安捷伦科技噪声系数测试仪选择指南

安捷伦科技噪声系数测试仪选择指南使噪声降到最低安捷伦科技50年来在噪声系数测试领域一直处于领导地位查找更多信息噪声系数概述目录噪声系数概述........................2NFAN8973/4/5A.................11PSAE4440/3/5/6/7/8A........13X系列信号分析仪(MXA/EXA)N9020A/N9010A.................14ESAE4402/4/5/7B.............15PNA-X微波矢量网络分析仪N5242A............16SNS系列智能噪声源N4000/1/2A.........................17346系列传统噪声源346A/B/C.............................18347系列高频噪声源R347B/Q347B.....................19噪声源测试仪N2002A...............................20其它技术文献......................21噪声系数是表征接收机及其组成部件在有热噪声存在的情况下处理微弱信号的能力的关键参数之一。例如，在测量低噪声放大器(LNA)时，噪声系数描述的是由于LNA的有源器件在内部产生噪声而导致信号的信噪比下降。安捷伦科技提供噪声系数测试解决方案已有50年的历史—从噪声计到现代基于频谱、网络和噪声系数分析仪的解决方案。使用这些仪表您不但可以既方便又快速地进行噪声系数的测试，而且还可以得到很高的测量精度。噪声系数的精确测量对于产品的研发和制造都非常关键。在研发领域，高测试精度可以保证设计仿真和真实测量之间的可复验性很高，并有助于发现在仿真过程中未予以考虑的噪声来源。在生产和制造领域，更高的测试精度意味着在设定和验证器件的技术指标时可以把指标的余量设定得更小。不言而喻，最终产品的技术指标越高，就越有市场竞争力，要么可以以更高的价格在市场上销售或者在同样的价格水平上赢取更大的市场份额。为了选择适当的仪表满足您测量噪声系数的要求，有必要首先了解一些测试噪声系数的基本原理以及与之相关的测量结果的不确定性。噪声系数测量的不确定性不仅取决于测试设备，同时也是被测器件(DUT)的某些特征，例如S参数和噪声参数的函数。目前，用于测量噪声系数的方法主要有两种。最流行的方法称为Y因子技术或者冷/热噪声源技术。Y因子方法使用一个与DUT的输入端直接相连的噪声源，提供两个输入噪声电平。这种方法测试DUT的噪声系数和标量增益。用频谱分析仪和噪声系数分析仪测试噪声系数用的就是这种方法。Y因子技术易于使用，特别是当噪声源具有良好的源匹配并且可以与DUT直接连接时，测试结果的精度是很好的。测试噪声系数的另一方法称为冷噪声源或者直接噪声方法。这种方法不在DUT的输入端连接一个噪声源，而是只需要一个已知的负载(通常为50欧姆)。但是，冷源方法需要单独测量DUT的增益。这种方法特别适用于用矢量网络分析仪测试噪声系数，因为可以用矢量误差校准的方法来得到非常精确的增益(S21)测量结果。使用安捷伦科技最新一代微波网络分析仪PNA-X测试噪声系数时，矢量误差校准技术和PNA-X独特的源校准方法相结合，可以得到业界最高的噪声系数测量精度。冷噪声源方法还具有只需与DUT进行一次连接便可同时测量S参数和噪声系数的优点。冷噪声源方法虽然在测试的时候不需要噪声源，但是在系统的校准过程中，需要使用噪声源。噪声系数的测量技术两种主要的噪声系数测量方法为:●Y因子●冷噪声源法要找到有关这些方法的更多信息，请参见应用指南57-1，射频和微波噪声系数测量基础，文献编号:5952-8255E。查找更多信息有几个关键因素会影响到整个噪声系数测量结果的不确定性。选择噪声系数测试方案时，非常重要的一点是要选择一种能把影响整个噪声系数不确定性诸因素中最主要因素的影响降低到最小的方法。这些可以影响噪声系数测量结果不确定性的因素，有一部分可在仪表的技术指标中找到，例如仪表本身测试结果的不确定性、超噪声比(ENR)的不确定性和抖动等。而其它因素则取决于测试系统与DUT之间的相互作用。例如，由于系统源匹配的不完善(偏离理想的50欧姆)，就会有两种误差来源。第一个为失配误差，这会导致测试系统与DUT之间的能量传送不理想。第二个误差源则来自于DUT内部产生的噪声与从DUT一侧看到的源匹配(Γs)之间的相互作用。下图比较了Y因子方法与冷噪声源方法(PNA-X所用的方法)之间噪声系数测量结果的不确定性。在这个例子中放大器的噪声系数为3dB，增益为15dB，输入和输出匹配为10dB，其噪声参数也是比较适中的(Fmin=2.8dB、Γopt=0.27+j0和Rn=37.4)。对于Y因子方法，在计算噪声系数测试结果的不确定性时考虑了两种不同的情况:一种情况是噪声源与DUT直接连接;另一种情况是在噪声源和DUT之间有一个电网络—用它来仿真自动测试系统(ATE)中所用到的各种开关和测试电缆，以便把它们带来的损耗在测试结果中校准掉。在这个以PNA-X为例的示意中包也括了ATE网络。测量结果的不确定性使用Y因子方法，主要的误差来源是噪声源与DUT之间的失配，以及DUT产生的噪声与测试系统之间的相互作用。如果在测试环境中增加了ATE网络(在噪声源与DUT之间增加了一个电网络—主要是开关和测试电缆)则会导致更大的误差。使用PNA-X的基于源校准的冷噪声源方法，最大的误差来源是噪声源的ENR的不确定性，在校准的过程中，它会影响PNA-X的内部噪声接收机的测量结果。查找更多信息导致测试结果不确定性的因素不确定性因素的分解图1:使用Y因子法和冷噪声源(源校正技术)测试噪声系数时,导致测量结果不确定性的主要因素的分解Y因子技术，ATE环境Y因子技术，噪声源与DUT直接相连，非ATEPNA-X，ATE环境注:噪声源＝346C，97％的置信度总体不确定性ENR不确定性失配DUT噪声/Γs交互作用S参数抖动查找更多信息噪声系数测量系统的组成一个系统总的噪声系数是三个独立部分的各自贡献的综合结果—用于测量噪声系数的仪表、测量或者校准时所用的噪声源，以及DUT。Y因子方法是大多数噪声系数测量的基本方法，它用一个噪声源来确定DUT内部产生的噪声，无论是进行校准还是进行测量的时候，都需要用到这个噪声源。与之相比，冷噪声源方法只是在校准的时才使用噪声源，如下图所示。机械校准件电子校准件Y因子法噪声源噪声源ECal调谐器冷噪声源法仅在校准时会使用噪声系数分析仪信号/频谱分析仪图2:测量噪声系数所需要的基本组成部分在这份资料后面的内容中将对上图中的各个部分做详细的描述。可以使用Y因子方法进行测试的仪表有噪声系数分析仪(NFA)和配置有噪声系数测试功能选件的信号/频谱分析仪。而使用冷噪声源技术的仪表目前只是配置了噪声系数测试功能选件的PNA-X微波矢量网络分析仪。DUTVNADUT查找更多信息安捷伦科技提供三种测试噪声系数的仪表:●噪声系数分析仪—市场上唯一的单机测试仪表●信号/频谱分析仪—使用常用仪表，比较经济而且性能优异●矢量网络分析仪—测试结果最准确安捷伦科技有数种噪声系数测试仪供您选择，以便让您很容易就找到能满足您的测试需求的仪表。您可以在专用的噪声系数分析仪、基于信号/频谱分析仪和基于矢量网络分析仪的噪声系数测试仪表中选择符合您的要求的一种。以下是这三种基于不同平台的噪声系数测试仪的优点:噪声系数分析仪(NFA):作为噪声系数测量解决方案的领先者，安捷伦科技提供当今市场上用于测量噪声系数的唯一的单台仪表解决方案。NFA系列是专为精确地进行噪声系数测量而设计的，配有标准的内部前置放大器，有三个频率范围可供选择:3、6.7和26.5GHz。NFA系列也可以与多种宽待下变频器一起使用，最高的测试频率可以达到110GHz。NFA系列采用Y因子方法测量噪声系数，仪表本身的噪声系数很低。在基于信号/频谱分析仪的噪声系数测试仪的应用灵活性和基于矢量网络分析仪的噪声系数测试仪的最高的测试精度之间，NFA不乏是一种非常好的取中的方案。信号/频谱分析仪:在应用比较灵活的频谱分析仪上增加特殊的选件使之具有噪声系数测试的功能是一种比较经济的噪声系数测试方法。这种方法也使用Y因子法，它的测试精度和测试的频率范围取决于您采用的是哪一种信号/频谱分析仪;通过在仪表内部或外部增加信号前置放大器可以提高测试的精度。网络分析仪:如果您需要最高精度的噪声系数测量结果，请选择使用安捷伦PNA-X微波矢量网络分析仪和专为测试噪声系数而配的选件和附件(噪声系数测试选件029和两个电子校准件)。使用PNA-X测量噪声系数使用冷噪声源技术;它的另一个显著的优点是只要一次把被测器件与测试仪表连接好，就可以同时完成S参数和噪声系数的测量，极大地提高了测试效率。在选择能满足测试需要的仪表时，首先要选择测试频率范围符合DUT频率范围的仪表。表1列出了安捷伦科技所能提供的噪声系数测试仪表的全部产品系列和它们的工作频率范围;从这个表中您可以对仪表的严格的技术指标、标称技术指标，或者是否这样一台测试仪不应该被推荐给您来测试噪声系数等有一个大致的概念。安捷伦有多种噪声系数测试仪表供您选择仪表能够进行噪声系数测量的频率范围表1:安捷伦科技提供多种噪声系数测试仪表,以满足测量所要求的不同频率范围:标称技术指标是基于对某一台仪表进行测量得出的技术指标,通常称为典型值,这些指标不是100%地得到保障的。严格的技术指标是经过验证并且性能有保障的技术指标。实际上,安捷伦科技的仪表在工作的时候性能往往会超出技术指标中所列出的数值。不推荐标称技术指标带宽带下变频器的标称技术指标3.6GHz以下严格的技术指标仪表系列200kHz-10MHz10MHz-3GHz3GHz-26.5GHz26.5GHz-110GHz页码ESA15EXA14MXA14PSA13NFA11PNA-X16查找更多信息在选择满足噪声系数测试所需要的仪表时，技术指标的选择是非常重要的。请注意，本表给出了每种仪表在工作频率为1GHz时的标称值指标，以便您可以快速做个对比。如需完整的技术指标信息，请参见每种产品各自的技术手册，在技术手册中包括了在不同频率范围上严格的技术指标与标称【典型】值的对比，当然并不仅限于此。Y因子仪表噪声系数仪表不确定性(dB)噪声系数增益不确定性(dB)仪表匹配(VSWR)仪表的噪声系数(dB)页码ESA0.240.831.408.7515EXA0.030.151.3013.0014MXA0.020.101.309.5014PSA0.050.171.106.5013NFA0.050.171.704.7511冷源仪表线性度S21参数不确定性仪表匹配仪表的噪声系数页码PNA-X0.050.051.021216在1GHz工作频率上,各种噪声系数测试仪表的标称值表2:本表只在1GHz的工作频率上比较了不同噪声系数测试仪表性能的标称的指标。如需完整的技术指标,包括严格的技术指标,请参见每种仪表的技术手册。选择噪声源测量噪声系数时，噪声源的质量对于获得精确和可复验性很好的测量结果非常关键，安捷伦科技噪声源的ENR都通过了非常仔细的校准，其精度可以溯源到美国和英国的国家标准研究所。噪声源的输出是以频率范围和ENR定义的。标称值为6dB和15dB的ENR是最常用的。ENR值比较底时可以把由于噪声检测仪的非线性导致的误差降到最低。如果在仪表检测仪的更小范围(从而也是线性更好的范围)内进行测量，则此误差还会更小。6dB的ENR噪声源所用的检测仪范围比15dB的ENR噪声源更小。6dBENR噪声源用于:●测量其增益对源阻抗变化特别