变频器件的噪声系数测量

电子测试技术重点实验室　中国电子科技集团公司第41研究所　宋青娥中国电子科技集团公司第41研究所　许建华　梁胜利



变频器件的噪声系数测量

电子测试技术重点实验室中国电子科技集团公司第41研究所宋青娥
中国电子科技集团公司第41研究所许建华梁胜利

对变频器件的噪声系数测量是噪声系数分析仪的一项重要功能，在进行变频器件噪声系数测量时，校准后噪声源还直接连在噪声系数分析仪的输入端口，此时噪声系数和增益显示值通常不为零。本文从测量原理上说明了校准后噪声系数和增益显示值不为零的原因及对测量结果的影响；重点分析了在实际应用中影响变频器件噪声系数测量精度的因素；并给出了变频器件噪声系数测量注意事项；最后给出小结，噪声系数的测量精度不仅和选用的测量仪器有关，并且和测量方法和测量注意事项密切相关。

变频器件；噪声系数；归零误差；边带；本振泄露

1　引言

噪声系数是线性网络对传输信号的信噪比恶化程度的度量，对于非线性网络，信号与噪声通过时会产生非线性变换，使输出端的信噪比随输入信号的大小而变化，噪声系数的概念对它不再适用。变频器件虽然是一个非线性器件，但是由于变频器件只是把频谱进行了搬移，输出与输入频谱分量没有相对的变化，因此可以作为准线性器件，能够通过噪声系数表征其本身的噪声特性［1］。

2　变频模式下噪声仪校准后增益和噪声系数显示值不为零的原因

现代噪声系数分析仪（以下简称噪声仪）支持变频器件噪声系数测量，并提供了固定中频、可变本振和固定本振、可变中频两种模式设置，分别用于考察变频器件的射频噪声响应和中频噪声响应特性。对被测件的噪声系数测量首先需要对噪声仪进行校准，然后接上被测件测量，得到被测件二级修正的噪声系数［2］。

校准时，噪声源直接连接在噪声仪的射频输入端，由于噪声仪的工作频率是变频器件的中频（IF）频率，噪声仪仅在中频频率上进行校准。噪声源作为噪声功率测量的标准，提供中频激励源，校准时噪声仪调用和变频器件中频频率对应的超噪比（ENR）值。

测量时，噪声源连接在变频器件的射频端口，提供射频激励源，与本振混频输出中频信号，中频输出连接至噪声仪的射频输入端，测量时噪声仪调用和变频器件射频频率点对应的ENR值。

校准完毕后，噪声仪自动切换至已修正的测量状态，此时如果噪声源仍然连接在噪声仪的输入端口，未连接被测件，噪声仪接收的测量功率和校准时测得的功率相同，而ENR的调用自动由中频频率切换至射频频率所对应的值，因此校准后的被测件的增益显示值：

由噪声系数的级联公式可得，校准后被测件的噪声系数显示值：

3　影响变频器件噪声系数测量精度的因素

3.1边带的影响

在噪声系数测量中，作为测量标准激励的噪声源输出宽带白噪声，如果变频器件输入端不加滤波器，上边带（USB）fLO+fIF和下边带（LSB）fLO-fIF的输入噪声信号都被变频到中频，如图1所示［3］。这种测量称为双边带测量，其优点是可极大简化对滤波要求，但是降低了噪声系数测量的频率分辨率和测量精度。由于噪声仪对两个边带变频输出的中频信号进行接收，所显示的测试值是上下边带变频输出噪声的总和。而双边带测量计算过程中，ENR调用的是本振（LO）频率点处的值［4］，近似于上下边带的噪声功率平均值。若噪声源的输出噪声功率在上下边带之间起伏过大，则上下边带噪声功率平均值可能远离上下边带输入噪声功率的真实值，引起测试误差。

图1　双边带测量的响应

当变频器件工作在双边带模式，存在信号响应和镜像响应时：

式中：

B1和G1是镜像通道的带宽与增益；B2和G2是镜像通道的带宽与增益；FS和FD分别是单、双边带噪声系数。

若G1=G2，B1=B2，则FS=2FD，即双响应接收机的单边带噪声系数是其双边带噪声系数的两倍，用dB表示，FS=FD+3dB。

3.2中频频率选择的影响

为减小干扰，变频器件中频（IF）的选择应参考无线电频率管理，尽量避开通讯常用的信号频率，并且避开噪声仪内部时钟频率或时钟频率整数倍的频率。

3.3抖动的影响

为获得相对稳定的测量结果，必须有足够的测量次数。采用多次测量平均的方法可减小抖动，但不能完全消除抖动的影响。平均次数越多，则测试时间越长，因此平均次数的选取与测试时间之间应折衷考虑。

3.4测试系统温度变化的影响

温度变化是导致噪声功率测量误差的一个原因。噪声功率是温度的普适函数，噪声仪和被测件的噪声系数在不同温度下是不同的。

4　小结

目前国内AV系列噪声仪，具有极低的本机噪声系数、依据损耗的频响进行完善的补偿、自动冷温度探测和噪声系数二级修正并配置噪声系数测量不确定计算器等优点，测量结果相比上一代分体式仪器更加精确。但是在进行变频器件噪声系数测量时，有必要了解一些测试的基本原理以及影响测量精度的因素。精确的噪声系数测量不仅和选用测试仪器设备有关，也和测量方法及测量注意事项密切相关。

［1］Reinhold Ludwig and Gene Bogdanov射频电路设计-理论与应用［M］.北京:电子工业出版社 311-356.

［2］KEYSIGHT TECHNOLOGY Noise Figure Measurement Accuracy. The Y-Factor Method（AN 57-2），literature number 5952-3706E29-33 www.keysight.com/find/nf.

［3］KEYSIGHT TECHNOLOGY 10 Hints for Making Successful Noise Figure Measurement.（AN 57-3），literature number 5980-0288E. 9-10 www.keysight.com/find/nf.

［4］KEYSIGHT TECHNOLOGY Noise Figure Measurements of Frequency Converting Devices（AN 1487）， literature number 5989-0400E. 5-7 www.keysight.com/find/nf.

［5］《数字通信测量仪器》编写组编.数字通信测量仪器［M］.北京:人民邮电出版社，2007.2:525-526.

宋青娥，1997年于西安电子科技大学获得学士学位，现为中国电子科技集团公司第四十一研究所高级工程师，主要研究方向为噪声系数测试技术和仪器设计。

SONG Qing’e received her B.Sc.degree in 1997 from Xidian University， now she is a senior engineer in the 41st Research Institute of CETC. Her main research interests include noise figure measurement technique and instrument design.