圖1

噪聲系數(shù)測(cè)試儀，如Agilent公司的N8?73A噪聲系數(shù)分析儀，產(chǎn)生28V DC脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)噪聲源(HP346A/B)，該噪聲源產(chǎn)生噪聲驅(qū)動(dòng)待測(cè)器件(DUT)。使用噪聲系數(shù)分析儀測(cè)量待測(cè)器件的輸出。由于分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比，DUT的噪聲系數(shù)可以在內(nèi)部計(jì)算和在屏幕上顯示。對(duì)于某些應(yīng)用(混頻器和接收機(jī))，可能需要本振(LO)信號(hào)，如圖1所示。當(dāng)然，測(cè)量之前必須在噪聲系數(shù)測(cè)試儀中設(shè)置某些參數(shù)，如頻率范圍、應(yīng)用(放大器/混頻器)等。

使用噪聲系數(shù)測(cè)試儀是測(cè)量噪聲系數(shù)的最直接方法。在大多數(shù)情況下也是最準(zhǔn)確地。工程師可在特定的頻率范圍內(nèi)測(cè)量噪聲系數(shù)，分析儀能夠同時(shí)顯示增益和噪聲系數(shù)幫助測(cè)量。分析儀具有頻率限制。例如，AgilentN8?73A可工作頻率為10MHz至3GHz。當(dāng)測(cè)量很高的噪聲系數(shù)時(shí)，例如噪聲系數(shù)超過(guò)10dB，測(cè)量結(jié)果非常不準(zhǔn)確。這種方法需要非常昂貴的設(shè)備。

增益法

前面提到，除了直接使用噪聲系數(shù)測(cè)試儀外還可以采用其他方法測(cè)量噪聲系數(shù)。這些方法需要更多測(cè)量和計(jì)算，但是在某種條件下，這些方法更加方便和準(zhǔn)確。其中一個(gè)常用的方法叫做“增益法”，它是基于前面給出的噪聲因數(shù)的定義.

在這個(gè)定義中，噪聲由兩個(gè)因素產(chǎn)生。一個(gè)是到達(dá)射頻系統(tǒng)輸入的干擾，與需要的有用信號(hào)不同。第二個(gè)是由于射頻系統(tǒng)載波的隨機(jī)擾動(dòng)(LNA，混頻器和接收機(jī)等)。第二種情況是布朗運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，應(yīng)用于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

這里的k等于波爾茲曼常量(1.38*10-23焦耳/ΔK)，T為溫度，單位為開(kāi)爾文，

ΔF=噪聲帶寬(Hz)。在室溫(290ΔK)時(shí)，噪聲功率譜密度PNAD-174dBm/Hz.因而我們有以下的公式：

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

在公式中，PPNOUT是已測(cè)的總共輸出噪聲功率，-174dBm/Hz是290°K時(shí)環(huán)境噪聲的功率譜密度。BW是感興趣的頻率帶寬。Gain是系統(tǒng)的增益。NF是DUT的噪聲系數(shù)。公式中的每個(gè)變量均為對(duì)數(shù)。為簡(jiǎn)化公式，我們可以直接測(cè)量輸出噪聲功率譜密度(dBm/Hz)，這時(shí)公式為：

NF=PNOUTD+174dBm/Hz-Gain

為了使用增益法測(cè)量噪聲系數(shù)，DUT的增益需要預(yù)先確定的。DUT的輸入需要端接特性阻抗(射頻應(yīng)用為50Ω，視頻/電纜應(yīng)用為75Ω)。輸出噪聲功率譜密度可使用頻譜分析儀測(cè)量。
增益法測(cè)量的裝置見(jiàn)圖2。