，NF）是指接收机前端放大器在输入信号一定时，输出信号噪声功率与输入信号噪声功率之比。
噪声系数越小，表示接收机前端放大器的噪声性能越好，灵敏度和信噪比越高。
因此，噪声系数是评估接收机性能的重要参数之一。
三、传统噪声系数测量方法的局限性传统的噪声系数测量方法主要包括噪声源法、噪声桥法和反射法等。
这些方法在测量低噪声系数的接收机时存在一定的局限性，主要表现在以下几个方面：1.测量范围有限：传统方法的测量范围通常在 100 MHz 以下，对于高频噪声系数的测量能力较弱。
2.测量精度受限：传统方法的测量精度受到噪声源、测试环境和被测器件等因素的影响，难以实现高精度测量。
3.测量时间较长：传统方法的测量时间通常较长，不利于高效、快速地评估接收机性能。
四、多通道射频接收机测量噪声系数的方法针对传统噪声系数测量方法的局限性，研究人员提出了多种针对多通道射频接收机的噪声系数测量方法。
这些方法主要利用多通道切换、噪声注入和数字信号处理等技术来实现高精度、高效率的噪声系数测量。
1.多通道切换测量法：通过设计多个射频开关，实现不同通道之间的切换，从而在不同通道切换的过程中测量噪声系数。
翻译(红外焦平面阵列的CMOS的噪声分析)
红外焦平面阵列的CMOS的噪声分析读出集成电路林加木[1,2] 丁瑞军[1] 陈洪雷[1] 沈晓[1,2] 刘非[1,2]（[1]中国科学院上海技术物理研究所,上海200083 [2]中国科学院研究生院,北京100039）摘要：随着红外焦平面探测器的发展，在红外焦平面阵列（红外焦平面）的CMOS的读出集成电路的内部噪音逐渐成为一个影响红外焦平面发展的重要因素。
这项工作是研究红外焦平面CMOS读出集成电路的内部噪声。
这项工作的动机主要是对读出集成电路的机制和内部噪声的影响分析。
并根据信在号传输过程中，对多种内部噪声进行分析。
根据理论分析的结果，表明1 / f噪声、KTC噪声和脉冲开关噪声在频域的幅度更大。
这些噪音已严重影响了输出信号的性能。
这项工作知道读出集成电路芯片的信号频率，这是使用DI读出模式的测试。
对频率测试结果进行分析后，显示1 / f噪声和脉冲开关噪声是红外焦平面CMOS读出集成电路的内部噪声的主要组成部分，它们的噪音使输出信号产生重大影响。
根据噪声类型，提出一些噪声抑制的方法。
之后，这些方法用EDA软件进行仿真，结果表明，噪音减少。
这项工作的研究结果为提高红外焦平面CMOS读出集成电路的噪声抑制设计提供了参考依据。
关键词：红外焦平面阵列，读出集成电路，噪音，频谱分析1 引言在红外信号检测应用中，检测到内部噪声严重地限制了红外焦平面阵列（红外焦平面）的红外辐射信号的能力。
无法避免的内部噪声，必须抑制或减少，以提高输出信号的信噪比（S / N）[1，2]。
红外焦平面的噪声可能来自外面的世界，也可能来自红外探测器和读出集成电路（ROIC）本身。
，我们必须分析噪声来源，以采取有效的方法来抑制或降低噪音的强度和破坏。
这是读出电路设计的重点和难点。
部分的红外焦平面CMOS读出电路的噪音可能来自使用设备的基本物理过程中，有些是由于材料和制造过程中的偏差。
还有一些噪音是由于电路结构和读出集成电路的工作方法[3]。
06章噪声系数分析仪
现代微波工Leabharlann 测量6.1概述 近年来，部分国外公司开始在频谱分析仪、网络分 析仪等仪器中加入选件，无须繁杂的操作步骤和数 学计算即可实现一定范围内噪声系数和增益的快速 测量，成为性能和价格折中考虑的简易解决方案。 随着我国军用电子技术的不断发展，在装备的研制 、生产、验收、维护维修等阶段均需要一种系统配 置简洁、用户界面友好、测量精度高、速度快、超 噪比测量方便并具有多种外设接口的噪声系数分析 仪。 新一代微波噪声系数分析仪在测量功能和性能指标 上都有了新的突破，满足了军用和民用技术领域对 噪声系数日益增长的测试需求，代表着国内噪声系 数测量技术的最高水平。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
常见的噪声是由大量短促脉冲叠加而成的随机过程 ，它符合概率论的规律，可以用统计的方法进行处 理。 通信技术中常把噪声分为自然界噪声（大气噪声、 宇宙噪声）、人为噪声、电路噪声（热噪声、散弹 噪声）等几种类型。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
（ 1）
热噪声。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
注意：在噪声系数的定义中，规定输入端（源阻抗 ）处于290 K。 有些系统对应于每个输入频率有不只一个输出频率 ，噪声系数是针对每一对相应频率定义的。 对于具有单个输入和输出频率的单响应线性二端口 网络，其等效输入噪声温度与噪声系数的关系可由 式（6.7）求得。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
由式（6.7）求出实际网络的等效输入噪声温度为
式中， Ti 为网络输入端电阻（或等效输入电阻）的 噪声温度。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
噪声系数。 当规定输入端温度处于T0= 290 K时，网络输入端信 号 / 噪声功率比与输出端信号 / 噪声功率比的比值定 义为噪声系数，计算公式为 式中，F是噪声系数，N0是输出的总噪声功率，B是 接收带宽，k是玻尔兹曼常数 (1.38×10-23J/K)，T是 输入噪声温度，G是被测件的资用增益（KTB）是热 噪声，存在于不为 0K的所有导体中）。
noise figure 噪声系数
noise figure 噪声系数噪声是指信号处理系统中不希望的杂音或干扰。
在设计和分析接收机、放大器等系统时，噪声成为了不可或缺的因素。
而噪声系数（Noise Figure）则是表示信号处理器件增益中采集到的噪声功率与采集到的信号功率之比的一个重要参数。
本文将围绕“噪声系数”这一主题，对它的作用、计算和测量等方面进行阐述。
一、噪声系数的作用噪声系数是一个直接反映接收机、放大器等电子器件噪声性能好坏的参数。
通常情况下，设一个器件的输入信号功率为Pin，则它的输出功率为Pout。
而器件内部存在一个噪声功率Pn，噪声系数就可以用如下公式来表示：NF=（Signal-to-Noise Ratio）out / （Signal-to-Noise Ratio）in其中，“Signal-to-Noise Ratio”in表示输入信号功率与输入噪声功率的比值，“Signal-to-Noise Ratio”out 表示输出信号功率与输出噪声功率的比值。
该公式表明了在输入信号功率相同的情况下，输出噪声功率越小，噪声系数越小。
当噪声系数越小的时候，系统就越容易实现高精度和高灵敏度的信号接收和处理。
因此，噪声系数是衡量接收机/放大器等电子器件性能好坏的关键性能指标之一。
二、噪声系数的计算计算噪声系数的方法有两种，一种是使用实际的噪声功率和信号功率值计算。
另一种方法则是使用噪声指数（Noise Figure Index）来计算，而噪声指数它的公式为：NI=10 log10(1+NF)噪声指数是指把噪声系数的负对数乘以10以及再加上1后所得到的值，单位通常为dB。
噪声系数和噪声指数的转换是通过取10的幂函数来实现的。
三、噪声系数的测量噪声系数的测量需要通过噪声测试仪进行。
噪声测试仪能够将器件输入端的噪声功率和输出端的噪声功率进行测量，从而得到噪声系数的值。
通常，噪声测试仪的输入端是通过噪声发生器来产生随机噪声信号，输出端连接待测试的器件。
脉冲多普勒火控雷达系统接收通道噪声系数分析
Technology Analysis技术分析DCW97数字通信世界2020.030 引言接收通道噪声系数一直以来都是人们想方设法要清楚的障碍，无论其产生原因是什么，降低接收通道噪声系数是目前系统接收通道噪声系数分析中的重点研究方向，通过提高噪声系数增强雷达接收机性能。
脉冲多普勒火控雷达系统是一种应用于接收通道噪声系数分析中发现运动目标，并测量其位置和相对速度的脉冲雷达。
脉冲多普勒火控雷达系统的主要构成部分包括：射频滤波器、检波器、自动调频器、低噪声信号放大器、混频器、中频滤波器以及中频放大器等[1]。
所谓脉冲多普勒火控雷达系统控制接收通道噪声系数迭代控制特性是指相对运动物体回波与雷达发射波之间存在着频移，频移的大小与相对速度成正比。
考虑到接收通道噪声系数受地面杂波的严重干扰，采用一般脉冲雷达很难接收通道噪声系数。
脉冲多普勒火控雷达系统很好地解决了这一难题，因此，本文针对脉冲多普勒火控雷达系统接收通道噪声系数进行分析。
1 脉冲多普勒火控雷达系统接收通道噪声系数分析脉冲多普勒火控雷达系统接收机的核心设备是射频滤波器、检波器和放大器。
其中射频滤波器主要负责输入接收通道噪声系数的滤波处理，避免杂散信号对噪声系数产生干扰。
检波器则负责的是检测接收机所接收到的噪声系数的电磁波[2]。
放大器的主要功能是将电磁波幅值小，将接收特征不明显的噪声系数进行放大。
因此，在脉冲多普勒火控雷达系统中，本文首先确定接收通道噪声系数F ，在此基础上分析接收通道噪声系数迭代控制特性。
系统核心设备图如下：图1 系统核心设备图1.1 确定接收通道噪声系数F不可否认，只要是有源设备内部都是会产生噪声的，一个载噪比为的信号通过有源设备后，载噪比会变坏成为。
变坏的原因是输出信号中除了有被放大了的输入信号中的噪声以外，还要加上设备本身产生的噪声。
输入载噪比和输出载噪比之比就是设备的噪声系数，本文用F 来表示。
考虑到放大器本身就带有噪声，输出端的噪声系数F 和输入端噪声系数F 必然是不一样的[3]。
接收机噪声系数测试方法
接收机噪声系数测试方法接收机噪声系数测试方法接收机噪声系数是评估接收机的性能指标之一，用于衡量接收机对于输入信号噪声的抑制能力。
现阐述几种常用的接收机噪声系数测试方法。
1. 差模法通过把差模信号与互模信号进行比较，来计算接收机的噪声系数。
差模法由于其测量方法简单易行，被广泛应用于接收机噪声系数的测试。
2. 自相关法自相关法是通过信号与其自身相互比较，从而计算出接收机的噪声系数。
这种方法对于噪声系数测量具有较高的精度和可靠性。
基于相关器的自相关法基于相关器的自相关法是将接收机信号与其输入信号进行相关操作，得到相关功率，进而计算出噪声系数。
基于功率谱的自相关法基于功率谱的自相关法是通过信号的功率谱密度来计算接收机的噪声系数。
这种方法相对简单，并且适用于单频信号和宽带信号。
3. 热噪声法热噪声法是通过测量接收机的输出噪声功率和输入信号功率之比，来计算接收机的噪声系数。
这种方法在实际应用中被广泛采用，尤其适用于高频接收机的噪声系数测试。
电压法电压法通过测量接收机输出的噪声电压和输入信号的噪声电压之比，来计算接收机的噪声系数。
带宽法带宽法通过测量接收机输出的噪声功率和输入信号的功率之比以及输入信号的带宽，来计算接收机的噪声系数。
4. 效果评估方法除了上述的测试方法外，还可以通过评估接收机的性能指标来间接评估接收机的噪声系数。
例如，接收机的灵敏度、选择性、抗干扰能力等指标都与噪声系数有一定的相关性。
以上是几种常用的接收机噪声系数测试方法，不同的方法适用于不同的场合和需求。
在进行测试时，需要根据具体情况选择合适的方法，并结合其他评估指标来全面评估接收机的性能表现。
5. 精确度评估方法在进行接收机噪声系数测试时，除了选择合适的测试方法外，还需要考虑测试的精确度。
以下是几种常用的精确度评估方法：相对精确度评估法相对精确度评估法是通过比较测试结果与参考值之间的差异，来评估测试的精确度。
可以使用统计方法来计算与参考值之间的误差，例如均方根误差、绝对相对误差等。
多子阵宽带有源相控阵天线噪声系数分析
多子阵宽带有源相控阵天线噪声系数分析陈敏;郑婷;黄晨【摘要】为精确分析多子阵宽带有源相控阵天线噪声系数,该文从噪声系数计算的基本原理出发,首先推导多端口并联网络噪声系数,通过多端口并联网络的噪声系数计算公式,分析了多通道收发组件(T/R)噪声系数的间接测试方法的误差量级.进而推导了多子阵宽带相控阵天线这样的复杂串并联网络级联噪声系数,并且所得计算公式能够收敛于简单的多级级联系统噪声系数计算的基本公式.结合具体应用实例,利用所得公式计算了多子阵天线不同加权系数下的噪声系数,为宽带雷达系统性能评估提供了依据.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2019(048)001【总页数】6页(P79-84)【关键词】噪声系数;多子阵;有源相控阵天线;串并联网络【作者】陈敏;郑婷;黄晨【作者单位】中国航空工业集团有限公司雷华电子技术研究所江苏无锡214063;中国航空工业集团有限公司雷华电子技术研究所江苏无锡214063;中国航空工业集团有限公司雷华电子技术研究所江苏无锡214063【正文语种】中文【中图分类】TN95;TN820 引言在有源相控阵雷达系统中，对有源相控阵天线这样的多通道并联系统噪声系数的准确分析是一项重要的工作，因为雷达系统作用距离等指标的评估与系统噪声系数息息相关[1-2]。
随着雷达多功能化，有源相控阵天线的形式也逐渐演进[3-5]，由窄瞬时带宽向宽瞬时带宽发展，由简单的单通道输出到多子阵多通道输出形式发展[6-7]，由最初的一分多的简单并联关系发展现如今的内部串联与并联同时存在复杂网络[8-9]。
随着宽带化和数字化的需求，天线阵面被分割成若干子阵形式并连接实时延时网络[10]，噪声系数准确计算变得复杂。
文献[11]给出了相控阵雷达天线这样的多端口并联网络的噪声系数的计算方法；文献[12]～[14]计算了不同加权系数下的相控阵天线的噪声系数并推导了相控阵天线多通道并联模型的噪声系数计算公式；文献[15]对多端口网络噪声系数进行实验测量。
接收机的噪声系数与等效噪声温度
19
基本的数字基带信号波形(1)
二进制单极性不 归零(NRZ)码
bn = 0, 1 ⇔ an = 0, 1
A
A 0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
Ts
t
⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝ Ts 2 ⎠
二进制 双极性 不 归零(NRZ)码
bn = 0,1 ⇔ an = −1, +1
⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝ Ts 2 ⎠
d n = bn ⊕ d n − 1
0 1 0 0 1
1
二进制单极性不归零码 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1
相对码
d n = bn ⊕ d n − 1
A 0
0
1
单极性不归零传号差分码 跳变：”1“ 0 0 0 0 1 1 0 1 1
相对码
d n = bn
d n −1
A 0
单极性不归零空号差分码 跳变：”0“
= =
n = −∞ m = −∞ ∞ ∞ n = −∞ m = −∞
∑ ∑
∞
∞
E ⎡ an am ⎤ gT ( t − nTs ) gT ( t + τ − mTs ) ⎣ ⎦ Ra ( m − n ) gT ( t − nT ) gT ( t + τ − mT )
∑ ∑
Rs ( t + kTs , t + τ + kTs ) = Rξ ( t , t + τ )
接收机的噪声功率谱
无线通信，接收机与天线相连噪声功率谱
N 0 = K (Ta + Te ) = K (Ta + ( F − 1) T ) = KTF 注： Ta是天线等效噪温 F 是噪声系数
接收灵敏度和噪声系数
R 是原始资料的Chip Rate,RC 是展频后的Chip Rate,R 与RC 分别为12.2Kbps 与3.84Mcps,带入上式
由上图可知,当WCDMA 的接收信号展频后,会额外再 获得25dB 的Gain,提高SNR,进而提高灵敏度,因此虽 然WCDMA 的带宽较宽,但实际上在量测时, 其灵敏度普遍都比GSM得好.
Eb/Nt_req是有用信号平均比特能量与噪声和干扰 功率谱密度的比值,又称为解调门限,是衡量数字调制 和编码方式品质因素的标准. Eb/Nt_req的值取决于 该系统的调制方式和解调算法.
有以上可知道,NF越低,带宽越窄,解调门限越低,其 灵敏度就越好.
噪声系数
噪声系数衡量的是当一个讯号进入一个系统时,其 输出讯号的SNR 下降多寡,也就是说其噪声对系统 的危害程度,示意图与定义如下 :
B9839的插入损耗是1.4dB,对于无源器件其插入损耗 就是噪声系数.BGU7005的增益为16.5,噪声系数为 1.3,SAFFB1G58FA0F0A的插入损耗为0.8dB,把上 面的数下面的公式,得到接受系统的噪声系数为1.69.
=1.4+<1.3-1>/1+0.8/16.5 =1.69
根据高通的GPS的解调门限是11.7dB/HZ,现用芯 片的C/N0是9,B=2.046MHZ再把NF=1.69带入下 式可得其灵敏度为-164.31dBm
第三项NF是接收机系统的噪声系数,BW是系统的信 道带宽.
接收机解调门限的定义
在一定的误码率BER前提下,接收机接收到的信号 应不低于接收机解调门限,接收机才能正确解调接 收到的信号.接收机解调门限表示为Eb/Nt,是指每 比特能量与噪声功率谱密度之比.
S<dBm> = NT0<dBm> +10log<BW>+ NF<dB> + Eb/Nt_req
灵敏度和噪声系数
信纳比：SINAD=(S+N+D)/(N+D) S是信号功率N是噪声功率D是失真功率噪声系数和灵敏度都是衡量接收机对微弱信号接收能力的两种表示方法，它们是可以相互换算的。
1.定义(1)噪声系数Nf是指:接收机输出端测得的噪声功率与把信号源内阻作为系统中唯一的噪声源而在输出端产生的热噪声功率之比(两者应在同样温度下测得)。
噪声系数常用的定义是：接收机输入端信噪比与其输出端信噪比之比。
即：Nf ＝(Pc入／Pn入)÷(Pc出／Pn出)噪声系数也可用dB表示：Nf(dB)＝10lgNf(2)灵敏度是指：用标准测试音调制时，在接收机输出端得到规定的信纳比(S+N+D ／N+D)或信噪比(S+N+D／N)且输出不小于音频功率的50%情况下，接收机输入端所需要的最小信号电平(一般情况下，信纳比取12dB，而信噪比取20dB)。
这个最小信号电平可以用电压Umin(μv或dBμv)表示，也可以用功率P(mw)或P(dBm)表示。
需要注意的是：(A)用电压Umin表示灵敏度时，通常是指电动势(即开路电压)，而不是接收机两端的电压。
在匹配时，Ur＝Umin／2∴Ur＝(dBμv)＝Umin(dBμv)-6读数指示是否是开路电压，可在测完灵敏度后，把接收机断开(即信号源开路)，看信号源读数是否改变，若不变就是开路电压(电动势)，若变大了近一倍就是端电压。
(B)用功率表示灵敏度时，却是接收机(负载Rr)所得到的功率，所以Pmin＝Ur^2／Rr＝Umin^2／4Rr∴Pmin(dBm)＝Ur(dBμv)-107＝Umin(dBμv)-6-107＝Umin(dBμv)-113 即用dBm表示的灵敏度等于用dBμv表示的灵敏度减去113分贝∴Pmin(dBw)＝Umin(dBμv)-143例：已知某接收机灵敏度为0.5μv，阻抗为50Ω。
求：用功率表示灵敏度应为多少?Pmin＝(0.5×10-6)^2／(4×50)＝0.125×10-14(W)Pmin(dBm)＝-149dBw＝-119dBm又∵0.5μv用分贝表示为20lg0.5＝-6dBμv∴Pmin(dBm)＝-6-113＝-119(dBm)＝-149dBw2.灵敏度与噪声系数的相互换算按定义，结合实际测量，得输入电动势表示的灵敏度为:Umin＝e＝｛4KTBR·Nf·C／N ｝式中，R为接收机输入阻抗(50Ω)，Nf为接收机噪声系数：B为噪声带宽，它近似等于接收机中频带宽(对于超高频话机B＝16KHz)；C／N为限幅器输入端门限载噪比(其典型值为12dB)；K为波尔兹曼常数(1.37×10-23J／K)；T为信号源的绝对温度(K)，对于常温接收机，T＝290°K。
有关RF接收器噪声的一些讨论
有关RF接收器噪声的一些讨论系统设计人员一直都在为复杂的系统设计寻求简单的解决方案。
我们不妨看看国防、航天和 5G 无线基础设施领域的 RF 前端接收器解决方案。
本博客文章是一个实用指南，有助于降低设计复杂性，同时满足 5G 基础设施、国防和航天应用的严格噪声系数要求。
接收器噪声系数概述许多 RF 前端 (RFFE) 系统都是独一无二的，但接收器在许多方面都比较相似。
一般来说，RF 灵敏度是所有无线电接收器的关键规格参数。
RF 接收器能够接收所需无线电信号，同时忽略不必要的信号，因此能够在其应用中更高效地运行。
测量接收器 RF 灵敏度有以下几种方法：•噪声系数(NF) –系统的 NF 是噪声因数的对数形式。
它规定了接收器、系统各个组件以及整个系统的噪声性能。
•信噪比 (SNR) - 这是给定信号功率水平与系统内部噪声之间的比率。
•误码率 (BER) –这是一种数字系统中采用的衡量方式。
当信号电平下降或链路质量下降时，传输中的错误数或误码增加。
测量BER 可反映 SNR，但其格式通常对数字域更有用。
•误差矢量幅度 (EVM) – EVM 是一种用来量化数字无线电发射器和接收器性能的指标。
由理想发射器发送或接收器接收的信号将会使所有 EVM 星座点精确地位于理想位置。
然而，噪声、失真、相位噪声等缺陷会导致实际星座点偏离理想位置。
理想情况下，发射器应生成尽可能靠近这些点的数字数据。
EVM 用于衡量实际接收的数据元素与理想位置之间的距离。
此外，放大器的线性度越高，EVM 就越好。
功率放大器 (PA) 和低噪声放大器 (LNA) 技术通常在放大接收器内的信号方面没有什么问题。
相反，限制因素往往在于限噪方面，因为噪音会掩盖所需信号。
对于无线通信、雷达、仪器仪表、卫星等应用，两个关键的性能考虑因素是接收器灵敏度和 SNR。
就接收器噪声而言，这是第一级或 LNA 以及随后会出现的任何损耗，这对于确定整个无线电接收器的整体性能至关重要。
手机接收通道噪声系数测试
关键词噪声系数、噪声温度、超噪比、Y 系数法、冷热负载法概述：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。
Abstract ：Often we face to test noise figure of a receiver with RF input and I/Q analogue output, normal noise figure instrument is not adequate for the limited frequency range, here we introduce two methods, one is to use spectrum analyzer, another method is to use standard noise source, and use Y-coefficient method to calculate the noise figure. 问题提出下图是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。
我们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。
AFCRxI+RxI-CLK DATA ENRX RxQ+RxQ-RxAGCVBA GND3~3.6VdcLH46B Matching图1：MAXIM 公司TD-SCDMA 手机射频接收电路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。
接收机噪声系数
T 是电阻的绝对温度， df 是带宽。因此， Johnson 噪声可用功率
4KTRdf / 4R KTdf watts
（2）
同时，这也是图 1 中信号源输出端的可用噪声功率。事实上，当温度为 T 时，这也是任何 无源网络两个端口间的可用噪声功率。
（14）
和表达式（10）比较可得出如下两个网络的噪声系数间的关系
Fab ( Fa Fb ) 1/ Ga
（15）
这个关系式对在两个网络带宽内的任何噪声功率都有效， 没有关于带宽特性的假设， 给均匀 噪声功率的影响会更小。虽然它并不特别限制公式（15）在实际中的应用，仍然建议研究非 均匀噪声贡献、非等效理想的带宽对公式（15）做出修正。 相当复杂的非均匀噪声贡献和非理想带宽特性，在公式（15）中用 df 来描述带宽，可 能会更加清晰。在实际网络中，常常发现，噪声系数随着带宽的改变而变化。 之后再讨论公式（15）中给出的 Fa 和 Fb ，b 网络对 a 网络的噪声系数 Fa 没有影响，这 来源于对一个网络的讨论，该讨论也指出 a 网络对 b 网络的噪声系数 Fb 有影响。因此，如 果单独考虑信号源对 Fb 的影响，如图 1 中所述，那么信号源必须有一个端口阻抗和网络 a 的输出阻抗等效。
( F 1)GKTB watts
（7）
（4） （5） （6） （7）中的因子都被定义了，但是在噪声计算被确定之前，信号源端的阻抗温 度 T 必须被选定。一般定义为常温 290 K 下，因此
KT 1.38 1028 290 4 1021 w rad / s
噪声计算值和网络输入输出端失配值之间的关系非常重要，定义式（4）清楚地反映出 输出电路和网络的耦合对噪声系数的值没有影响。 然而， 它也反映出噪声系数和输入输出之 间的失配值有关， S 和 N 都会随着失配值变化而变化。
阵列系统中多端口网络噪声系数测试分析
阵列系统中多端口网络噪声系数测试分析郭文刚;郗洪杰【摘要】多端口网络常用于阵列系统中进行波束合成,其噪声系数测试成为系统设计的关键问题.给出了多端口网络模型,基于将多端口网络转化换成双端口网络的思想,给出了3种测试方法.方法一和方法二将多端口网络n-1个输入端口接负载,只留一个端口作为输入,其区别是加电工作的有源双端口网络数量不同.方法三在多端口网络前接一n分路器.通过对网络信号功率和噪声功率进行详细的分析和推导,给出了不同情况下的噪声系数.通过试验验证了测试方法的正确性.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2011(041)003【总页数】3页(P59-61)【关键词】多端口网络;噪声功率;噪声系数;测试【作者】郭文刚;郗洪杰【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北,石家庄,050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北,石家庄,050081【正文语种】中文【中图分类】TN9110 引言现代阵列系统中波束合成一般都会用到多端口网络,而对其噪声系数的测试就成为系统设计必须要考虑的一个关键问题。
文献[1,2]给出了几种基于Y因子法的多端口网络的测试方法,但是其推导过程复杂,工程实现困难。
因此简单准确的对阵列系统中多端口网络的噪声系数进行测试有着重要的工程意义。
1 等效模型阵列系统的波束合成一般都会用多端口的合路器来实现。
同时为了对天线接收的信号进行滤波放大,在合路器的各输入端口前会接一有源的滤波放大双端口网络,整个网络如图1所示。
设合路器有n个输入端口和1个输出端口,其损耗为L。
第 m个有源双端口网络等效噪声温度和增益为Tem、Gm,系统的带宽为 B。
为了正确分析此多端口网络的噪声特性,将合路器等效成图2虚线框内的模型。
每条支路由有耗和无耗2个二端口网络组成,其损耗分别为L,1/n。
n条支路后接一理想加法器输出。
阵列系统中的多端口网络模型如图2所示。
图1 多端口网络示意图图2 多端口网络模型2 噪声系数测试分析对于多端口网络噪声系数测试,基本思想是将多端口网络转化成双端口网络。
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收 稿 日期 ：０ ０１ —５ ２ １－０１
作者简介 ： 栾铸 徵 ， ，９ ５年生 ， 男 １７ 工程师 ， 士 ， 硕 从事雷达总体技 术研究 。
一
２ — ５
雷达 与对抗 声 温度 ：
２１ ０ ０年
第 ４期
Ｎｌｉ － ，ｏ ａ ｉ ￣
・
ＡＮ：Ｋ Ａ ・ ｓ ｆＧ
中图分 类 号 ： Ｎ ５ Ｔ ９１ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９— ４ １ ２ １ ） — ０ ５— ４ １０ ０ ０ （ ０ ０ ０ ０ ２ ０ ４
Ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ｎ ｉｅ ｆ ｃ ｏ ｆａ ｒ ｙ ｒ ｃ ｉ ｅ ｓ ｈ ｎ ｌｓｓ ｏ ｏ ｓ ａ ｔｒ ｏ ｒａ ｅ ｅｖ ｒ
第３ ０卷
第 ４期
雷 达 与对 抗
ＲＡＤＡＲ ＆ ＥＣＭ
Ｖｏ１３ Ｎｏ ４ ．０ ． Ｄｅ ． ０１ ｃ２ ０
２１ ０ ０年 １ ２月
阵列 接 收 噪声 系数 分 析
栾铸 徵 ， 王金 锋
（ 国船 舶 重 工 集 团公 司第 ７ ３研 究 所 ， 苏 扬 州 ２ ５ ０ ） 中 ２ 江 ２０ １
ＮＦ ＝ Ｎｏｔ ． ｕ Ｎｉ ／ ＝
雷达作 用距 离 与雷达 接收 噪声 系数 的关 系 为
１
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其 中 ，ｉ ｓ 为接收 机 输 入 端 信 号 功率 ，ｏ为 接 收机 输 出 Ｓｕ ， 端 信 号功率 ， 为 接 收 机 输 入 端 噪 声 功 率 即
Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ｒ ｓ：ａ ｒ ｙ ｒ ｃ ｉｅ ；ＮＦ； ｐ ｓｉｅ ａ ｒ ｙ； ａ ｔｖ ｒａ ｒａ ｅ ｅ ｖ ｒ ａ ｓｖ ｒａ ｃ ｉｅ ａ ｒ ｙ
１ 雷达威力 与噪声 系数的关系
雷达 原理 中 ， 噪声 既 可 以 由天线 随需 要 信 号 一 同 进入 接收 机 ， 可 以 由接 收机 内部 产 生 。对 于微 波 频 也 段雷 达 ， 天线 进入 雷达 接 收机 的外部 噪声 一般 很小 ， 从 因此 雷达接 收机 灵 敏度 主要 由接 收机 产生 的 内部噪声 决定 。接 收机 内部 噪声 的大 小 由噪 声 系 数 表示 ， 时 此
２ 噪声 系数 的定义及其单路接收计算
噪声 系数定 义为 接 收机输 人端 的信 噪 比与接 收机 输 出端 的信 噪 比的 比值 ， 由于接 收 机 自身放 大 、 滤波 等 器件 噪声 因素 的引入 ， 收机 输 出端 的 信 噪 比一 定 小 接
于输 入 端 的信噪 比 ， 即噪声 系 数大 于 １噪 声 系数 定 义 ， 等价 于接 收机 噪声 增益 与信 号增 益 的 比值 。
（） ５ 端噪声 ， 过信 号增 经 益 后达 到的 附加噪声 功率 ， 将式 （ ） ５ 代人 式 （ ） 到 噪 ４得 声 系数 的等效 噪声温 度表示 法 ：
增益 Ｇ 放 大 后 ， 加 上 接 收 机 内部 产 生 的 附 加 噪 再
声， 即
Ｎ ＝Ｋ ｏ ｆ Ｇ ＋ＡＮ 。 Ｔ ・ ｓ Ａ 把 式 （ ） 人式 （ ） ３代 ２ 得
Ｎ ＋ Ｆ： ／１ ｋ ￣
（） ３
（） ４
可 以用来 比较 不 同接 收 阵 结 构形 式 设 计 的优 劣 ， 接 为 收机 提供设 计依 据 。 把 接收 机 的附加 噪声 △』折算 到接 收机 输入 端噪 、 ｒ
～ Ｚ ｕ ｚ ｅ ｇ， ｈ —ｈ ｎ
ⅣＧ ｆ ｎ ｉ
（ ｏ ２ ｅ ａｃ ｎｔｕｅｏ ＳＣ，Ｙ ｎ ｚｏ ２ ｏ ｌ Ｃ ｉａ Ｎ ．７ ３Ｒ ｓ ｒｈＩ ｉ ｔ ｆＣ Ｉ ｅ ｓｔ ａ ｇｈ ｕ２ ５ ０ ， ｈｎ ）
Ａｂｔａ ｔＷｉ ｅｉ ｐ ￣ ｎｅｏ ｔｅｎ ｉ ｃ ｒ（ Ｆ ｉ ｕ ｓｄｔｒｕ ｈｒｄ ｒ ｏ ｅａｅｅ ｕｔ ｎ ｓ ｃ ： ｔ ｔ ｏ ａ ｃ ｆｈ ｏ ｅｆ ｔ Ｎ ）ｄｓ ｓ ｏ ｇ ａ ａ ｃｖｒｇ ｑ ａ ｏ ， ｒ ｈｈ ｍ ｓ ａｏ ｃ ｅ ｈ ｉ
ｔ ｅ ＮＦｓ ａ ｄ ａ ｃ ｌ ｔｏ ｓ ｆ ｓｎ ｌ ｈ ｎ ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ｏ ｉ ｇｅ，ｃ ｓ ａ ｅ，ｐ ｓ ｉｅ ａ ｄ ａ ｔｖ ａ ｒ ｙ ｒ ｃ ｉ ｅｓ ａ ｅ ｎ ｌｚ ｄ ｎ ａｃ ｄ ａ ｓｖ ｎ ｃｉｅ ｒａ ｅ ｅｖ ｒ ｒ ａ ａ ｙ ｅ ａ ｄ ｇ ｖ ｎ，ａ ｄ ｔｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｔ ｅ ＮＦ ｏ ｒａ ｅ ｅｖ ｒ ｒ ｕ ｉｅ ｎ ｈ ｈａ ａ ｔｒｓｉ ｓｏ ｈ ｆａ ｒ ｙ ｒ ｃ ｉ ｅ ｓ ａｅ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｒｚ ｄ．
Ⅳ。为接 收机输 出端 噪声 功率 。 Ⅳ０可 以表 示为 把 输 入 端 噪声 看 作 信 号 经过 信号
其 中， … 为 雷达 最 大 作 用 距 离 ， 月
系数 。
为 雷 达 接 收 噪声
△ ， ／
可见 ， 噪声 系数 是 衡 量 雷 达 性 能 的重 要 指 标 。雷
达 威力覆 盖 范 围 与 噪 声 系 数 的 四次 方 根 的倒 数 成 正 比。对 于提 高雷 达威力 ， 噪声 系数越 小越 好 ； 而对 于单
雷达 接 收机 ， 噪声 系 数 可 以测 量 。至 于 阵列 接 收 机 体 制 的雷达 ， 噪声 系数 与接 收阵 的 阵列结 构形 式有关 。 其 不 同的结 构形 式有 不 同 的噪 声 系 数 。 因此 ， 声 系 数 噪
摘
要 ： 过 雷达威 力 方程说 明噪 声 系数 的重要 性 ， 通 分析 了单级 接 收 、 联接 收 、 源阵接 收和 级 无
有 源阵接 收 的噪 声 系数 ， 出了噪 声 系数 的计 算 ， 给 总结 了阵 列接 收 机噪 声 系数 的特点 。 关键词 ： 阵列接 收机 ； 声 系数 ； 噪 无源 阵列 ； 源 阵列 有