噪聲系數(shù)和測(cè)量課件

低噪聲放大器靈敏度S=-174+10logBW+NF+C/NC/N=(Eb/N0)+10logRb-10logBWn接收機(jī)NINNF接收機(jī)噪聲系數(shù)NF，就是信號(hào)輸入信噪比，經(jīng)過接收機(jī)變壞的dB數(shù)LNALNA產(chǎn)生的附加噪聲很低噪聲系數(shù)NF：低噪聲放大器靈敏度S=-174+10logBW+NF+C/15.2噪聲系數(shù)GS/NGS/(GN+n)圖5-1低噪聲放大器噪聲系數(shù)NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogNin-10LogG因?yàn)槠渲?Nin=KT0B是輸入噪聲，K=1.38X10-23焦耳/K.Hz，T0=2900K–室溫B—噪聲帶寬PN=GN+N--輸出噪聲功率。10LogNin=-174dBm+10LogB(Hz)NF=10LogPN+174-10LogB-10LogG為了消除帶寬因素，我們將噪聲功率PN換成噪聲密度PN0則可以寫成：NF=10LogPN0+174-10LogG。設(shè)輸出總噪聲功率GNin+n=PN5.2噪聲系數(shù)GS/NGS/(GN+n)圖5-1低噪聲放大2-100-80-60-402.62.652.7-100-80-60-402.62.652.7輸入功率電平dBm輸入功率電平dBmff增益20dBNF=10dBNP=Na+NinGNin器件對(duì)信號(hào)處理過程-100-80-60-402.62.652.7-100-803噪聲溫度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+GKT0B)/GKT0B=1+Te/T0NF=3F=2Te=2900KNF=6F=4Te=8700K噪聲溫度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+4噪聲系數(shù)測(cè)試過程DUTMETER噪聲源fMeasMixerLOIFAMPNoiseDrive(直流電源)NF=ENR-10Log(Y-1)ENR:ExcessNoiseRatio(超噪比)噪聲系數(shù)測(cè)試過程噪聲源fMeasMixerLOIFAMPN5噪聲源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2900K偏置電源雪崩二極管匹配網(wǎng)絡(luò)噪聲輸出FreqENRxxxxxxxxxxxx噪聲源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/296F1F2F3G1G2G3圖5-2串接LNALNA多級(jí)串聯(lián)FTOTAL=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G2G1。。。。。。（真值運(yùn)算）

NF=10logFTOTA串聯(lián)LNA的總噪聲系數(shù)計(jì)算F1F2F3G1G2G3圖5-2串接LNALNA多級(jí)串聯(lián)7PT=NF-174+10LogB+[（Eb/N0）+10LogRbit-10LogBW]假設(shè)通信速率是E1=2.048Mbit/s，B=BW=2.048MHz,B為射頻帶寬,Eb/N0（QPSK，BER10-6）=11.5dBNF=6dB則：10LogPN=NF-174+10logB+（Eb/N0）]=6-174+11.5+63=-93.5dBm門限功率計(jì)算舉例NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogN-10LogG門限功率計(jì)算舉例NF=10Log(S/N)/SG/PN=18有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)系統(tǒng)理想匹配時(shí)，傳輸線的輸入端噪聲和輸出總噪聲功率相等。L：傳輸線損耗K：波耳茲曼常數(shù)1.38×1023焦耳/K.HzT0：室溫△f：帶寬Hz有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)系統(tǒng)理想匹配時(shí)，傳輸線的輸入端噪聲和輸出總9電纜損耗3dBF=2NF=3dBG=20dBF=2（NF=3dB）NF=3dB圖5-5前邊加無源損耗器件根據(jù)串聯(lián)噪聲系數(shù)計(jì)算公式有：F=2+（2-1）×2=4NF=10log4=6dB顯然比不接電纜變壞3dB通常移動(dòng)通信基站的連接方式電纜損耗3dBF=2G=20dBF=2（NF=3dB）圖5-1050m電纜損耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=2圖5-6塔頂?shù)驮肼暦糯笃鞲纳艬TS接收機(jī)NF根據(jù)噪聲系數(shù)串聯(lián)公式有：FTOTAL=2+（2-1）/100+[（2-1）/100]×2=2.03NF=10log2.02=3.07dB與上例比較,噪聲系數(shù)改善近3dB塔頂?shù)驮肼暦糯笃鞲纳艬TS接收機(jī)NF50m電纜損耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=11典型的基站塔頂放大器TxRxLNA旁路開關(guān)電源ANT圖5-7典型的塔頂LNA結(jié)構(gòu)方框圖到基站典型的基站塔頂放大器TxRxLNA旁路開關(guān)電源ANT圖5-7125.4噪聲系數(shù)測(cè)試（1）使用噪聲系數(shù)測(cè)試儀圖5-3噪聲系數(shù)測(cè)試儀測(cè)試噪聲系數(shù)放大器變頻器件本振固定中頻固定2本振變化中頻固定上/下變頻3本振不變中頻變化上/下變頻非變頻器件5.4噪聲系數(shù)測(cè)試（1）使用噪聲系數(shù)測(cè)試儀圖5-3噪聲系數(shù)測(cè)13NFANFA校準(zhǔn)測(cè)試校準(zhǔn)測(cè)試14HP346ANFA校準(zhǔn)NFA本振DUT測(cè)試HP346A校準(zhǔn)DUT測(cè)試15（2）頻譜儀測(cè)試法（增益法）NF=PNOUTD+174dBm/Hz-增益

混頻模式NF=PNOUT–[-174dBm/Hz+10*log10(BW)+增益]（2）頻譜儀測(cè)試法（增益法）NF=PNOUTD+1716非混頻模式測(cè)試舉例LNA（DUT）頻譜分析儀信號(hào)源測(cè)試結(jié)果計(jì)算結(jié)果：NF=-120dBm+174-（-50dBm-（-100dBm）=4dB

噪聲密度PND=-70dBm-10Log（100000Hz）=-120dBm-100dBm非混頻模式測(cè)試舉例LNA（DUT）頻譜分析儀信號(hào)源測(cè)試結(jié)果計(jì)17(3)Y因子法圖5-5Y因子法測(cè)試噪聲系數(shù)(3)Y因子法圖5-5Y因子法測(cè)試噪聲系數(shù)18超噪比：測(cè)出Y，已知ENR就算出噪聲系數(shù)F。NF=10LogF。TH：噪聲源加電時(shí)的噪聲溫度TN：LNA折算到入口的噪聲溫度超噪比：測(cè)出Y，已知ENR就算出噪聲系數(shù)F。TH：噪聲源加19Y=N2/N1未加電：N1=GKT0B+Na加電：N2=GTHNaKB+Na

N2=YN1=Y(GKT0B+Na)GTHKB+Na=Y(GKT0B+Na)因?yàn)镋NR=(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?yàn)镹a=KTaB折算到輸入口Na/G=KTaB/G設(shè)輸入口噪聲溫度為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)兩邊都加1得1+(Te/T0)=[ENR+1-Y+(Y-I)]/(Y-1)=ENR/(Y-I)Y=N2/N1204.信號(hào)發(fā)生器測(cè)量法當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)噪聲系數(shù)較大時(shí)，可采用信號(hào)發(fā)生器測(cè)量方法。在被測(cè)系統(tǒng)輸入端加入負(fù)載（環(huán)境溫度約290K），測(cè)量輸出噪聲功率P1。然后在輸入端加入信號(hào)發(fā)生器，使信號(hào)發(fā)生器輸出頻率在測(cè)量范圍內(nèi)。調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出功率，使被測(cè)系統(tǒng)輸出功率P2比P1高3dB。可得出噪聲系數(shù)：代入信號(hào)源功率計(jì)DUT4.信號(hào)發(fā)生器測(cè)量法當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)噪聲系數(shù)較大時(shí)，可采用信號(hào)發(fā)215直接測(cè)試法DUT功率計(jì)已知被測(cè)放大器的增益G和帶寬BPNF=PN/GPin=PN/GKT0B5直接測(cè)試法已知被測(cè)放大器的增益G和帶寬BPNF=PN/G22功率計(jì)DUT6冷熱負(fù)載法液氮F=(TH-TCY)/(Y-1)NF=10LogFY=Ph/PCTe=770KTH=2900K功率計(jì)6冷熱負(fù)載法液氮F=(TH-TCY)/(Y-1)Y23影響測(cè)試精度的因素NFA對(duì)DUT測(cè)試的影響NFAF12=F1+(F2-1)/G串聯(lián)噪聲系數(shù)dB302010103050G1F1F2影響測(cè)試精度的因素NFA對(duì)DUT測(cè)試的影響F12=F1+(F241。環(huán)境溫度影響測(cè)試精度2。外部干擾影響測(cè)試精度NFA雙層屏蔽電纜屏蔽GP-IB電纜內(nèi)部電路接頭的輕微變形本振噪聲貢獻(xiàn)1。環(huán)境溫度影響測(cè)試精度雙層屏蔽電纜25精品課件！精品課件！26精品課件！精品課件！27謝謝！謝謝！28

低噪聲放大器靈敏度S=-174+10logBW+NF+C/NC/N=(Eb/N0)+10logRb-10logBWn接收機(jī)NINNF接收機(jī)噪聲系數(shù)NF，就是信號(hào)輸入信噪比，經(jīng)過接收機(jī)變壞的dB數(shù)LNALNA產(chǎn)生的附加噪聲很低噪聲系數(shù)NF：低噪聲放大器靈敏度S=-174+10logBW+NF+C/295.2噪聲系數(shù)GS/NGS/(GN+n)圖5-1低噪聲放大器噪聲系數(shù)NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogNin-10LogG因?yàn)槠渲?Nin=KT0B是輸入噪聲，K=1.38X10-23焦耳/K.Hz，T0=2900K–室溫B—噪聲帶寬PN=GN+N--輸出噪聲功率。10LogNin=-174dBm+10LogB(Hz)NF=10LogPN+174-10LogB-10LogG為了消除帶寬因素，我們將噪聲功率PN換成噪聲密度PN0則可以寫成：NF=10LogPN0+174-10LogG。設(shè)輸出總噪聲功率GNin+n=PN5.2噪聲系數(shù)GS/NGS/(GN+n)圖5-1低噪聲放大30-100-80-60-402.62.652.7-100-80-60-402.62.652.7輸入功率電平dBm輸入功率電平dBmff增益20dBNF=10dBNP=Na+NinGNin器件對(duì)信號(hào)處理過程-100-80-60-402.62.652.7-100-8031噪聲溫度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+GKT0B)/GKT0B=1+Te/T0NF=3F=2Te=2900KNF=6F=4Te=8700K噪聲溫度F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+32噪聲系數(shù)測(cè)試過程DUTMETER噪聲源fMeasMixerLOIFAMPNoiseDrive(直流電源)NF=ENR-10Log(Y-1)ENR:ExcessNoiseRatio(超噪比)噪聲系數(shù)測(cè)試過程噪聲源fMeasMixerLOIFAMPN33噪聲源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2900K偏置電源雪崩二極管匹配網(wǎng)絡(luò)噪聲輸出FreqENRxxxxxxxxxxxx噪聲源ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2934F1F2F3G1G2G3圖5-2串接LNALNA多級(jí)串聯(lián)FTOTAL=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G2G1。。。。。。（真值運(yùn)算）

NF=10logFTOTA串聯(lián)LNA的總噪聲系數(shù)計(jì)算F1F2F3G1G2G3圖5-2串接LNALNA多級(jí)串聯(lián)35PT=NF-174+10LogB+[（Eb/N0）+10LogRbit-10LogBW]假設(shè)通信速率是E1=2.048Mbit/s，B=BW=2.048MHz,B為射頻帶寬,Eb/N0（QPSK，BER10-6）=11.5dBNF=6dB則：10LogPN=NF-174+10logB+（Eb/N0）]=6-174+11.5+63=-93.5dBm門限功率計(jì)算舉例NF=10Log(S/N)/SG/PN=10LogPN-10LogN-10LogG門限功率計(jì)算舉例NF=10Log(S/N)/SG/PN=136有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)系統(tǒng)理想匹配時(shí)，傳輸線的輸入端噪聲和輸出總噪聲功率相等。L：傳輸線損耗K：波耳茲曼常數(shù)1.38×1023焦耳/K.HzT0：室溫△f：帶寬Hz有耗網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)系統(tǒng)理想匹配時(shí)，傳輸線的輸入端噪聲和輸出總37電纜損耗3dBF=2NF=3dBG=20dBF=2（NF=3dB）NF=3dB圖5-5前邊加無源損耗器件根據(jù)串聯(lián)噪聲系數(shù)計(jì)算公式有：F=2+（2-1）×2=4NF=10log4=6dB顯然比不接電纜變壞3dB通常移動(dòng)通信基站的連接方式電纜損耗3dBF=2G=20dBF=2（NF=3dB）圖5-3850m電纜損耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=2圖5-6塔頂?shù)驮肼暦糯笃鞲纳艬TS接收機(jī)NF根據(jù)噪聲系數(shù)串聯(lián)公式有：FTOTAL=2+（2-1）/100+[（2-1）/100]×2=2.03NF=10log2.02=3.07dB與上例比較,噪聲系數(shù)改善近3dB塔頂?shù)驮肼暦糯笃鞲纳艬TS接收機(jī)NF50m電纜損耗2dBG=20dBF=2F=2G=20dBF=39典型的基站塔頂放大器TxRxLNA旁路開關(guān)電源ANT圖5-7典型的塔頂LNA結(jié)構(gòu)方框圖到基站典型的基站塔頂放大器TxRxLNA旁路開關(guān)電源ANT圖5-7405.4噪聲系數(shù)測(cè)試（1）使用噪聲系數(shù)測(cè)試儀圖5-3噪聲系數(shù)測(cè)試儀測(cè)試噪聲系數(shù)放大器變頻器件本振固定中頻固定2本振變化中頻固定上/下變頻3本振不變中頻變化上/下變頻非變頻器件5.4噪聲系數(shù)測(cè)試（1）使用噪聲系數(shù)測(cè)試儀圖5-3噪聲系數(shù)測(cè)41NFANFA校準(zhǔn)測(cè)試校準(zhǔn)測(cè)試42HP346ANFA校準(zhǔn)NFA本振DUT測(cè)試HP346A校準(zhǔn)DUT測(cè)試43（2）頻譜儀測(cè)試法（增益法）NF=PNOUTD+174dBm/Hz-增益

混頻模式NF=PNOUT–[-174dBm/Hz+10*log10(BW)+增益]（2）頻譜儀測(cè)試法（增益法）NF=PNOUTD+1744非混頻模式測(cè)試舉例LNA（DUT）頻譜分析儀信號(hào)源測(cè)試結(jié)果計(jì)算結(jié)果：NF=-120dBm+174-（-50dBm-（-100dBm）=4dB

噪聲密度PND=-70dBm-10Log（100000Hz）=-120dBm-100dBm非混頻模式測(cè)試舉例LNA（DUT）頻譜分析儀信號(hào)源測(cè)試結(jié)果計(jì)45(3)Y因子法圖5-5Y因子法測(cè)試噪聲系數(shù)(3)Y因子法圖5-5Y因子法測(cè)試噪聲系數(shù)46超噪比：測(cè)出Y，已知ENR就算出噪聲系數(shù)F。NF=10LogF。TH：噪聲源加電時(shí)的噪聲溫度TN：LNA折算到入口的噪聲溫度超噪比：測(cè)出Y，已知ENR就算出噪聲系數(shù)F。TH：噪聲源加47Y=N2/N1未加電：N1=GKT0B+Na加電：N2=GTHNaKB+Na

N2=YN1=Y(GKT0B+Na)GTHKB+Na=Y(GKT0B+Na)因?yàn)镋NR=(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?yàn)镹a=KTaB折算到輸入口Na/G=KTaB/G設(shè)輸入口噪聲溫度為Te=N