噪声系数和测量课件

低噪声放大器灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/NC/N=(Eb/N0)+10logRb-10logBWn接收机NINNF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LNALNA产生的附加噪声很低噪声系数NF：低噪声放大器灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/15.2噪声系数GS/NGS/(GN+n)图5-1低噪声放大器噪声系数NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogNin-10LogG因为其中:Nin=KT0B是输入噪声，K=1.38X10-23焦耳/K.Hz，T0=2900K–室温B—噪声带宽PN=GN+N--输出噪声功率。10LogNin=-174dBm+10LogB(Hz)NF=10LogPN+174-10LogB-10LogG为了消除带宽因素，我们将噪声功率PN换成噪声密度PN0则可以写成：NF=10LogPN0+174-10LogG。设输出总噪声功率GNin+n=PN5.2噪声系数GS/NGS/(GN+n)图5-1低噪声放大2-100-80-60-402.62.652.7-100-80-60-402.62.652.7输入功率电平dBm输入功率电平dBmff增益20dBNF=10dBNP=Na+NinGNin器件对信号处理过程-100-80-60-402.62.652.7-100-803噪声温度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+GKT0B)/GKT0B=1+Te/T0NF=3F=2Te=2900KNF=6F=4Te=8700K噪声温度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+4噪声系数测试过程DUTMETER噪声源fMeasMixerLOIFAMPNoiseDrive(直流电源)NF=ENR-10Log(Y-1)ENR:ExcessNoiseRatio(超噪比)噪声系数测试过程噪声源fMeasMixerLOIFAMPN5噪声源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2900K偏置电源雪崩二极管匹配网络噪声输出FreqENRxxxxxxxxxxxx噪声源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/296F1F2F3G1G2G3图5-2串接LNALNA多级串联FTOTAL=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G2G1。。。。。。（真值运算）

NF=10logFTOTA串联LNA的总噪声系数计算F1F2F3G1G2G3图5-2串接LNALNA多级串联7PT=NF-174+10LogB+[（Eb/N0）+10LogRbit-10LogBW]假设通信速率是E1=2.048Mbit/s，B=BW=2.048MHz,B为射频带宽,Eb/N0（QPSK，BER10-6）=11.5dBNF=6dB则：10LogPN=NF-174+10logB+（Eb/N0）]=6-174+11.5+63=-93.5dBm门限功率计算举例NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogN-10LogG门限功率计算举例NF=10Log(S/N)/SG/PN=18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。L：传输线损耗K：波耳兹曼常数1.38×1023焦耳/K.HzT0：室温△f：带宽Hz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9电缆损耗3dBF=2NF=3dBG=20dBF=2（NF=3dB）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=4NF=10log4=6dB显然比不接电缆变坏3dB通常移动通信基站的连接方式电缆损耗3dBF=2G=20dBF=2（NF=3dB）图5-1050m电缆损耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=2图5-6塔顶低噪声放大器改善BTS接收机NF根据噪声系数串联公式有：FTOTAL=2+（2-1）/100+[（2-1）/100]×2=2.03NF=10log2.02=3.07dB与上例比较,噪声系数改善近3dB塔顶低噪声放大器改善BTS接收机NF50m电缆损耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=11典型的基站塔顶放大器TxRxLNA旁路开关电源ANT图5-7典型的塔顶LNA结构方框图到基站典型的基站塔顶放大器TxRxLNA旁路开关电源ANT图5-7125.4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/下变频非变频器件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13NFANFA校准测试校准测试14HP346ANFA校准NFA本振DUT测试HP346A校准DUT测试15（2）频谱仪测试法（增益法）NF=PNOUTD+174dBm/Hz-增益

混频模式NF=PNOUT–[-174dBm/Hz+10*log10(BW)+增益]（2）频谱仪测试法（增益法）NF=PNOUTD+1716非混频模式测试举例LNA（DUT）频谱分析仪信号源测试结果计算结果：NF=-120dBm+174-（-50dBm-（-100dBm）=4dB

噪声密度PND=-70dBm-10Log（100000Hz）=-120dBm-100dBm非混频模式测试举例LNA（DUT）频谱分析仪信号源测试结果计17(3)Y因子法图5-5Y因子法测试噪声系数(3)Y因子法图5-5Y因子法测试噪声系数18超噪比：测出Y，已知ENR就算出噪声系数F。NF=10LogF。TH：噪声源加电时的噪声温度TN：LNA折算到入口的噪声温度超噪比：测出Y，已知ENR就算出噪声系数F。TH：噪声源加19Y=N2/N1未加电：N1=GKT0B+Na加电：N2=GTHNaKB+Na

N2=YN1=Y(GKT0B+Na)GTHKB+Na=Y(GKT0B+Na)因为ENR=(TH-T0)/T0TH=(ENR+1)T0GK(ENR+1)T0B+Na=Y(GKT0B+Na)=YGKT0B+YNaNa(Y-1)=GK(ENR+1)T0B-YGKT0BNa=[GK(ENR+1)T0B-YGKT0B]/(Y-1)Te=(TH-YTe)/(Y-1)因为Na=KTaB折算到输入口Na/G=KTaB/G设输入口噪声温度为Te=Na/GNa=KTaB=GKTeB

GKBTe={[(ENR+1)-Y]GKBT0}/(Y-1)Te=[(ENR+1)-Y]T0/(Y-1)(Te/T0)=(ENR+1-Y)/(Y-1)两边都加1得1+(Te/T0)=[ENR+1-Y+(Y-I)]/(Y-1)=ENR/(Y-I)Y=N2/N1204.信号发生器测量法当被测系统噪声系数较大时，可采用信号发生器测量方法。在被测系统输入端加入负载（环境温度约290K），测量输出噪声功率P1。然后在输入端加入信号发生器，使信号发生器输出频率在测量范围内。调整信号发生器输出功率，使被测系统输出功率P2比P1高3dB。可得出噪声系数：代入信号源功率计DUT4.信号发生器测量法当被测系统噪声系数较大时，可采用信号发215直接测试法DUT功率计已知被测放大器的增益G和带宽BPNF=PN/GPin=PN/GKT0B5直接测试法已知被测放大器的增益G和带宽BPNF=PN/G22功率计DUT6冷热负载法液氮F=(TH-TCY)/(Y-1)NF=10LogFY=Ph/PCTe=770KTH=2900K功率计6冷热负载法液氮F=(TH-TCY)/(Y-1)Y23影响测试精度的因素NFA对DUT测试的影响NFAF12=F1+(F2-1)/G串联噪声系数dB302010103050G1F1F2影响测试精度的因素NFA对DUT测试的影响F12=F1+(F241。环境温度影响测试精度2。外部干扰影响测试精度NFA双层屏蔽电缆屏蔽GP-IB电缆内部电路接头的轻微变形本振噪声贡献1。环境温度影响测试精度双层屏蔽电缆25精品课件！精品课件！26精品课件！精品课件！27谢谢！谢谢！28

低噪声放大器灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/NC/N=(Eb/N0)+10logRb-10logBWn接收机NINNF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LNALNA产生的附加噪声很低噪声系数NF：低噪声放大器灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/295.2噪声系数GS/NGS/(GN+n)图5-1低噪声放大器噪声系数NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogNin-10LogG因为其中:Nin=KT0B是输入噪声，K=1.38X10-23焦耳/K.Hz，T0=2900K–室温B—噪声带宽PN=GN+N--输出噪声功率。10LogNin=-174dBm+10LogB(Hz)NF=10LogPN+174-10LogB-10LogG为了消除带宽因素，我们将噪声功率PN换成噪声密度PN0则可以写成：NF=10LogPN0+174-10LogG。设输出总噪声功率GNin+n=PN5.2噪声系数GS/NGS/(GN+n)图5-1低噪声放大30-100-80-60-402.62.652.7-100-80-60-402.62.652.7输入功率电平dBm输入功率电平dBmff增益20dBNF=10dBNP=Na+NinGNin器件对信号处理过程-100-80-60-402.62.652.7-100-8031噪声温度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+GKT0B)/GKT0B=1+Te/T0NF=3F=2Te=2900KNF=6F=4Te=8700K噪声温度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+32噪声系数测试过程DUTMETER噪声源fMeasMixerLOIFAMPNoiseDrive(直流电源)NF=ENR-10Log(Y-1)ENR:ExcessNoiseRatio(超噪比)噪声系数测试过程噪声源fMeasMixerLOIFAMPN33噪声源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2900K偏置电源雪崩二极管匹配网络噪声输出FreqENRxxxxxxxxxxxx噪声源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2934F1F2F3G1G2G3图5-2串接LNALNA多级串联FTOTAL=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G2G1。。。。。。（真值运算）

NF=10logFTOTA串联LNA的总噪声系数计算F1F2F3G1G2G3图5-2串接LNALNA多级串联35PT=NF-174+10LogB+[（Eb/N0）+10LogRbit-10LogBW]假设通信速率是E1=2.048Mbit/s，B=BW=2.048MHz,B为射频带宽,Eb/N0（QPSK，BER10-6）=11.5dBNF=6dB则：10LogPN=NF-174+10logB+（Eb/N0）]=6-174+11.5+63=-93.5dBm门限功率计算举例NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogN-10LogG门限功率计算举例NF=10Log(S/N)/SG/PN=136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。L：传输线损耗K：波耳兹曼常数1.38×1023焦耳/K.HzT0：室温△f：带宽Hz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37电缆损耗3dBF=2NF=3dBG=20dBF=2（NF=3dB）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=4NF=10log4=6dB显然比不接电缆变坏3dB通常移动通信基站的连接方式电缆损耗3dBF=2G=20dBF=2（NF=3dB）图5-3850m电缆损耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=2图5-6塔顶低噪声放大器改善BTS接收机NF根据噪声系数串联公式有：FTOTAL=2+（2-1）/100+[（2-1）/100]×2=2.03NF=10log2.02=3.07dB与上例比较,噪声系数改善近3dB塔顶低噪声放大器改善BTS接收机NF50m电缆损耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=39典型的基站塔顶放大器TxRxLNA旁路开关电源ANT图5-7典型的塔顶LNA结构方框图到基站典型的基站塔顶放大器TxRxLNA旁路开关电源ANT图5-7405.4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/下变频非变频器件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41NFANFA校准测试校准测试42HP346ANFA校准NFA本振DUT测试HP346A校准DUT测试43（2）频谱仪测试法（增益法）NF=PNOUTD+174dBm/Hz-增益

混频模式NF=PNOUT–[-174dBm/Hz+10*log10(BW)+增益]（2）频谱仪测试法（增益法）NF=PNOUTD+1744非混频模式测试举例LNA（DUT）频谱分析仪信号源测试结果计算结果：NF=-120dBm+174-（-50dBm-（-100dBm）=4dB

噪声密度PND=-70dBm-10Log（100000Hz）=-120dBm-100dBm非混频模式测试举例LNA（DUT）频谱分析仪信号源测试结果计45(3)Y因子法图5-5Y因子法测试噪声系数(3)Y因子法图5-5Y因子法测试噪声系数46超噪比：测出Y，已知ENR就算出噪声系数F。NF=10LogF。TH：噪声源加电时的噪声温度TN：LNA折算到入口的噪声温度超噪比：测出Y，已知ENR就算出噪声系数F。TH：噪声源加47Y=N2/N1未加电：N1=GKT0B+Na加电：N2=GTHNaKB+Na

N2=YN1=Y(GKT0B+Na)GTHKB+Na=Y(GKT0B+Na)因为ENR=(TH-T0)/T0TH=(ENR+1)T0GK(ENR+1)T0B+Na=Y(GKT0B+Na)=YGKT0B+YNaNa(Y-1)=GK(ENR+1)T0B-YGKT0BNa=[GK(ENR+1)T0B-YGKT0B]/(Y-1)Te=(TH-YTe)/(Y-1)因为Na=KTaB折算到输入口Na/G=KTaB/G设输入口噪声温度为Te=N