姓名：劉爍爍 瞬矩；學(xué)號：20181213904化戳；學(xué)院：廣州研究院
原鏈接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/67824396
【嵌牛導(dǎo)讀】怎么測試低噪聲放大器(LNA)的噪聲系數(shù)
【嵌牛鼻子】Y因子法,誤差
【嵌牛提問】怎么測試低噪聲放大器(LNA)的噪聲系數(shù)呢涧至？誤差怎么分析搀别？
【嵌牛正文】
有人要測試低噪聲放大器(LNA)的噪聲系數(shù)急侥，但是可能遇到一些麻煩提澎。LNA噪聲系數(shù)的測試采用Y因子法非常簡便姚垃，校準(zhǔn)完成后直接連接待測件即可測試，可操作性非常強盼忌。麻煩在哪里呢积糯？
原來待測件是一個含有四個通道的接收模塊掂墓，每個通道只含有一個LNA，然后經(jīng)過合路器合為一路輸出看成，如圖1所示君编。按理說，逐一測試每一通道的噪聲系數(shù)還是比較簡單的川慌，因為通道中沒有變頻器件吃嘿。但是麻煩在于，四路LNA的供電是同一路梦重，如果測試其中一路時兑燥，很難做到只給一路而不給其它三路供電。因此琴拧，為了方便測試降瞳，朋友問能否在四路同時供電的情況下測試每一路的噪聲系數(shù)。如果這樣測試蚓胸，大體上會帶來多大的誤差挣饥？
四路LNA同時供電的情況下，當(dāng)然還可以使用Y因子法進行測試沛膳，可以得到一個測量結(jié)果扔枫，但是已不再講究測試精度。盡管如此锹安，如果要對比只給待測通道供電情況下的測試結(jié)果茧吊，還是可以通過公式推導(dǎo)一番的。
推導(dǎo)過程比較復(fù)雜八毯，為了簡便起見搓侄，作如下假設(shè)：(1) 四個通道具有相同的增益G 和噪聲因子 F；(2) 室溫為290K( T0 )话速；(3) 合路器通道隔離度良好讶踪，及各級器件之間匹配良好。
1. 首先考慮只給待測通道供電的情況泊交，其它三路不供電乳讥，且端接50 Ohm匹配負載。不供電的三路也會在合路器輸出端貢獻一部分噪聲廓俭，但是相對于待測通道的輸出噪聲要小很多云石，所以下面的推導(dǎo)將其忽略。采用Y因子法測試之前需要做噪聲系數(shù)校準(zhǔn)研乒，這是為了得到頻譜儀自身的噪聲系數(shù)汹忠，同時校準(zhǔn)過程中的中間測量量將用于待測件增益的計算。
校準(zhǔn)時，將噪聲源直接連接于頻譜儀宽菜，利用噪聲源打開和關(guān)斷兩種狀態(tài)下的測量值谣膳，便可以提取出頻譜儀的噪聲系數(shù)。
當(dāng)噪聲源分別打開和關(guān)閉時铅乡，頻譜儀在帶寬B范圍內(nèi)測得的噪聲功率為：
式中继谚， Ton 和 Toff 分別為噪聲源打開和關(guān)閉時的等效噪聲溫度， FSA和TSA 分別為頻譜儀的噪聲因子及等效噪聲溫度阵幸，?
?GSA為頻譜儀的通道增益——頻譜儀通道經(jīng)過校準(zhǔn)花履，因此可以認為其增益為1。
噪聲系數(shù)校準(zhǔn)完成后挚赊，連接待測件進行測試诡壁，當(dāng)噪聲源分別打開和關(guān)閉時，頻譜儀在帶寬B范圍內(nèi)測得的噪聲功率為：
根據(jù)校準(zhǔn)及測試過程中測得的噪聲功率咬腕，便可以確定待測件的增益欢峰，公式如下：
定義Y因子為
在 T0 溫度下葬荷，由Y因子及噪聲源超噪比ENR便可以計算出待測件與頻譜儀總體的噪聲系數(shù)：
下面考慮另外一種情況涨共，四路LNA同時供電，測試結(jié)果將是怎樣的宠漩。
2. 如果四路同時供電举反，測試結(jié)果將會怎么樣呢？不測試的三路端接50 Ohm匹配負載扒吁，由于在正常狀態(tài)下火鼻，其在合路器輸出端貢獻的噪聲不能再忽略。
噪聲系數(shù)的校準(zhǔn)與前面第一種情況完全相同雕崩，此處不再贅述魁索。校準(zhǔn)完成后，連接待測件進行測試盼铁。當(dāng)噪聲源分別打開和關(guān)閉時粗蔚，頻譜儀在帶寬B范圍內(nèi)測得的噪聲功率為：
在此過程中計算得到的待測件的增益為
經(jīng)過驗證， G1=G .
定義Y因子為
在 T0 溫度下饶火，由Y因子及噪聲源超噪比ENR便可以計算出待測件與頻譜儀總體的噪聲系數(shù)：
3. 對比分析上述兩種情況鹏控，評估測試結(jié)果差異大小。
如果 GF>>FSA肤寝，則上式可以簡化為
這意味著第二種情況測得的總噪聲系數(shù)將比第一種情況高約6dB.
總噪聲系數(shù)是指待測件與頻譜儀總體的噪聲系數(shù)当辐，如果將頻譜儀自身的噪聲系數(shù)修正掉，那么兩種情況測得的待測件的噪聲系數(shù)有多少差異呢鲤看？
對于兩級級聯(lián)系統(tǒng)缘揪，待測件與頻譜儀級聯(lián)后總體的噪聲因子為：
因?
?比?
?高約6dB，故滿足如下關(guān)系
因 G1=G，上式進一步化簡得
上述公式推導(dǎo)基于假設(shè)?GF>>FSA寺晌，通常LNA的噪聲系數(shù)在1.5dB~3dB之間世吨，對應(yīng)的噪聲因子為位于1.4~2之間，這意味著如果要滿足該假設(shè)條件呻征，則要求LNA的增益 G>>FSA 耘婚。
這種情況下，可以作如下估計
小結(jié)：當(dāng)測試其中一個通道的噪聲系數(shù)時沐祷，如果其它三個通道不斷電，則當(dāng)待測通道的增益?
?遠遠大于頻譜儀自身噪聲系數(shù)?
?時攒岛，測得的噪聲系數(shù)結(jié)果比單獨測試一個通道(其它三個通道斷電)的結(jié)果高約6dB赖临！
