数字TR组件噪声系数测量

    数字雷达在国内蓬勃发展，其关键部件数字TR组件的噪声系数测量一直是难题。
    来自安捷伦的微波专家：王凡，通过理论分析和大量实践解决了这个难题。
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    1. 数字TR组件噪声系数定义

     1.1 噪声系数概念和测试方法

     噪声系数是衡量接收机灵敏度的直接指标，噪声系数定义为器件输出端总噪声功率输出和仅有输入端引入的噪声（一般就是白噪声）在输出端的噪声功率之比，公式如下：

     输出噪声总功率可以写成：

     由于此，我们知道输出噪声功率和输入噪声功率成线性关系。如下图所示：

    在被测的输入端使用噪声源提供冷态Tc和热态Th两种噪声功率，并测量两种情况下的输出功率N1、N2，计算出Y因子。通过推导我们可以知道被测件的噪声系数和Y因子的关系。

     其中ENR即是噪声源的超噪比，以dB为单位。Y使用线性值。

    Y因子法具有一些突出的优点，例如，Y因子法无需测量输出噪声功率的绝对值，只需要测量输出噪声功率的相对值，这样只要接收机的线性度够好，就能满足测试需求。

    1.2 数字TR组件噪声系数概念

    数字TR组件和传统模拟组件的区别在于其输出信号是数字信号，其接收链路的噪声系数由级联的模拟前端和AD的噪声共同贡献，所以：

    上式中，

    No是数字输出端噪声总功率，G1是模拟前端的增益，Na1是模拟前端的噪声贡献，NAAD是AD的噪声贡献，系统认为AD的增益为一。

     数字TR组件的噪声系数和传统模拟器件的噪声系数的定义是相同的，也可以采用相同的测量方法。但是，对于AD输出的数字信号的功率定义是需要明确的。虽然我们可以根据ADC的参考电压计算出数字信号所对应的功率值，但是实际上数字信号的功率是没有绝对意义的，只需要考虑相对值。在数字TR噪声系数测试时，采用Y因子法，我们也只需要获得冷热两种噪声激励时功率的比值。

    2. 数字TR组件噪声系数测试方案

    2.1 测试系统框图

    根据前面的考虑和分析，可以构建如图所示的测试系统：

    系统由噪声源、逻辑分析仪或定制采集卡以及89601A信号分析软件构成。使用外部电源给噪声源供电，加28V电压时产生热噪声，0V时为冷噪声。89601A软件是Agilent公司提供的综合信号分析软件，可以对信号进行多域分析，进行频谱分析和功率测量。

    2.2 测试例子

    作者对某一型号数字TR组件进行测量，获得冷态和热态两种噪声激励下，数字信号输出的功率，测量结果如下图所示：

  计算两种功率比值获得Y因子，此例中Y=5.84，所用的噪声源的ENR是15.0 dB，计算得到噪声系数为8.1dB。

    2.3 测量误差的考虑

    测量误差总是难免的，但是可以通过一定方法减小误差。

    1).选择超噪比小的噪声头。噪声源的超噪比(ENR)分为6dB和15dB两种，小ENR的噪声源端口驻波会更好，可以减小测量误差。

    2).通过平均减小噪声功率测量的抖动。我们知道，噪声的功率是个长时间平均量，为了获得准确的噪声功率测量值，可以使用多次平均的方法，89601A软件支持功率平均。如上次中采用500此平均。同时，可以增加噪声信号频谱分析的RBW或者采用Band Power的概念，使用更大的RBW在相同的平均时间里可以获得更小的抖动。