噪声系数的计算及测量方法
噪声系数的计算及测量方法（一）
时间：2012-10-25 14:32:49 来源：作者：
噪声系数(NF)是RF系统设计师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器件的噪声，并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。许多优秀的通信和接收机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明.
现在，RF应用中会用到许多宽带运算放大器和ADC，这些器件的噪声系数因而变得重要起来。讨论了确定运算放大器噪声系数的适用方法。我们不仅必须知道运算放大器的电压和电流噪声，而且应当知道确切的电路条件：闭环增益、增益设置电阻值、源电阻、带宽等。计算ADC的噪声系数则更具挑战性，大家很快就会明白此言不虚。
公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。
该系数并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反应了器件或者信道特性的不理想。
在放大器的噪声系数比较低的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度(T)来表示。
噪声系数与噪声温度的关系为：T=(NF-1)T0 或NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度(290K)
噪声系数计算方法
研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。因此，离开信号谈噪声是无意义的。
从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为S/N(信号功率与噪声功率比)。即便噪声电平绝对值很高，但只要信噪比达到一定要求，噪声影响就可以忽略。否则即便噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于1，则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。因此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。
1 噪声系数的定义
要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为
设Pi为信号源的输入信号功率，Pni为信号源内阻RS产生的噪声功率，Po和Pno 分别为信号和信号源内阻在负载上所产生的输出功率和输出噪声功率,Pna表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出。
已知噪声功率是与带宽B相联系的。
噪声系数与输入信号大小无关。定义：Pni为信号源内阻Rs的最大输出功率，为kTB
噪声系数的大小与四端网络输入端的匹配情况无关
噪声系数的定义只适用于线性或准线性电路
信噪比与负载的关系
设信号源内阻为RS，信号源的电压为US(有效值)，当它与负载电阻RL相接时，在负载电阻RL上的信噪比计算如下：
在负载两端的信噪比结论：信号源与任何负载相接本不影响其输入端信噪比，即无论负载为何值，其信噪比都不变，其值为负载开路时的信号电压平方与噪声电压均方值之比。
2. 噪声系数的计算
用额定功率和额定功率增益表示的噪声系数
放大器输入信号源电路如图所示。任何信号源加上负载后，其信噪比与负载大小无关，信噪比均为信号均方电压(或电流)与噪声均方电压(或电流)之比。
放大器的噪声系数NF为
Pasi和Pao分别为放大器的输入和输出额定信号功率，Pani和Pano分别为放大的输入和输出额定噪声功率，Gpa为放大器的额定功率增益。
额定功率, 又称资用功率或可用功率, 是指信号源所能输出的最大功率, 它是一个度量信号源容量大小的参数, 是信号源的一个属性, 它只取决于信号源本身的参数——内阻和电动势, 与输入电阻和负载无关, 如图所示。
(a) 电压源; (b) 电流源
放大器的噪声系数NF为
对于无源二端口网络，输出端匹配时，输出的额定噪声功率Pano= kTB, 所以噪声系数:
抽头回路的噪声系数
输入端信号源的最大输出功率,即二端网络最大输入功率为：将信号源电导等效到回路两端, 为p2gS, 等效到回路两端的信号源电流为pIS, 输出端匹配时信号源的最大输出功率，即二端网络输出端最大功率为：
多级放大器噪声系数的计算
多级放大器的总噪声系数计算公式为：
从上式可以看出, 当网络的额定功率增益远大于1时, 系统的总噪声系数主要取决于第一级的噪声系数。越是后面的网络, 对噪声系数的影响就越小, 这是因为越到后级信号的功率越大, 后面网络内部噪声对信噪比的影响就不大了。因此, 对第一级来说, 不但希望噪声系数小, 也希望增益大, 以便减小后级噪声的影响。
环境噪音测量方法
环境噪音测量方法 一, 方法概要 本方法系使用符合我国国家标准(CNS 7129)1型噪音计(或称声度表)或国际标准或上述性能以上之噪音计,测量环境中噪音位准之方法. 二, 适用范围 本测量方法适用於一般环境及固定性噪音发生源或移动性扩音设施之噪音位准测量. 三, 干扰 (一) 气象条件,地形,地面情况:噪音之传播会受到气象条件,地形,地面情况等之影响,故测量噪音时需记录天气,测量点附近之风向,风速,温度,相对湿度等之气象条件及地形,地面情况. (二) 由风产生噪音的影响:噪音计之声音感应器直接受到强风时,因风切作用而产生杂音(称为风杂音),严重时无法测量正确值,故在室外测定时,可能会产生风杂音时需加装防风罩.但防风罩也有其可使用范围,如超过使用范围时,应停止测量. .四, 仪器及设备 1.测定器:符合我国国家标准(CNS 7129 C7143)1型之噪音计(以下简称噪音计)或国际电工协会标准Class 1噪音计或上述性能以上之噪音计;原则上以噪音计之听感修正回路A加权测定之. 2. 防风罩(W indscreen):为减少声音感应器测量时风造成之影响,因此必须加套防风罩,其材质一般是由多孔性聚乙烯制成,其可容许风速范围由材料,结构,大小而定. 五, 噪音计使用方法
听感修正回路或称频率加权(Frquency-weighting"A"):本测量方法原则上以听感修 正回路A加权测定之,惟测量时应注记现场测量时所使用之加权名称. 六, 结果处理 (一) 测量报告须列出下列各项: 1, 测量人员姓名,服务单位. 2, 测量日期,测量时间,动特性. 3, 气象状态(风向,风速,气温,大气压力,相对湿度及最近降雨日期). 4, 测量结果. 5, 适用之标准 6, 测量位置(测量点及其高度,声音感应器高度等)与音源相对位置及距离,附简图 及照片,周围之情况(周围之建筑物,地形,地貌,防音设施等,附简图). 7, 噪音发生源之种类与特徵. 8, 测量方法(噪音计(含声音校正器)厂牌,型号,序号,噪音计动特性,取样的时距与 次数及其校正纪录与检定,校正有效期限等). 9, 其他(特殊音源之特性及其随时间变化性,可能影响测量结果之因素等). 10, 测量 期间噪音原始数据应存档备查. 实验数据 XuHao Leq l5 L10 L50 L90 L95 SD LEA 84 69.6 74.7 71.5 69.5 68.4 68.1 1.6 94.4 85 66.8 78.9 69.7 64.2 63.6 63.5 3.8 91.6 Lmax Lmin E 测定时间日期 80.7 68.2 0 0h5m0s 14-07-02 87.7 63.3 0 0h5m0s 14-07-02
翻译_无线电接收器的噪声系数
无线电接收器的噪声系数 H. T. ERJISt, FELLOW, I.R.E. 摘要——本文给出了电波接收器噪系数的严格定义，此定义不局限于高增益接收机，也适用于普通的四端口网络。分析了接收器整体的噪声系数与其组件的噪声系数之间的关系，简要叙述了接收器组件与其噪声系数的测量方法之间的不匹配。 简介 当越来越短的波得到实际应用，无线电接收器的噪声源也越来越被重视。在很多相关论文中，特别是Llewellyn（英国音乐家）和Jansky（美国无线电工程师）在1928年发表的论文中，通过实验得到：热激噪声（约翰逊噪声）决定了短波无线电接收器的绝对灵敏度。早在1942年，North 建议采用的无线电接收器的绝对灵敏度的标准与我们当时所用的标准相差多达2倍。因为它是基于接收器输入电路的阻抗匹配，我们的标准很有局限性，所以我们采用了他的标准。 本文提出了一个更严格的关于无线电接收器的绝对灵敏度标准的定义，即噪声系数。该定义不局限于高增益接收机，也适用于普通的四端口网络。它使通过一个简单的分析就给出接收器整体的噪声系数与其组件的噪声系数之间的关系成为可能。对于双重检波接收器来说，这些组件可能是高频放大器、变频器和中频放大器。本文也给出了噪声系数的测量方法。
四端口网络噪声系数的定 义如图1所示，一个信号发生器 连接到输入端，输出电路也被标 记出来。网络的输入阻抗和输出 阻抗可能包含电抗成分，它们可 能与发生器和输出电路匹配或不匹配。四端口网络可能是一个放大器、转换器、衰减器或简单的变压器。信号发生器对于接下来的定义是必要的，但信号发生器里面的衰减器和连接右面的输出电路则只是为了表明对噪声系数和增益的测量。 噪声系数将依据可用信号功率、有效噪声功率、增益和有效带宽来定义，下面将给出这些术语的定义并进行讨论。 可用信号功率 阻为R0欧，电动势为E伏特的发生器提供给R1欧的电阻E2R1/(R0+R1)2瓦特的功率，当输出电路与发生器匹配，即R1= R0时，这个功率达到最大等于E2/4R0。E2/4R0被人们称为发生器的可用功率，它的定义与所连接的电路的阻抗无关。当R1不等于R0时，因为存在失配损耗，所以输出功率小于可用功率。事实上，在放大器的输入电路中，由于不匹配而降低的输出噪声可能比降低的输出信号更多，所以不匹配很可能是个有益的条件。正是这种放大器的输入电路中不匹配条件的存在，使本文中的术语“可用功率”显得更加恰当。在图1中，用S o表示信号发生器输出端的可用信号功率。这里S o等于V2/RA瓦特，当V表示衰减器输入端电压，R表示衰减器的特征阻抗，A表示
2_4GHz低噪声放大器的研究
第25卷第4期 杭州电子科技大学学报Vol.25,No.4 2005年8月Jo urnal of Ha ngzhou Dianzi Uni versi ty Aug.2005 2.4GHz 低噪声放大器的研究 潘少祠,官伯然 (杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018) 收稿日期:2005-07-01 作者简介:潘少祠(1981-),男,广东佛冈人,本科毕业生,电子信息工程. 摘要:低噪声放大器是对来自天线的微伏级信号进行放大的射频接收端的放大模块。该低噪声放 大器主要由输入匹配网络、微波晶体管放大器和输出匹配网络组成。匹配网络采用微带线形式建 立,微波晶体管采用NPN 硅晶体管BFP420。利用Microwave Office 进行电路仿真和优化。该放大器 满足小信号放大器的指标要求,可以用于射频接入电路的前端。 关键词:无线接入射频电路;低噪声放大器;晶体管 中图分类号:TN722.3 文献标识码:A 文章编号:1001-9146(2005)04-0046-04 0 引 言 无线接入射频电路很多应用在小型设备或便携式电子产品中,如:笔记本,PDA,手机等;目的是实现设备之间的无线连接和信息交换。低噪声放大器在射频电路中是非常重要的。低噪声微波晶体管放大器已广泛地应用于宇宙通讯、雷达、电子对抗、遥测遥控、射电天文、大地测绘、微波通信、电视以及各种高精度的微波测量系统中的前端低噪声放大器,以完成对微弱信号的放大作用。因此,对低噪声微波晶体管放大器的基本要求是:噪声系数低、足够的功率增益、工作稳定可靠、足够的带宽和较大的动态范围等。此外,在不同的应用情况下,可能对其体积、重量、耗电量等等提出限制性要求。微波晶体管放大器还在向更高工作频率、低噪声、宽频带、集成化和标准化发展。本文主要是通过研究低噪声放大器的稳定性、噪声、增益,设计一个满足技术指标的低噪声放大器。放大器模块采用高增益低噪声NPN 晶体管B FP420设计,具有较低的噪声系数和合适的增益,在射频通信电路中能满足电路的要求。 1 低噪声放大器组成 低噪声放大器由输入匹配网络、微波晶体管放大器和输出匹配网络组成。匹配网络采用微带线、分支调节器和波长阻抗变换器建立。低噪声放大器的组成框图,如图1 所示。 图1 低噪声放大器组成框图 图1中,左边方框是输入匹配网络,其增益G S ;中间方框是晶体管网络,其增益G 0;右边框输出匹配网络,其增益G L 。选定晶体管和确定偏置后,在已定频率下的S 参数是确定的。然后再利用S 参数设
噪声测定实验教案
噪声测定实验 一实验目的 1掌握AWA5610C声级计的工作原理及其使用方法 2掌握AWA6270A噪声频谱分析仪的工作原理及其使用方法 二实验内容 1使用AWA5610C声级计测量噪音 2使用AWA6270A噪声频谱分析仪测量噪音 三实验原理 1 AWA5610C声级计的工作原理 工作原理是被测的声压信号通过传声器转换成电压信号，然后经衰减器、放大器以及相应的计权网络、滤波器，或者输入记录仪器，或者经过均方根值检波器直接推动以分贝标定 的指示表头。 2 AWA6270A噪声频谱分析仪的工作原理 工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板。 四实验设备仪器 （一）AWA5610C声级计 AWA5610C型积分声级计是一种袖珍式智能化噪声测量仪 器，可广泛应用于环境噪声的测量与自动监测，也可用于劳动保 护、工业卫生及各种机器、车辆、船舶、电器等工业噪声测量。 本仪器采用了先进的数字检波技术，具有可靠性高、稳定性好、 动态范围宽等优点。 主要技术性能： 驻极体测试电容传声器，灵敏度： 1.传声器：Φ1 2.7mm(1/2”） 约40mV/Pa，频率范围：20Hz～12.5kHz。 2.测量范围：35～130dBA(以2×10-5Pa为参考，下同） 3.频率范围：20Hz～12.5kHz 4.频率计权：A计权 5.时间计权：快（F），慢（S） 图1 AWA5610C声级计 6.检波器特性：真有效值、峰值因数 3 7.准确度：2型 8.测量时间：手控、10s、1min、5min、10min、20min、1h、4h、8h、24h。 9.显示：4位LCD，直接显示测量结果Lp、Leq、Lmax、Lmin、Linst、Tm及日历年、月、日、时、分、秒等。 10.储存：60组数据，包括年、月、日、时、分、设定时间、测量经历时间、最大声级， 最小声级、等效声级。 11.输出接口：RS—232C，可接至微型打印机或计算机。
RF噪声系数的计算方法
噪声系数的计算及测量方法 噪声系数(NF)是RF系统设计师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器件的噪声，并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。许多优秀的通信和接收机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明. 现在，RF应用中会用到许多宽带运算放大器和ADC，这些器件的噪声系数因而变得重要起来。讨论了确定运算放大器噪声系数的适用方法。我们不仅必须知道运算放大器的电压和电流噪声，而且应当知道确切的电路条件：闭环增益、增益设置电阻值、源电阻、带宽等。计算ADC的噪声系数则更具挑战性，大家很快就会明白此言不虚。 公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。 该系数并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反应了器件或者信道特性的不理想。 在放大器的噪声系数比较低的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度(T)来表示。 噪声系数与噪声温度的关系为：T=(NF-1)T0 或NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度(290K) 噪声系数计算方法 研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。因此，离开信号谈噪声是无意义的。 从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为S/N(信号功率与噪声功率比)。即便噪声电平绝对值很高，但只要信噪比达到一定要求，噪声影响就可以忽略。否则即便噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于1，则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。因此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。 1 噪声系数的定义 要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为
噪声系数测量手册1：噪声系数定义及测试方法
噪声系数测量手册 Part 1. 噪声系数定义及测试方法 安捷伦科技：顾宏亮一.噪声系数定义 最常见的噪声系数定义是：输入信噪比/ 输出信噪比。它是衡量设备本身噪声品质的重要参数,它反映的是信号经过系统后信噪比恶化的程度。噪声系数是一个大于1的数，也就是说信号经过系统后信噪比是恶化了。噪声系数是射频电路的关键指标之一，它决定了接收机的灵敏度，影响着模拟通信系统的信噪比和数字通信系统的误码率。无线通信和卫星通信的快速发展对器件、子系统和系统的噪声性能要求越来越高。 输入信噪比SNR input=P i/N i 输出信噪比SNR output=P o/N o 噪声系数F =SNR input/SNR output通常用dB来表示NF= 10Log(F) 假设放大器是理想的线性网络，内部不产生任何噪声。那么对于该放大器来说,输出的功率Po以及输出的噪声No 分别等于Pi * Gain以及Ni*Gain。这样噪声系数=(Pi/Ni)/(Po/No)=1。但是现实中，任何放大器的噪声功率输出不仅仅有输入端噪声的放大输出，还有内部自身的噪声(Na)输出，下图为线性双端口网络的图示。 双端口网络噪声系数分析框图 Vs: 信号源电动势Rs: 信号源内阻
Ri: 双端口网络输入阻抗R L: 负载阻抗 Ni: 输入噪声功率Pi: 输入信号功率 No: 输出噪声功率Po: 输出信号功率 Vn: 该信号源内阻Rs的等效噪声电压Ro: 双端口网络输出阻抗 输出噪声功率: N o = N i * Gain + N a ; P o=P i * Gain 噪声系数= (P i * N o)/(N i* P o) = (N i * Gain + N a) /(N i * Gain)= 1 + Na/(N i * Gain) > 1 根据IEEE的噪声系数定义:The noise factor, at a specified input frequency, is defined as the ratio of (1) the total noise power per unit bandwidth available at the output port when noise temperature of the input termination is standard (290 K) to (2) that portion of (1) engendered at the input frequency by the input termination.” a.输入噪声被定义成负载在温度为290K下产生的噪声。 b.输入噪声功率为资用功率，也就是该负载(termination)能产生的最大功率。 c.假定了被测件和负载阻抗互为共轭关系. 如果被测件是放大器，并且噪声源阻抗为50ohm,那么假定了 该放大器的输入阻抗为50ohm。 综合上述的结论，我们可以这样理解噪声系数的定义:当输入噪声功率为290K温度下的负载所产生的最大功率情况下，输入信噪比和输出信噪比的比值。 资用功率指的是信号源能输出的最大功率,也可以称为额定功率。 信号源输出框图 只有当源的内阻和负载相等(复数互为共轭),源输出最大功率. P available= [V S/(R S+ R L)]2 * R L当R S= R L时候P available= V S2/(4*R S) 由此可见，资用功率是源的本身参数，它只和内阻以及电动势有关,和负载没有关系。
噪声测量三种方法
噪声系数测量的三种方法 本文介绍了测量噪声系数的三种方法：增益法、Y系数法和噪声系数测试仪法。这三种方法的比较以表格的形式给出。 前言 在无线通信系统中，噪声系数(NF)或者相对应的噪声因数(F)定义了噪声性能和对接收机灵敏度的贡献。本篇应用笔记详细阐述这个重要的参数及其不同的测量方法。 噪声指数和噪声系数 噪声系数有时也指噪声因数(F)。两者简单的关系为： NF = 10 * log10 (F) 定义 噪声系数(噪声因数)包含了射频系统噪声性能的重要信息，标准的定义为： 从这个定义可以推导出很多常用的噪声系数（噪声因数）公式。 下表为典型的射频系统噪声系数： *HG=高增益模式，LG=低增益模式
噪声系数的测量方法随应用的不同而不同。从上表可看出，一些应用具有高增益和低噪声系数(低噪声放大器(LNA)在高增益模式下)，一些则具有低增益和高噪声系数(混频器和LNA在低增益模式下)，一些则具有非常高的增益和宽范围的噪声系数(接收机系统)。因此测量方法必须仔细选择。本文中将讨论噪声系数测试仪法和其他两个方法：增益法和Y系数法。 使用噪声系数测试仪 噪声系数测试/分析仪在图1种给出。 图1. 噪声系数测试仪，如Agilent公司的N8973A噪声系数分析仪，产生28VDC脉冲信号驱动噪声源 (HP346A/B)，该噪声源产生噪声驱动待测器件(DUT)。使用噪声系数分析仪测量待测器件的输出。由于分析仪已知噪声源的输入噪声和信噪比，DUT的噪声系数可以在内部计算和在屏幕上显示。对于某些应用(混频器和接收机)，可能需要本振(LO)信号，如图1所示。当然，测量之前必须在噪声系数测试仪中设置某些参数，如频率范围、应用(放大器/混频器)等。 使用噪声系数测试仪是测量噪声系数的最直接方法。在大多数情况下也是最准确地。工程师可在特定的频率范围内测量噪声系数，分析仪能够同时显示增益和噪声系数帮助测量。分析仪具有频率限制。例如，Agilent N8973A可工作频率为10MHz至3GHz。当测量很高的噪声系数时，例如噪声系数超过10dB，测量结果非常不准确。这种方法需要非常昂贵的设备。 增益法 前面提到，除了直接使用噪声系数测试仪外还可以采用其他方法测量噪声系数。这些方法需要更多测量和计算，但是在某种条件下，这些方法更加方便和准确。其中一个常用的方法叫做“增益法”，它是基于前面给出的噪声因数的定义：
噪声系数测量
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RFMW 202: Noise Figure Basics
Technical data is subject to change. Copyright@2004 Agilent Technologies Printed on Jan, 2004 5988-8495ENA
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RFMW 202: Noise Figure Basics
Welcome to RFMW 202, the module on the basics of noise figure. This module will take you about 60 minutes for you to complete. If you have not already done so, we recommend that you study the modules RFMW 101 and MEAS 102 before this one.
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Fundamental Noise Concepts
Fundamental noise concepts
How do we make measurements?
What DUTs can we measure?
What influences the measurement uncertainty?
In this module we will first look at the concepts of noise (why is it important), then on to how to make measurements and we will conclude with some detailed information on measurement uncertainty and tools. Let’s now go straight into concepts of noise.
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噪声系数的含义和测量方法
噪声系数的含义和测量方法 噪声系数的含义 噪声系数是用来描述一个系统中出现的过多的噪声量的品质因数。把噪声系数降低到最小的程度可以减小噪声对系统造成的影响。在日常生活中，我们可以看到噪声会降低电视画面的质量，也会使无线通信的话音质量 变差;在诸如雷达等的军用设备中，噪声会限制系统的有效作用范围;在数字通信系统中，噪声则会增加系统的误码率。电子设备的系统设计人员总是在尽最大努力使整个系统的信噪比(SNR)达到最优化的程度，为了达到这个目的，可以用把信号提高的办法，也可以用把噪声降低的办法。在像雷达这样的发射接受系统中，提高信噪比的一种方法是用更大的大功率放大器来提高发射信号的功率，或使用大口径天线。降低在发射机和接收机之间信号传输路径上对信号的衰耗也可以提高信噪比，但是信号在传输路径上的衰耗大都是由工作环境所决定的，系统设计人员控制不了这方面的因素。还可以通过降低由接收机产生的噪声—通常这都是由接收机前端的低噪声放大器(LNA)的质量决定的—来提高信噪比。与使用提高发射机功率的方法相比，降低接收机的噪声(以及让接受机的噪声系数的指标更好)的方法会更容易和便宜一些。 噪声系数的定义是很简单和直观的。一个电子系统的噪声因子(F)的定义是系统输入信号的信噪比除以系统输出信号的信噪比: F=(Si/Ni)/(So/No) Si=输入信号的功率 So=输出信号的功率 Ni=输入噪声功率 No=输出噪声功率 把噪声因子用分贝(dB)来表示就是噪声系数(NF)，NF=10*log(F)。 这个对噪声系数的定义对任何电子网络都是正确的，包括那些可以把在一个频率上的输
入信号变换为另外一个频率的信号再输出的电子网络，例如上变频器或下变频器。 为了更好地理解噪声系数的定义，我们来看看放大器的例子。放大器的输出信号的功率等于放大器输入信号的功率乘以放大器的增益，如果这个放大器是一个很理想的器件的话，其输出端口上噪声信号的功率也应该等于输入端口上噪声信号的功率乘以放大器的增益，结果是在放大器的输入端口和输出端口上信号的信噪比是相同的。然而，实际情况是任何放大器输出信号的噪声功率都比输入信号的噪声功率乘以放大器的增益所得到的结果大，也就是说放大器输出端口上的信噪比要比输入端口上的信噪比小，即噪声因子F要大于1，或者说噪声系数NF要大于0dB。 在测量并比较噪声系数的测量结果时，非常重要的是要注意我们在测量的过程中是假定测量系统能够在被测器件(DUT)的输入端口和输出端口上提供非常完美的50Ω的负载条件。可是在实际测量中，这样完美的条件永远不会存在。稍后我们会讨论如果测量系统不是很完美的50Ω系统会对噪声系数的测量精度造成怎样的影响。同时，我们也会看到各种校准和测量方法是怎么克服因为不是很完美的50Ω的源匹配而造成的测量误差的。 图1器件对信号的处理过程 另一种用来表达由一个放大器或系统引入的附加噪声的术语是有效输入温度(Te)。为了理解这个参数，我们需要先看一下无源负载所产生的噪声的量的表达方式—kTB，其中k 是玻尔兹曼常数，T是以开尔文为单位的负载的温度，B是系统带宽。因为在某个给定的带宽内，器件产生的噪声和温度是成正比的，所以，一个器件所产生的噪声的量可以表示为带
接收机灵敏度计算公式
接收灵敏度的定义公式 摘要：本应用笔记论述了扩频系统灵敏度的定义以及计算数字通信接收机灵敏度的方法。本文提供了接收机灵敏度方程的逐步推导过程，还包括具体数字的实例，以便验证其数学定义。 在扩频数字通信接收机中，链路的度量参数Eb/No (每比特能量与噪声功率谱密度的比值)与达到某预期接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系是从标准噪声系数F的定义中推导出来的。CDMA、WCDMA蜂窝系统接收机及其它扩频系统的射频工程师可以利用推导出的接收机灵敏度方程进行设计，对于任意给定的输入信号电平，设计人员通过权衡扩频链路的预算即可确定接收机参数。 从噪声系数F推导Eb/No关系 根据定义，F是设备(单级设备，多级设备，或者是整个接收机)输入端的信噪比与这个设备输出端的信噪比的比值(图1)。因为噪声在不同的时间点以不可预见的方式变化，所以用均方信号与均方噪声之比表示信噪比(SNR)。 图1. 下面是在图1中用到的参数的定义，在灵敏度方程中也会用到它们： Sin = 可获得的输入信号功率(W) Nin = 可获得的输入热噪声功率(W) = KTBRF其中： K = 波尔兹曼常数= × 10-23 W/Hz/K， T = 290K，室温 BRF = 射频载波带宽(Hz) = 扩频系统的码片速率 Sout = 可获得的输出信号功率(W) Nout = 可获得的输出噪声功率(W) G = 设备增益(数值) F = 设备噪声系数(数值) 的定义如下： F = (Sin / Nin) / (Sout / Nout) = (Sin / Nin) ×(Nout / Sout) 用输入噪声Nin表示Nout： Nout = (F × Nin × Sout) / Sin其中Sout = G × Sin 得到： Nout = F × Nin × G
噪声系数的原理和测试方法
噪声系数测试方法 针对手机等接收机整机噪声系数测试问题，该文章提出两种简单实用的方法，并分别讨论其优缺点，一种方法是用单独频谱仪进行测试，精度较低；另一种方法是借助噪声测试仪的噪声源来测试，利用冷热负载测试噪声系数的原理，能够得到比较精确的测量结果。 图1是MAXIM公司TD-SCDMA手机射频单元参考设计的接收电路，该通道电压增益大于100dB，与基带单元接口为模拟I/Q信号，我们需要测量该通道的噪声系数。采用现有的噪声测试仪表是HP8970B，该仪表所能测量的最低频率为10MHz，而TD-SCDMA基带I/Q信号最高有用频率成份为640KHz，显然该仪表不能满足我们的测量需求。下面我们将介绍两种测试方案，并讨论其测试精度，最后给出实际测试数据以做对比。 图1：MAXIM公司TD-SCDMA手机射频接收电路。 利用频谱仪直接测试 利用频谱仪直接测量噪声系数的仪器连接如图2所示，其中点频信号源用于整个通道增益的校准，衰减器有两个作用，一是起到改善前端匹配的作用；二是做通道增益校准使用，因接收机增益往往很高，大于 100dB，而一些信号源不能输出非常弱的信号，配合该衰减器即能完成该功能。 测量步骤一：先利用信号源产生一个点频信号（一般我们感兴趣的是接收机小信号时的噪声系数，故此时点频信号电平应接近灵敏度电平），频点与本振信号错开一点，这样在基带I/Q端口可以得到一个点频信号，调节接收机通道增益使I/Q端点频信号幅度适中，测量接收机输入与输出端的点频信号大小可以求得这时的通道增益，记为G。
测量步骤二：接步骤一，关闭信号源，保持接收机所有设置不变，用频谱仪测量I/Q端口在刚才点频频点处的噪声功率谱密度，I端口记为Pncdensity(dBm/Hz), Q端口记为Pnsdensity(dBm/Hz)，则接收通道噪声系数有下式给出： 上式中kb表示波尔兹曼常数，F是噪声系数真值，我们用NF表示噪声系数的对数值，NF＝10lg(F)， G表示整个通道增益，T1为当前热力学温度，T0等于290K。假定T1＝T0，容易求得NF的显式表达式如下： 或者： 关于方程2与方程3的正确性，我们可以做如下简单推导。先考虑点频情况，设接收机输入端点频信号为： 接收机I/Q端口点频信号分别为：
技术专家手把手教你计算放大器噪声系数
导读] 本文简要介绍了两种放大器架构的噪声系数计算，包括inverting，non-inverting 架构的噪声系数计算，并提供计算小工具。关键词：噪声系数放大器 1. 引言 在各种放大器使用的场合，我们时常需要计算到放大器，却没有一个直观的方式来看放大器这一级对链路噪声的影响。本文讨论了各种放大器架构下，放大器的噪声系数的计算方式。 2. 放大器噪声指标 电子元件应用中，常见如下5 种噪声来源： 1. 散弹噪声（shot noise，白噪声，在频谱中表现为平坦的） 2. 热噪声（thermal noise，白噪声，在频谱中表现为平坦的） 3. 闪烁噪声（flicker noise，1/f 噪声） 4. 突发噪声（burst noise，脉冲噪声） 5. 雪崩噪声（Avalanche noise，反向击穿时才出现的噪声） 基本上每个放大器都有输入电压噪声和输入电流噪声两个指标。在频域，通常其单位用nV/rtHz，和pA/rtHz 来表征。如下图： Figure 1 输入电压噪声和电流噪声曲线图例 按噪声种类来分，其大致贡献在不同的频段如下：
Figure 2 噪声种类分布图 如果把所有电容，电感都看做无噪声的器件，一个普通的放大器的输出噪声按主要的贡献可以按如下图所示： Figure 3 放大器噪声分量分解
根据这个估计，可以得到如下电阻值的电压噪声： 在输出的噪声中，上图的各个分量其贡献如下： 输出的噪声是这些分量的均方和：
Figure 4 放大器电压噪声等效输出模型 同理，对上式中的第4 项，负端的电流噪声，也可以建立这样的模型：
电荷灵敏前置放大器噪声系数测量实验报告
电荷灵敏前置放大器噪声系数测量实验报告 班级：姓名：学号： 一、实验目的 1、研究电荷灵敏前置放大器不同功率谱的噪声成分及其特性； 2、通过实验数据定量分析成形时间对等效噪声电荷（ENC）的影响，从而分离出各个 噪声成分； 3、加深对电荷灵敏前置放大器噪声ENC的理解，同时熟练掌握电荷灵敏前放的噪声 测试方法以及主放和多道分析仪等常用核仪器的使用。 二、实验原理 核辐射测量中，探测器输出的信号往往较小，需要加以放大再进行测量。其中放大器又分为前置放大器与主放大器两部分。前置放大器的主要作用有两点： 1、提高系统性噪比； 2、减小信号经电缆传送时外界干扰的影响。 探测器将粒子的信息转化成电流或电压信号后直接传入紧跟其后的前置放大器。经前置放大器放大、成型后传输到线性放大器，经后续的电路处理得到粒子的电荷、能量、速度、时间等信息。 前置放大器紧跟探测器，一般直与和探测器做成一体，这样有利于提高信噪比，信号经前放放大，抗干扰能力增强，以方便较远距离的传输。 在能谱和时间测量系统中，前置放大器按输出信号所保留的信息特点，大致可以分为两类。一类是积分型放大器，包括电压灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器，它有输出信号幅度正比于输入电流对时间的积分，即输出信号的幅度和探测器输出的总电荷量成正比。另一类是电流型放大器，亦即电流灵敏前置放大器，它的输出信号波形应与探测输出电流信号的波形保持一致。 前置放大器有多种，总的来说可以分为积分型放大器（包括电压灵敏前置放大器和电荷灵敏前置放大器）和电流型放大器（主要是电流灵敏前置放大器）。 电荷灵敏前置放大器原理图如下： 图1 电荷灵敏前置放大器原理图 由于前置放大器的噪声将经过主放大器的放大输出，所以其对最后信号的信噪比影响很大，本实验就是要测定前置放大器的噪声系数。前置放大器的噪声主要包括沟道热噪声、输入端串联电阻噪声、晶体管沟道1/f噪声、探测器漏电流散粒噪声、反馈电阻噪声、前放输
GB1496—79机动车辆噪声测量方法
中华人民共和国国家标准 GB 1496—79 机动车辆噪声测量方法 本标准适用于各类型汽车、摩托车、轮式拖拉机等机动车辆的车外、车 内噪声的测量。 一、测量仪器 1．使用精密声级计或普通声级计和发动机转速表。 2．声级计误差应不超过±2dB（A）。 3．在测量前后，仪器应按规定进行校准。 二、车外噪声测量 （一）测量条件 4．测量场地应平坦而空旷，在测试中心以25m为半径的范围内，不应有大的反射物，如建筑物、围墙等。 5．测试场地跑道应有20m以上的平直、干燥的沥青路面或混凝土路面。路面坡度不超过0.5％。 6．本底噪声（包括风噪声）应比所测车辆噪声至少低10 dB（A）。并保 证测量不被偶然的其他声源所干扰。 注：本底噪声系指测量对象噪声不存在时，周围环境的噪声。 7．为避免风噪声干扰，可采用防风罩，但应注意防风罩对声级计灵敏度的影响。 8．声级计附近除测量者外，不应有其他人员，如不可缺少时，则必须在测量者背后。 9．被测车辆不载重。测量时发动机应处于正常使用温度，车辆带有其他辅助设备亦是噪声源，测量时是否开动，应按正常使用情况而定。
（二）测量场地及测点位置 10．测量场地示意图见图1。 11．测试话筒位于20m跑道中心点0两侧，各距中线7.5m，距地面高度1.2m，用三角架固定，话筒平行于路面，其轴线垂直于车辆行驶方向。 （三）加速行驶车外噪声测量方法 12．车辆须按下列规定条件稳定地到达始端线： 行驶档位：前进档位为4档以上的车辆用第3档，前进档位为4档或4档以下的用第2档。 发动机转速为发动机标定转速的四分之三。如果此时车速超过了50km/h，那 么车辆应以50km/h的车速稳定地到达始端线。 拖拉机以最高档位、最高车速的四分之三稳定地到达始端线。 对于自动换档车辆，使用在试验区间加速最快的档位； 辅助变速装置不应使用。 在无转速表时，可以控制车速进入测量区：以所定档位相当于四分之三标定 转速的车速稳定地到达始端线。 13．从车辆前端到达始端线开始，立即将油门踏板踏到底或节流阀全开，直 线加速行驶，当车辆后端到达终端线时，立即停止加速。车辆后端不包括拖车以
噪声系数测量方法
噪声系数测量的三种方法 摘要：本文介绍了测量噪声系数的三种方法：增益法、Y系数法和噪声系数测试仪法。这三种方法的比较以表格的形式给出。 前言 在无线通信系统中，噪声系数(NF)或者相对应的噪声因数(F)定义了噪声性能和对接收机灵敏度的贡献。本篇应用笔记详细阐述这个重要的参数及其不同的测量方法。 噪声指数和噪声系数 噪声系数(NF)有时也指噪声因数(F)。两者简单的关系为： NF = 10 * log10 (F) 定义 噪声系数(噪声因数)包含了射频系统噪声性能的重要信息，标准的定义为： 式1 从这个定义可以推导出很多常用的噪声系数(噪声因数)公式。 下表为典型的射频系统噪声系数： * HG = 高增益模式，LG = 低增益模式 噪声系数的测量方法随应用的不同而不同。从上表可看出，一些应用具有高增益和低噪声系数(低噪声放大器(LNA)在高增益模式下)，一些则具有低增益和高噪声系数(混频器和LNA在低增益模式下)，一些则具有非常高的增益和宽范围的噪声系数(接收机系统)。因此测量方法必须仔细选择。本文中将讨论噪声系数测试仪法和其他两个方法：增益法和Y系数法。 使用噪声系数测试仪 噪声系数测试/分析仪在图1种给出。
图1. 噪声系数测试仪，如Agilent的N8973A噪声系数分析仪，产生28VDC脉冲信号驱动噪声源(HP346A/B)，该噪声源产生噪声驱动待测器件(DUT)。使用噪声系数分析仪测量待测器件的输出。由于分析仪已知噪声源的输入噪声和信噪比，DUT的噪声系数可以在内部计算和在屏幕上显示。对于某些应用(混频器和接收机)，可能需要本振(LO)信号，如图1所示。当然，测量之前必须在噪声系数测试仪中设置某些参数，如频率范围、应用(放大器/混频器)等。 使用噪声系数测试仪是测量噪声系数的最直接方法。在大多数情况下也是最准确地。工程师可在特定的频率范围内测量噪声系数，分析仪能够同时显示增益和噪声系数帮助测量。分析仪具有频率限制。例如，Agilent N8973A可工作频率为10MHz至3GHz。当测量很高的噪声系数时，例如噪声系数超过10dB，测量结果非常不准确。这种方法需要非常昂贵的设备。 增益法 前面提到，除了直接使用噪声系数测试仪外还可以采用其他方法测量噪声系数。这些方法需要更多测量和计算，但是在某种条件下，这些方法更加方便和准确。其中一个常用的方法叫做“增益法”，它是基于前面给出的噪声因数的定义： 式2. 在这个定义中，噪声由两个因素产生。一个是到达射频系统输入的干扰，与需要的有用信号不同。第二个是由于射频系统载波的随机扰动(LNA，混频器和接收机等)。第二种情况是布朗运动的结果，应用于任何电子器件中的热平衡，器件的可利用的噪声功率为： PNA = kTΔF,
噪声系数的计算及测量方法
噪声系数的计算及测量方法（一） 时间：2012-10-25 14:32:49 来源：作者： 噪声系数(NF)是RF系统设计师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器件的噪声，并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。许多优秀的通信和接收机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明. 现在，RF应用中会用到许多宽带运算放大器和ADC，这些器件的噪声系数因而变得重要起来。讨论了确定运算放大器噪声系数的适用方法。我们不仅必须知道运算放大器的电压和电流噪声，而且应当知道确切的电路条件：闭环增益、增益设置电阻值、源电阻、带宽等。计算ADC的噪声系数则更具挑战性，大家很快就会明白此言不虚。 公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。 该系数并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反应了器件或者信道特性的不理想。 在放大器的噪声系数比较低的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度(T)来表示。 噪声系数与噪声温度的关系为：T=(NF-1)T0 或NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度(290K) 噪声系数计算方法 研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。因此，离开信号谈噪声是无意义的。 从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为S/N(信号功率与噪声功率比)。即便噪声电平绝对值很高，但只要信噪比达到一定要求，噪声影响就可以忽略。否则即便噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于1，则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。因此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。 1 噪声系数的定义 要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为 设Pi为信号源的输入信号功率，Pni为信号源内阻RS产生的噪声功率，Po和Pno 分别为信号和信号源内阻在负载上所产生的输出功率和输出噪声功率,Pna表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出。
噪声测量方法
监测方法 按GB 12349执行。 工业企业厂界噪声标准测量方法 GB 12349－90 Method of measuring noise at boundary of industrial enterprises 本标准为执行GB 12348《工业企业厂界噪声标准》而制订。 本标准适用于工厂及有可能造成噪声污染的企事业单位的边界噪声的测量。 1 名词术语 1.1 A声级用A计权网络测得的声级，用LA表示，单位dB(A)。 1.2 等效声级 在某规定时间内A声级的能量平均值，又称等效连续A声级，用Leq表示，单位为dB(A)。 按此定义此量为： Leq＝10Lg（) 式中：LA-t时刻的瞬时A声级。 T-规定的测量时间。 当测量是采样测量，且采样的时间间隔一定时，式(1)可表示为： Leq＝10Lg（） 式中：Li-第i次采样测得的A声级； n-采样总数。 1.3 稳态噪声，非稳态噪声在测量时间内，声级起伏不大于3dB(A)的噪声视为稳态噪声，否则称为非稳态噪声。 1.4 周期性噪声 在测量时间内，声级变化具有明显的周期性的噪声。 1.5 背景噪声 厂界外噪声源产生的噪声。 2 测量条件 2.1 测量仪器 测量仪器精度为Ⅱ级以上的声级计或环境噪声自动监测仪，其性能符合GB 3875《声级计电声性能及测量方法》之规定，应定期校验。并在测量前后进行校准，灵敏度相差不得大于0.5dBA，否则测量无效。测量时传声器加风罩。 2.2 气象条件测量应在无雨、无雪的气候中进行，风力为5.5m/s以上时停止测量。
2.3 测量时间 测量应在被测企事业单位的正常工作时间内进行。分为昼、夜间两部分，时段的划分可由当地人民政府按当地习惯和季节划定。 2.4 采样方式 2.4.1 用声级计采样时，仪器动态特性为“慢”响应，采样时间间隔为5s。 2.4.2 用环境噪声自动监测仪采样时，仪器动态特性为“快”响应，采样时间间隔不大于1s。2.5 测量值2.5.1 稳态噪声测量1min的等效声级。 2.5.2 周期性噪声测量一个周期的等效声级。 2.5.3 非周期性非稳态噪声测量整个正常工作时间的等效声级。 2.6 测点位置的选择 2.6.1 测点(即传声器位置。下同)应选在法定厂界外1m，高度1.2m以上的噪声敏感处。如厂界有围墙，测点应高于围墙。 2.6.2 若厂界与居民住宅相连，厂界噪声无法测量时，测点应选在居室中央，室内限值应比相应标准值低10dB(A)。 3 测量记录及数据处理 3.1 测量记录围绕厂界布点。布点数目及间距视实际情况而定。在每一测点测量，计算正常工作时间内的等效声级，填入工业企业厂界噪声测量记录表(见附表)。 3.2 背景值修正 背景噪声的声级值应比待测噪声的声级值低10dB(A)以上，若测量值与背景值差值小于10dB(A)，按下表进行修正。 附录A工业企业厂界噪声测量记录表(补充件)
WCDMABTS接收机灵敏度和整机噪声系数的理论计算
WCDMA BTS 接收机灵敏度和整机噪声系数的理论计算 1 概述 灵敏度是衡量接收机在一定条件下能够接收小信号的能力，它和诸多因素有关。例如，在不同的误码率、信纳比、信噪比等条件及不同的接收环境（静态、多径信道模型）情况下灵敏度概念和数值可能各不相同。 静态参考灵敏度是指接收机在静态理想传播环境（相当于有用信号直接输入接收机，没有任何外界干扰）下，错误比特率小于某一规定值时接收机可以接收最小有用信号的能力。它是各种传播条件中最高的灵敏度，也就是说在任何情况下的接收机灵敏度数值都不可能超过静态参考灵敏度。通常所讲的基站灵敏度一般是指它的静态参考灵敏度。 2 接收机灵敏度计算 基站接收机系统可以分为射频滤波、LNA、混频、中频滤波、放大、A/D变换、DSP 处理、解调等几部分组成，如图1所示。 图1 接收机原理框图 进入接收机输入端的信号有两种，有用信号P min 和热噪声信号P noise，由于接收机通道中电路本身也会产生噪声N f，因而在解调处有用信号和噪声信号的比例为： E b/N t=P min-P noise-N f(1) 其中E b/N t是有用信号平均比特能量与噪声和干扰功率谱密度的比值，又称为解调门限，相当于模拟FM调制的C/I（载干比），是衡量数字调制和编码方式品质因素的标准。E b/N t的值取决于该系统的调制方式和解调算法。P noise为接收机输入口处的热噪声信号，又称本底噪声，其数值为P noise=10Log(KT0·BW)，其中K是波尔兹曼常数，K=1.38 10-23J/K；T0为标准噪声温度，T0=290K。则： P noise=10Log(KT0)+10Log(BW)=-174dBm+10Log(BW) (2) 式中BW为系统信道带宽。 对于WCDMA系统而言，BW=3.84MHz，由式（1）、（2）可以推出WCDMA基站接收机理论上静态参考灵敏度P min为： P min=-174dBm+10Log(BW)+ N f+ E b/N t =-108.15+ N f+ E b/N t(3)静态参考灵敏度是在静态传播情况下测得的数值，是衡量接收机性能好坏的一个重要指标。但在实际工作中，由于接收机所处的环境非常复杂，移动通信信道不可能是一个静态信