模拟技术知识课堂:噪声系数的计算及测量方法三

　　Y因数法是另外一种常用的测量噪声系数的方法。为了使用Y因数法，需要ENR(冗余噪声比)源。这和前面噪声系数测试仪部分提到的噪声源是同一个东西。装置图见图3。

　　图3。

　　ENR头通常需要高电压的DC电源。比如HP346A/B噪声源需要28伏DC。这些ENR头能够工作在非常宽的频段(例如HP346A/B为 10MHz至18GHz)，在特定的频率上本身具有标准的噪声系数参数。表2给出具体的数值。在标识之间的频率上的噪声系数可通过外推法得到。

　　开启或者关闭噪声源(通过开关DC电压)，工程师可使用频谱分析仪测量输出噪声功率谱密度的变化。计算噪声系数的公式为:

　　在这个式子中，ENR为上表给出的值。通常ENR头的NF值会列出。Y是输出噪声功率谱密度在噪声源开启和关闭时的差值。这个公式可从以下得到。

　　ENR噪声头提供两个噪声温度的噪声源：热温度时T=TH(直流电压加电时)和冷温度T=290°K。ENR噪声头的定义为：

　　冗余噪声通过给噪声二极管加偏置得到。现在考虑在冷温度T=290°K时与在热温度T=TH时放大器(DUT)功率输出比：

　　Y=G(Th+Tn)/G(290+Tn)=(Th/290+Tn/290)/(1+Tn/290)

　　这就是Y因数法，名字来源于上面的式子。

　　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HP346AENR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。

　　以上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。表3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。

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。

 

　　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;

　　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;

　　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。