[讨论]噪声系数由那些测试方法？

kkkttt · 发表于 2005-11-18 09:20

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分别适用于什么条件？谁能详细介绍一下?

phoenixer · 发表于 2006-4-19 14:07

网上有很多这方面的资料，自己搜索一下就可以了

simon21 · 发表于 2006-5-6 16:51

噪声系数及其测量 邵一祥 syx@eastcom.com 第一章什么是噪声系统 引言 现代接收系统经常处理微弱信号，但系统噪声却恶化小信号。接收灵敏度、比特误码率（BER）和噪声系数是用来表征系统处理小信号能力的常用参数。其中噪声系数不但可以用来表征系统特性，而且可以用来表征电路模块特性。一旦噪声系数和信号带宽已知，可以方便地评估系统灵敏度。 噪声在通信系统中的重要性 在通信系统中接收机输出信噪比（S/N）是一个很重要的参数。对数字通信系统来说，通常通过比特误码率的测量来评价通信可靠性。而比特误码率与信噪比密切相关。图1显示了常用数字调制方式误码可能性与信噪比关系。 图1 输出信噪比与二个因素有关：输入信噪比与系统噪声系数。在卫星通信中，噪声系数尤其重要。如果把终端接收机低噪声放大器（LNA）的噪声系数从2dB减小到1dB，对接收质量的影响等同于星上发射机输出功率增加一倍，而后者是非常困难的。 噪声在发射机中有时也是一个重要参数。例如，移动通信基站发射的噪声功率将降低邻信道的信噪比和降低系统效率。 噪声源 通常所说的噪声是由闪烁噪声、热噪声、弹射噪声及其它因素引起的噪声的综合效应，其中以热噪声为主（闪烁噪声在零中频接收机中须额外考虑）。 噪声系数概念 一个二端口网络的噪声系数定义为输出信噪比与输入信噪比之比。 F=（Si/Ni）/（So/No） (1-1) 如果收信机本身不存在噪声，则输出信噪比等于输入信噪比，这时噪声系数等于1。但是一个实际的收信机会在输出信号中加入额外的噪声，所以其噪声系数总是大于1。 在下面的例子中，输入信号功率比输入噪声功率大40dBm。放大器对输入信号和输入噪声均放大20dB，同时加入额外的噪声。此时输出信号功率仅比输入噪声功率大30dBm，信噪比恶化了10dB，即放大器的噪声系数为10dB。 图2 下面展开详细地讨论。 F=（Si/Ni）/（So/No） =（Si/Ni）/ (G Si /（Na+G Ni）) = (Na+G Ni）/GNi （1-2） 其中So和No分别为输出信号与输出噪声功率；Na为被测系统产生的噪声；G是增益。 Ni=KTB 其中K是波尔曼常数1.38*10-23；T是测试温度（约290K）；B是带宽。将上式代入式（1-2），则有： F=(Na+G KTB）/GKTB （1-3） 通常噪声系数是频率的函数，但与带宽无关（Na与B成正比，则式（1-3）中的B被消去）。当被测系统工作于线性区时，噪声系数与输入信号功率无关。 噪声系数一般用对数表示，此时有： NF=10 log F 噪声系数与噪声温度 用噪声系数F来描述具有比较理想噪声特性的收信机时，所得的数值都很接近1。此时采用等效噪声温度Te更为方便。当输入端达到匹配时有： Te= Na/GKB = T(F-1) T是测试温度，单位是K 第二章双端口网络的噪声特性 多级系统的噪声系数 系统总的噪声系数可以通过单级噪声系数和增益计算。 图3 在图3 的二级系统中，输出噪声由以下几部分组成：经过G1G2二级放大后的源噪声；经过G2放大后的第一级放大器产生的噪声；第二级放大器产生的噪声。可以得到下式： N0=KTBG1G2（F1+（F2-1）/G1） 可推出系统总的噪声系数： Fsys=F1+(F2-1)/G1 进而可推导出一个由n级串联成的系统的总噪声系数为： Fsys=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2+...(Fn-1)/G1G2...Gn-1 带宽的影响 在噪声测量中，通常假设在测量频段内被测件的幅频特性是平坦的，这意味着测量带宽必须小于被测件工作带宽。 第三章噪声系数的测量 噪声源 在噪声系数测量中经常用到噪声源。噪声源种类很多，按产生噪声方式可分为电阻噪声发生器、半导体二极管噪声发生器、气体放电管噪声发生器等。 噪声源最重要的指标是剩余相对噪声温度，或称ENR（Excess Noise Rate）。 ENRdB=10 lg((Th-Tc)/T0) （3-1） 式中TDH为噪声打开时的等效噪声温度；TO为环境温度（约290K）。 Y-参数测量法 Y-参数测量法是大部分手动或自动噪声系数测量系统的基础。通过使用一个噪声源，可测出相应的噪声源打开、关闭时被测系统的输出噪声功率N2、N1。这两个功率之比称为Y参数。功率检测器可以是功率计、频谱分析仪等设备。测量仪表的绝对测量精度要求不高，但对两次测量的相对测量精度要求较高。 Y=N2/N1 （3-2） 或者用dB表示为： Y=10（Ydb/10）（3-3） 由于 N1=KT0BG+Na N2=(ENR+1) × K T0BG+Na 推出 Na=K×T0×B×G（ENR/（Y-1）-1）（3-4） 因有 So=SiG No=NiG+Na 可推出 Fsys=ENR/(Y-1) （3-5） 噪声系数远大于ENR时，Y接近1，此时测量精度降低。通常噪声系数比ENR大10dB时，Y-参数测量法会带来较大的误差。 当噪声源Tc不等于290K参考温度T0时，3-5式可修正为： Fsys=（ENR-Y（Tc/T0-1））/(Y-1) 信号发生器测量法 当被测系统噪声系数较大时，可采用这种方法。 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： Fsys=Pgen/KT0B Pgen是信号发生器输出功率。 噪声系数校准 以上讨论的测量结果中包含了测试系统的噪声系数。被测系统的增益G1较大时，测试系统的影响较小。当G1较小时，引入修正公式： F1=Fsys-(F2-1)/G1 F1是修正后的噪声系数，F2是测试系统噪声系数。F2可按前面介绍的方法得到。

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