頻譜分析儀和噪聲系數(shù)測(cè)量

無(wú)處不在的噪聲是射頻和微波設(shè)計(jì)師的敵人，對(duì)此不應(yīng)感到驚奇。噪聲限制了通信接收器檢測(cè)弱信號(hào)的能力，從而妨礙設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)最佳的接收器性能。傳輸信號(hào)中的噪聲惡化了性能，不僅是對(duì)傳輸信號(hào)，而且同樣是對(duì)周?chē)念l譜。由于噪聲是普遍存在的，多年以前，射頻和微波行業(yè)就建立了一個(gè)稱(chēng)為噪聲系數(shù)的測(cè)量參數(shù)，以定量元件或系統(tǒng)給通過(guò)它的信號(hào)增加了多少噪聲。

雖然噪聲系數(shù)是一種用于描述射頻和微波系統(tǒng)噪聲和接收器靈敏度的參數(shù)，但它也是最重要和廣泛使用的參數(shù)。對(duì)于各次測(cè)量和使用不同儀器的測(cè)量，噪聲系數(shù)測(cè)量總是要求高精度和重復(fù)性。精度和重復(fù)性保證了元件和子系統(tǒng)制造商和他們的客戶(hù)所進(jìn)行規(guī)定性能測(cè)量的一致性。

噪聲系數(shù)基礎(chǔ)

作為測(cè)量參數(shù)的噪聲系數(shù)早在二十世紀(jì)四時(shí)年代就開(kāi)始使用，工程師Harold Friis把它定義為用分貝(dB)表示的射頻或微波器件輸入處的信噪比(SNR)除以輸出處的SNR。從它的名稱(chēng)可知，SNR是在給定傳輸環(huán)境中的信號(hào)電平與噪聲電平之比。SNR越高，就有越多的信號(hào)超過(guò)噪聲，使信號(hào)更容易檢測(cè)。因此噪聲系數(shù)是越低越好，因?yàn)樵诶硐肭闆r下，微波元件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)應(yīng)沒(méi)有噪聲施加到通過(guò)的信號(hào)上。但實(shí)際上所有電子器件都會(huì)增加一些噪聲，疊加最低噪聲的是最好的器件，這些器件有最低的噪聲系數(shù)。

噪聲系數(shù)的重要性有多高?

不管如何估計(jì)噪聲系數(shù)對(duì)系統(tǒng)整體性能和成本的重要性都不會(huì)過(guò)高。例如，把直播衛(wèi)星的噪聲系數(shù)降一半，即從2dB降到1dB，與把衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率增加25%在性能上有相同的效果。顯然，制造商會(huì)發(fā)現(xiàn)增加空間發(fā)射機(jī)功率的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于改進(jìn)地面站接收器低噪聲放大器(LNA)性能。

在衛(wèi)星接收器生產(chǎn)線中，只需調(diào)整阻抗電平或選擇適合的晶體管，就能把噪聲系數(shù)降低1dB。1dB噪聲系數(shù)的降低與增加天線25%的面積有同樣效果。增加天線尺寸也增加了成本，加大了操縱和支持機(jī)構(gòu)的體積和重量，對(duì)于有美學(xué)考慮的DBS這類(lèi)應(yīng)用，這樣的天線是太大了。

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，具有低噪聲系數(shù)的基站可減小與之通信的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率，這對(duì)于電池壽命，大小和重量都有積極的影響。

在發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)中噪聲也極為重要。例如，無(wú)線基站線性功率放大器中過(guò)高的噪聲會(huì)降低鄰道接收質(zhì)量，也就是達(dá)不到規(guī)章對(duì)干擾的要求。

進(jìn)行噪聲系數(shù)測(cè)量

有幾種技術(shù)和儀器可用于噪聲系數(shù)的測(cè)量，從專(zhuān)用噪聲系數(shù)分析儀到頻譜分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀和真有效值功率計(jì)。如所預(yù)期的，專(zhuān)用的噪聲系數(shù)分析儀提供最低的測(cè)量不確定度，其次是頻譜分析儀(如果配備前置放大器)。

Keysight ESA-E系列經(jīng)濟(jì)型頻譜分析儀帶有可選的集成前置放大器(選件1DS)，可根據(jù)分析儀的頻率范圍提供10MHz至1.5GHz或3GHz的噪聲系數(shù)測(cè)量。Keysight ESA-E系列頻譜分析儀是PSA系列高性能頻譜分析儀和 Keysight NFA系列噪聲系數(shù)分析儀的補(bǔ)充。如果您的應(yīng)用只需要中等性能的頻譜分析工具，它就是最物美價(jià)廉的解決方案。過(guò)去使用頻譜分析儀測(cè)量噪聲系數(shù)需要許多步驟和若干數(shù)學(xué)計(jì)算，這是繁雜和容易出錯(cuò)的過(guò)程。現(xiàn)在，ESA-E系列新的噪聲系數(shù)測(cè)量專(zhuān)用件實(shí)現(xiàn)了包括計(jì)算在內(nèi)的整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化。這是非常精確和易于使用的解決方案。新的測(cè)量專(zhuān)用件是頻譜分析儀豐富通用能力環(huán)境的集成部分，包括單鍵功率測(cè)量，以及與89601A VSA軟件鏈接的相位和調(diào)制分析。

若要求更高的頻譜分析能力和優(yōu)異的儀器不確定度，用戶(hù)可選擇PSA系列頻譜分析儀。PSA 有您期望于高性能頻譜分析儀的所有功能，以及與ESA-E系列同一用戶(hù)界面的噪聲系數(shù)測(cè)量專(zhuān)用件。因此，客戶(hù)能無(wú)縫地從一種儀器轉(zhuǎn)到下一種儀器，而不必?fù)?dān)心還要去熟悉儀器間的細(xì)微差別。

ESA- E系列和 PSA 系列頻譜分析儀的用戶(hù)可能會(huì)認(rèn)為不再需要專(zhuān)用的噪聲系數(shù)分析儀。但所有這三種儀器都有各自適應(yīng)的環(huán)境。

頻譜分析儀是設(shè)計(jì)師手中最常用和功能最全的測(cè)量工具，幾乎在每一張測(cè)試臺(tái)上都能找到它。例如可首先定位寄生信號(hào)，然后測(cè)量器件在無(wú)干擾噪聲測(cè)量頻率處的噪聲系數(shù)。這樣，帶噪聲系數(shù)測(cè)量專(zhuān)用件的ESA-E系列就成為要以經(jīng)濟(jì)價(jià)格得到眾多測(cè)量能力設(shè)計(jì)師的理想解決方案。這是業(yè)內(nèi)最靈活的頻譜分析儀，它帶有插卡箱結(jié)構(gòu)，完全適應(yīng)對(duì)定制能力的要求。PSA系列是靈活性、速度、精度和動(dòng)態(tài)范圍的優(yōu)異組合，可提供最先進(jìn)的頻譜分析功能。

而噪聲系數(shù)分析儀是完全針對(duì)應(yīng)用的儀器，僅用于測(cè)量噪聲系數(shù)、增益和相關(guān)量。與頻譜分析儀及其它儀器相比，噪聲系數(shù)分析儀更快，更易用、精度更高、頻率范圍更寬。因此是得到所可能最好不確定度的最高端的選擇，特別是對(duì)于3GHz以上頻率。在給出達(dá)26.5GHz全部性能指標(biāo)的儀器中，最快和最精確的儀器是 Keysight NFA 系列噪聲系數(shù)分析儀。