一款用于网络特性测试的宽带噪声发生器及其应用

陈项羽　林志琦

摘 要：文章提出了一种通过宽带白噪声来对网络和元件的频率特性进行测试的方法，设计了宽带白噪声发生器，采用常规的噪声二极管做噪声源，经MMIC放大获得白噪声信号，并使用该宽带噪声发生器对滤波器进行实际测量，验证了该噪声发生器的实用性和准确性。

关键词：白噪声；稳压二极管；三级放大电路

中图分类号：TN911 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）04-0011-02

Abstract： This paper presents a method to test the frequency characteristics of the network and the components by using the wideband white noise. A wideband white noise generator is designed. The conventional noise diode is used as the noise source and the white noise signal is amplified by MMIC. Finally， the wideband noise generator is used to measure the filter， and the practicability and accuracy of the noise generator are verified.

Keywords： white noise； Zener diode； three-stage amplifying circuit

1 概述

白噪聲是一种功率频谱密度为常数的随机信号，本文针对微波及射频电路中常常需要对网络和元件的频率特性进行测试的问题，利用白噪声对测试不同种类的电路有很强的可行性优点，设计并制作了一款采用稳压二极管作为噪音源的宽带噪声发生器，在实验测试中，将其作用为频谱跟踪源和干扰源，并取得了理想的效果。

2 工作原理及硬件设计

本设计整体结构图如图1，整体电路图如图2，通过普通的直流电源对电路板进行整体供电，直流电源先通过稳压升压模块产生噪声源所需的较大稳定电压，使噪声源可以产生白噪声，最后再经放大滤波模块对产生的白噪声进行滤波和放大以产生实验所需的白噪声。

2.1 噪声源

本设计中通过电阻串联稳压二极管来构成一个简单的噪声源，选用二极管1N4753A作为36V稳压管噪声源，利用其反向特性特殊性，从而产生较好的稳压作用。图2中与36V稳压管串联的电阻其阻值为0.51K，所以通过其两端的电流计算公式如下所示：

2.2 升压稳压模块

本设计采用MC34063开关电源芯片对12V直流电源进行稳压升压，从而产生击穿稳压二极管，得到宽带白噪音所需的电源电压。图3所示是使用芯片MC34063制作的升压变换电源原理图。最终得到MC34063开关电源芯片的输出电压为：

本设计中需要输出电压VOUT=38V，因此R1，R2我们分别使用电阻值为10K和340Ω的电阻。

2.3 放大器模块

放大器模块部分选用级联硅双极MMIC放大器，型号为MSA-0836，有时也称射频集成电路。本设计采用三级放大电路，经此放大器以实现对噪声的三级放大，在三级放大电路两侧各有一π型衰减电路，用以实现信号衰减并保持输入阻抗不变。该π型衰减器的衰减计算公式如下所示：

其中N为电压衰减的倍数，实验时选定衰减量为5dB，其与电压衰减倍数的关系为201gN=5dB，则可求得N=1.78。实验时选定的输入阻抗和输出阻抗均为50Ω，进而可得到：

因此取近似值为180Ω和30Ω，即R17～R20选取阻值为180Ω的贴片电阻，R15和R16选取阻值为30Ω的贴片电阻。图中R8～R10，R12～R14用来限制加到放大器的电流，L3、L4、L5提供高阻抗，三个放大器串联形成三级放大电路，放大成60dB的白噪声，再经π型衰减电路后输出即可。

3 噪声发生器及其应用

在实验测试中，分别对21.6M滤波器、455K滤波器和二极管分别进行了测量，其实验结果如图5、图6、图7所示，图8为频谱接噪音源的测试结果。

该设计可以根据实际情况改变频率范围，产生的白噪声分别在以下档位可调：0.1G/60DB，0.5G/55DB，1G/52DB，1.5G/48DB，2G/38DB，2.5G/30DB，3G/27DB，3.5G/20DB。图9为该设计的PCB板的实物图。

4 结论

根据实验可知，该宽带白噪声发生器电路稳定、简单实用，信号特性良好，达到了预期的效果，可以很好地应用于频谱跟踪源和干扰源，以及在微波及射频电路中对网络和元件的频率特性进行测试。

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