初步学习噪声系数的三种测量方式

今天一起来初步学习噪声系数的三种测量方式：

Gain method

Y-factor method

Noise Figure Meter method

在无线通信系统中，噪声系数定义了噪声性能及对接收机灵敏度的影响。之前也曾写过噪声系数的定义：

下面的表格为一些典型的射频系统的噪声系数：

对不同的应用，合适的测量方法有所不同。由上表可以看到，有些应用具有高增益低噪声，如高增益模式下的低噪放；有些具有低增益和高噪声，如混频器和低增益模式下的低噪放；有些具有较宽范围的噪声，如接收机。对不同系统或单元，测量的方式需要仔细选择，这边就分别来讨论噪声仪法，增益法和Y因子法。

A. Noise Figure Meter method

测试架构如下图：

噪声仪，图示如Agilent N8973A，产生一28V的直流脉冲信号来驱动一噪声源HP346A/B 。噪声源产生噪声来驱动待测设备，待测设备的输出端接入噪声分析仪。由于已知输入噪声和噪声源的信噪比，因而待测设备的噪声可以被计算并显示出来。对于特定的应用，如混频器和接收机，可能还会需要一本振信号。同样的，特定的参数需要在测量前在噪声分析仪中设置好，如频率范围、放大器 or 混频器模式。

使用噪声仪可以最直接的测量噪声系数，在大多数情况下也是最准确的。它可以测量一定频带内的噪声，同时还可以显示其带内的增益。当然，使用噪声仪也会有一定的限制，如Agilent N8973A 的工作带宽仅限于10MHz到 3GHz。而且在测较高的噪声系数时，如超过10dB时，结果会非常不准确。另外，这种方法成本很高。

B. Gain method

除了利用噪声仪来直接测量之外还有其他方法可以测量噪声系数。这些方法涉及到一些间接的测量，包括需要校准，但是在特定的情况下，它们会更加方便，更加准确。一种较受欢迎的方法是“增益法”，其原理是基于上面的噪声系数的定义。通过公式推导，我们可以得到：

在测量噪声之前，需要提前测量待测设备的增益。然后，在测试时待测设备的输入端接特性阻抗50欧或75欧的负载，输出噪声功率由频谱仪读出。测试架构如下：

在频谱仪上，要想获得较稳定和准确的噪声密度的读数，分辨率带宽RBW和视频带宽VBW的最优比为RBW/VBW = 0.3。只要频谱仪可以满足要求，增益法可以覆盖任意频段，其最大的限制是频谱仪的噪底。当待测设备增益越高，测量结果会越准确。

C. Y-factor method

Y因子法也是一种常见的测试噪声的方法，它需要一个ENR源，实际上就是上面提到的噪声源。噪声头通常需要较高的直流电压输入，如HP346A/B需要28V的直流驱动。此外，其带宽通常比较宽，如HP346A/B是10MHz-18GHz，在特定的频率点都会有标准的噪声系数，中间频率点的噪声通过插值获得。测试架构如下：

通过控制直流驱动电压的通断，可以控制噪声源的通断。计算噪声系数的公式如下：

其中，超噪比ENR值一般列在噪声头上，Y即为噪声源通和断时输出噪声功率密度之比。具体公式的推导和测试相关下次再专门写一篇吧。

小结：理论上，对同样的射频器件测量结果应该是一致的，但是由于测量设备的限制，如准确性、频带范围、噪底等等，我们需要仔细选择最合适的方式来获得正确的结果。文中讨论的三种噪声测试方法，每种都有其优点和缺点，汇总如下表。