【導讀】本文介紹了測量噪聲係數的三種方法：增益法、Y係數法和噪聲係數測試儀法。這三種方法的比較以表格的形式給出。在無線通信係統中，噪聲係數（NF）或者相對應的噪聲因數(F)定義了噪聲性能和對接收機靈敏度的貢獻。本篇應用筆記詳細闡述這個重要的參數及其不同的測量方法。

噪聲指數和噪聲係數

噪聲係數(NF)有時也指噪聲因數(F)。兩者簡單的關係為：

NF = 10 * log10 (F)

噪聲係數（噪聲因數）包含了射頻係統噪聲性能的重要信息，標準的定義為：

從這個定義可以推導出很多常用的噪聲係數(噪聲因數)公式。

下表為典型的射頻係統噪聲係數：

噪聲係數的測量方法隨應用的不同而不同。從上表可看出
，一些應用具有高增益和低噪聲係數（低噪聲放大器(LNA)在高增益模式下），一些則具有低增益和高噪聲係數（混頻器和LNA在低增益模式下），一些則具有非常高的增益和寬範圍的噪聲係數（接收機係統）。因此測量方法必須仔細選擇。本文中將討論噪聲係數測試儀法、增益法以及Y係數法。

使用噪聲係數測試儀

噪聲係數測試/分析儀在圖1種給出。

圖1

噪聲係數測試儀，如Agilent的N8973A噪聲係數分析儀
，產生28VDC脈衝信號驅動噪聲源(HP346A/B)，該噪聲源產生噪聲驅動待測器件(DUT)。使用噪聲係數分析儀測量待測器件的輸出。由於分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比，DUT的噪聲係數可以在內部計算和在屏幕上顯示。對於某些應用(混頻器和接收機)

，可能需要本振(LO)信號，如圖1所示。當然，測量之前必須在噪聲係數測試儀中設置某些參數
，如頻率範圍、應用(放大器/混頻器)等。

shiyongzaoshengxishuceshiyishiceliangzaoshengxishudezuizhijiefangfa。zaidaduoshuqingkuangxiayeshizuizhunquedi。gongchengshikezaitedingdepinlvfanweineiceliangzaoshengxishu，fenxiyinenggoutongshixianshizengyihezaoshengxishubangzhuceliang。fenxiyijuyoupinlvxianzhi。liru
，Agilent N8973A可工作頻率為10MHz至3GHz。當測量很高的噪聲係數時，例如噪聲係數超過10dB
，測量結果非常不準確。這種方法需要非常昂貴的設備。

增益法

qianmiantidao
，chulezhijieshiyongzaoshengxishuceshiyiwaihaikeyicaiyongqitafangfaceliangzaoshengxishu。zhexiefangfaxuyaogengduocelianghejisuan，danshizaimouzhongtiaojianxia，zhexiefangfagengjiafangbianhezhunque。qizhongyigechangyongdefangfajiaozuo“增益法”
，它是基於前麵給出的噪聲因數的定義：

在(zai)這(zhe)個(ge)定(ding)義(yi)中(zhong)，噪(zao)聲(sheng)由(you)兩(liang)個(ge)因(yin)素(su)產(chan)生(sheng)。一(yi)個(ge)是(shi)到(dao)達(da)射(she)頻(pin)係(xi)統(tong)輸(shu)入(ru)的(de)幹(gan)擾(rao)

，與(yu)需(xu)要(yao)的(de)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)不(bu)同(tong)。第(di)二(er)個(ge)是(shi)由(you)於(yu)射(she)頻(pin)係(xi)統(tong)載(zai)波(bo)的(de)隨(sui)機(ji)擾(rao)動(dong)(LNA
，混頻器和接收機等)。第二種情況是布朗運動的結果，應用於任何電子器件中的熱平衡
，器件的可利用的噪聲功率為：

PNA = kTΔF,

這裏的k = 波爾茲曼常量(1.38 * 10^-23焦耳/ΔK),

T = 溫度
，單位為開爾文

ΔF = 噪聲帶寬(Hz)

在室溫(290ΔK)時
，噪聲功率譜密度P_NAD = -174dBm/Hz。

因而我們有以下的公式：

NF = PNOUT - (-174dBm/Hz + 20 * log10(BW) + 增益)

在公式中
，PNOUT是已測的總共輸出噪聲功率，-174dBm/Hz是290°K時環境噪聲的功率譜密度。BW是感興趣的頻率帶寬。增益是係統的增益。NF是DUT的噪聲係數。公式中的每個變量均為對數。為簡化公式，我們可以直接測量輸出噪聲功率譜密度(dBm/Hz)，這時公式變為：

NF = PNOUTD + 174dBm/Hz - 增益

為了使用增益法測量噪聲係數
，DUT的增益需要預先確定的。DUT的輸入需要端接特性阻抗(射頻應用為50Ω，視頻/電纜應用為75Ω)。輸出噪聲功率譜密度可使用頻譜分析儀測量。

增益法測量的裝置見圖2。

圖2

作為一個例子
，我們測量MAX2700噪聲係數的。在指定的LNA增益設置和VAGC下測量得到的增益為80dB。接著，如上圖裝置儀器，射頻輸入用50Ω負載端接。在頻譜儀上讀出輸出噪聲功率譜密度為-90dBm/Hz。為獲得穩定和準確的噪聲密度讀數
，選擇最優的RBW (解析帶寬)與VBW (視頻帶寬)為RBW/VBW = 0.3。計算得到的NF為：

-90dBm/Hz + 174dBm/Hz - 80dB = 4.0dB

隻(zhi)要(yao)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)允(yun)許(xu)，增(zeng)益(yi)法(fa)可(ke)適(shi)用(yong)於(yu)任(ren)何(he)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)。最(zui)大(da)的(de)限(xian)製(zhi)來(lai)自(zi)於(yu)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)的(de)噪(zao)聲(sheng)基(ji)底(di)。在(zai)公(gong)式(shi)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)
，當(dang)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)較(jiao)低(di)(小於10dB)時，(POUTD - 增益)接近於-170dBm/Hz，通常LNA的增益約為20dB。這樣我們需要測量-150dBm/Hzdezaoshenggonglvpumidu
，zhegezhidiyudaduoshupinpuyidezaoshengjidi。zaiwomendelizizhong，xitongzengyifeichanggao，yinerdaduoshupinpuyijunkezhunqueceliangzaoshengxishu。leisidi，ruguoDUT的噪聲係數非常高(比如高於30dB)，這個方法也非常準確。

Y因數法

Y因數法是另外一種常用的測量噪聲係數的方法。為了使用Y因數法
，需要ENR (冗餘噪聲比) 源。這和前麵噪聲係數測試儀部分提到的噪聲源是同一個東西。裝置圖見圖3：

圖3.

ENR頭通常需要高電壓的DC電源。比如HP346A/B噪聲源需要28VDC。這些ENR頭能夠工作在非常寬的頻段(例如HP346A/B為10MHz至18GHz)，在特定的頻率上本身具有標準的噪聲係數參數。下表給出具體的數值。在標識之間的頻率上的噪聲係數可通過外推法得到。

表1. 噪聲頭的ENR

開啟或者關閉噪聲源(通過開關DC電壓)，工程師可使用頻譜分析儀測量輸出噪聲功率譜密度的變化。計算噪聲係數的公式為：圖片

在這個式子中
，ENR為上表給出的值。通常ENR頭的NF值會列出。Y是輸出噪聲功率譜密度在噪聲源開啟和關閉時的差值。

這個公式可從以下得到：

ENR噪聲頭提供兩個噪聲溫度的噪聲源：

熱溫度時T = T_H (直流電壓加電時)和冷溫度T = 290°K。

ENR噪聲頭的定義為：

圖片冗餘噪聲通過給噪聲二極管加偏置得到。現在考慮在冷溫度T = 290°K時與在熱溫度T = T_H時放大器(DUT)功率輸出比：Y = G(Th + Tn)/G(290 + Tn) 

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

這就是Y因數法，名字來源於上麵的式子。

根據噪聲係數定義
，F = Tn/290+1，F是噪聲因數(NF = 10 * log(F))，因而，Y = ENR/F+1。在這個公式中，所有變量均是線性關係，從這個式子可得到上麵的噪聲係數公式。

我們再次使用MAX2700作為例子演示如何使用Y因數法測量噪聲係數。裝置圖見圖3。連接HP346A ENR到RF的輸入。連接28V直流電壓到噪聲源頭。我們可以在頻譜儀上監視輸出噪聲功率譜密度。開/關直流電源，噪聲譜密度從-90dBm/Hz變到-87dBm/Hz。所以Y = 3dB。為了獲得穩定和準確的噪聲功率譜密度讀數，RBW/VBW設置為0.3。從表2得到，在2GHz時ENR = 5.28dB
，因而我們可以計算NF的值為5.3dB。

總結

zaibenpianwenzhangtaolunleceliangshepinqijianzaoshengxishudesanzhongfangfa。meizhongfangfadouyouqiyouquedian
，shiyongyutedingdeyingyong。xiabiaoshisanzhongfangfayouquediandezongjie。lilunshang，tongyigeshepinqijiandeceliangjieguoyinggaiyiyang，danshiyouyushepinshebeidexianzhi(可用性、精度、頻率範圍
、噪聲基底等)
，必須選擇最佳的方法以獲得正確的結果。

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