噪声系数和测量.pptVIP

低噪声放大器的噪声系数和测量方法,低噪声放大器,灵敏度S=-174+10logBW+NF+C/N C/N=(Eb/N0)+10logRb-10logBWn,NIN,NF,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,LNA,LNA产生的附加噪声很低,噪声系数NF：,5.2噪声系数,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=2900 K 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=PN,-100,-80,-60,-40,2.6,2.65,2.7,-100,-80,-60,-40,2.6,2.65,2.7,输入功率电平dBm,输入功率电平dBm,f,f,增益20dB NF=10dB,NP=Na+NinG,Nin,器件对信号处理过程,噪声温度,F=(Na+GKT0B)/GKT0B=(GKTeB+GKT0B)/GKT0B=1+Te/T0 NF=3 F=2 Te=2900K NF=6 F=4 Te=8700K,噪声系数测试过程,DUT,METER,噪声源,fMeas,Mixer,LO,IF AMP,Noise Drive(直流电源),NF=ENR-10Log(Y-1) ENR:Excess Noise Ratio(超噪比),噪声源,ENR=(T-T0)/T0=(Th-2900K)/2900K,Freq ENR xxx xxx xxx xxx,F1,F2,F3,G1,G2,G3,图5-2串接LNA,LNA多级串联 FTOTAL=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G2 G1。 （真值运算） NF=10logFTOTA,串联LNA的总噪声系数计算,PT=NF-174+10LogB+ （Eb/N0）+10Log Rbit-10Log BW 假设通信速率是E1=2.048Mbit/s， B=BW=2.048MHz ,B为射频带宽, Eb/N0（QPSK ，BER 10-6）=11.5dB NF=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,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1.381023焦耳/K.Hz T0：室温 f：带宽Hz,电缆损耗3dB,F=2 NF=3dB,G=20dB,F=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=4 NF=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,50m电缆损耗2dB,G=20dB,F=2,F=2,G=20dB,F=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）/1002=2.03 NF=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NF,典型的基站塔顶放大器,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,NFA,NFA,校准,测试,HP346A,NFA,校准,NFA,本振,DUT,测试,（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,非混频模式测试举例,频谱分析仪,测试结果,计算结果：NF=-120dBm+174-（-50dBm-（-100dBm）=4dB,噪声密度PND=-70dBm-10Log（100000Hz）=-120dBm,-100dBm,(3) Y因子法,图5-5Y因子法测试噪声系数,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,Y=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)/T0 TH=(ENR+1)T0 GK(ENR+1)T0B+Na=Y(GKT0B+Na)=YGKT0B+YNa Na(Y-1)= GK(ENR+1)T0B-YGKT0B Na= 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/G Na=KTaB=GKTeB GKBTe=(ENR+1)-YGKBT0/(Y-1) Te=(ENR+1)-YT0/(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),4.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,DUT,5 直接测试法,DUT,功率计,已知被测放大器的增益G和带宽B,PN,F=PN/GPin=PN/GKT0B,功率计,DUT,6 冷热负载法,液氮,F=(TH-TCY)/(Y-1) NF=10LogF,Y=Ph/PC,Te=770K,TH=2900K,影响测试精度的因素,NF