CN108508287A - 基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法 - Google Patents
基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108508287A CN108508287A CN201810583660.5A CN201810583660A CN108508287A CN 108508287 A CN108508287 A CN 108508287A CN 201810583660 A CN201810583660 A CN 201810583660A CN 108508287 A CN108508287 A CN 108508287A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- noise
- receiver
- power
- network analyzer
- vector network
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/26—Measuring noise figure; Measuring signal-to-noise ratio
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法,属于微波测试与测量领域。本发明可以精确测量被测件的矢量增益,消除端口失配引起的误差影响,进一步提高测试准确度;基于矢量网络分析仪和功率计,无需专用噪声源和噪声分析仪,将S参数与噪声系数相结合,便于放大器等器件的一体化测试。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域,具体涉及一种基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法。
背景技术
噪声系数是表征器件或系统处理低功率信号能力的重要参数,获取噪声系数后,就可以采取降低器件或系统本身噪声的方法,提高信噪比,进而减少器件或系统对传输信号产生的影响。
传统上,噪声系数是通过噪声系数分析仪测量获得。噪声系数分析仪采用Y因子法,连接示意图如图1所示。基于Y因子法的噪声系数测量包含校准和测量两个过程。校准时,噪声源与噪声系数分析仪输入端口直接相连,噪声仪提供+28V的电压,驱动噪声源工作,分别记录噪声源开关两种状态的接收机的噪声功率;测量时,如图1所示连接,噪声仪依次记录噪声源开关两种状态接收到的被测件与接收机总的噪声功率,根据噪声仪内部特定算法,计算出被测件的噪声系数和增益,显示到仪表图形界面。
现有使用噪声分析仪测量噪声系数方法有如下三个方面的不足:
其一:只适用于测量接近理想匹配的被测件,忽略了被测件与仪器之间、噪声源与被测件之间的阻抗失配等因素,对匹配不好的被测件精度欠佳;
其二:被测件的增益是计算获得的标量增益,不是真实测量的被测件矢量增益信息;
其三:用户设计放大器等微波器件时,需要测试网络参数等信息,Y因子法无法获得。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题,本发明提出了一种基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法,设计合理,克服了现有技术的不足,具有良好的效果。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法,包括校准过程和测量过程:
校准过程包括如下步骤:
步骤S11:设置矢量网络分析仪包括频率范围、点数、中频带宽Bw和功率Psrc在内的参数;
步骤S12:将矢量网络分析仪的端口1连接功率计,进行端口1的源功率校准;
步骤S13:端口1和端口2直通,打开矢量网络分析仪的端口1源功率输出,使用矢量网络分析仪接收机B测量接收机功率PB;输入功率Psrc经由接收机放大或衰减后的输出功率PB满足公式(1),由此可计算出接收机B的内部增益GB;
步骤S14:连接机械校准件或电子校准件进行网络仪常规全双端口S参数校准;
步骤S15:保持直通状态,关闭矢量网络分析仪的端口1源输出,使用矢量网络分析仪接收机B测量冷源状态下接收机功率PB-cold;
步骤S16:通过温度计测量当前室内温度Troom,已知接收机中频带宽Bw,接收机内部增益GB,由单一器件噪声功率与输入噪声温度、器件本身等效输入噪声温度的关系式:
PB-cold=KBwGB(Troom+Trec) (2);
变换后,得到公式(3):
其中,Trec为噪声接收机的等效输入噪声温度,K为玻尔兹曼常数1.38×10-23;
器件自身噪声系数F与等效输入噪声温度Te关系如公式(4)所示:
将Trec代入公式(4),求出噪声接收机的噪声系数Frec;
式中,T0是标准噪声温度290K;
测量过程包括如下步骤:
步骤S21:使能矢量网络分析仪S参数校准;
步骤S22:在端口1与端口2之间连接被测件,测量被测件的S21,即被测件的增益Gdut;
步骤S23:关闭矢量网络分析仪端口1源输出,使用矢量网络分析仪接收机B,测量被测件和接收机总的噪声功率Psys;
被测件与噪声接收机级联整体总的等效输入噪声温度Tsys与噪声功率Psys存在如下关系:
Psys=KBwGBGdut(Troom+Tsys) (6);
根据公式(6)可求出Tsys,将其代入公式(4),求出级联整体的噪声系数Fsys:
将Fsys、Frec和Gdut代入被测件与噪声接收机组成的级联系统噪声系数计算公式(8):
最终求得被测件的噪声系数Fdut。
本发明所带来的有益技术效果:
本发明可以精确测量被测件的矢量增益,消除端口失配引起的误差影响,进一步提高测试准确度;基于矢量网络分析仪和功率计,无需专用噪声源和噪声分析仪,将S参数与噪声系数相结合,便于放大器等器件的一体化测试。
附图说明
图1为Y因子法连接示意图。
图2为冷源法连接示意图。
图3为冷源测量方法示意图.
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
器件本身的噪声功率计算公式为:
P=KTBw (9);
其中,K为玻尔兹曼常数(1.38×10-23),T为等效噪声温度,冷源状态下T为290K,Bw为接收机带宽。
本发明基于冷源法的噪声系数测试思想,冷源法的测试如图2所示,矢量网络分析仪的端口1提供源激励信号,端口2用作噪声接收机,被测件通过电缆连接在端口1和端口2之间。首先进行常规S参数测量,获得被测件的S21(传输增益);然后关闭源端口1,冷源状态下测出被测件的输出噪声功率Pout。
图3所示为器件的输出噪声功率与输入噪声功率关系特性曲线,已知斜率(G:器件增益)和直线上的一点(Pin,Pout),可以计算出直线与Y轴的交点,此交点就是器件自身噪声功率Pe。
Pe=Pout-G*Pin (10);
为了计算方便,引入等效输入噪声温度的概念。器件本身等效噪声温度等效到输入端的噪声温度定义为等效输入噪声温度(以Te表示)。二者之间的关系表示为:
T=TeG (11)
由公式(9)、公式(10)、公式(11)可计算出被测件的等效输入噪声温度Te。
根据噪声系数的定义,可计算出噪声系数,等效输入噪声温度和噪声系数的关系式如下:
本发明的技术方案包括校准过程和测量过程:
校准过程包括如下步骤:
步骤S11:设置矢量网络分析仪包括频率范围、点数、中频带宽Bw和功率Psrc(单位为W)在内的参数;
步骤S12:将矢量网络分析仪的端口1连接功率计,进行端口1的源功率校准;
步骤S13:端口1和端口2直通,打开矢量网络分析仪的端口1源功率输出,使用矢量网络分析仪接收机B测量接收机功率PB;输入功率Psrc经由接收机放大或衰减后的输出功率PB满足公式(1),由此可计算出接收机B的内部增益GB;
步骤S14:连接机械校准件或电子校准件进行网络仪常规全双端口S参数校准;
步骤S15:保持直通状态,关闭矢量网络分析仪的端口1源输出,使用矢量网络分析仪接收机B测量冷源状态下接收机功率PB-cold;
步骤S16:通过温度计测量当前室内温度Troom,已知接收机中频带宽Bw,接收机内部增益GB,由单一器件噪声功率与输入噪声温度、器件本身等效输入噪声温度的关系式:
PB-cold=KBwGB(Troom+Trec) (2);
变换后,得到公式(3):
其中,Trec为噪声接收机的等效输入噪声温度,K为玻尔兹曼常数1.38×10-23;
噪声系数与等效输入噪声温度关系如公式(4)所示,将Trec代入公式(4),求出噪声接收机的噪声系数Frec;
式中,T0是标准噪声温度290K;
测量过程包括如下步骤:
步骤S21:使能矢量网络分析仪S参数校准;
步骤S22:在端口1与端口2之间连接被测件,测量被测件的S21,即被测件的增益Gdut;
步骤S23:关闭矢量网络分析仪端口1源输出,使用矢量网络分析仪接收机B,测量被测件和接收机总的噪声功率Psys;
被测件与噪声接收机级联整体总的等效输入噪声温度Tsys与噪声功率Psys存在如下关系:
Psys=KBwGBGdut(Troom+Tsys) (6);
根据公式(6)可求出Tsys,将其代入公式(4),求出级联整体的噪声系数Fsys:
由被测件与噪声接收机组成的级联系统噪声系数存在以下计算公式:
将Fsys、Frec和Gdut代入公式(8),最终求得被测件的噪声系数Fdut。
关键技术和难点:
1、源功率校准技术
网络仪源输出经由同轴传输线、电桥和耦合器等器件,到达被测件,输出功率与实际的设置值会产生误差。为了消除源输出路径所带来的误差,采用功率计校准方式,修正端口输出功率。在用户指定频率范围内选择点数,进而指定频点,依次扫描所有频点,功率计精确测量端口输出功率,计算出单个频点实测值与设置值之间的差值,记录下来。校准完毕,打开源功率修正,补偿源输出差值,完成整个源功率校准过程。
2、被测件增益的精确测量
冷源法测量噪声系数的关键在于精确测量被测件的增益,而测量增益是网络仪的核心功能之一。通过全双端口校准技术,网络仪可以去除仪器本身产生的误差,测量时能够精确表征二端口器件的增益特性。
3、噪声接收机的灵敏度
由于冷源法测试要求接收机在冷源状态下测试噪声功率,噪声接收机的灵敏度就至关重要。在本发明中,噪声接收机直接采用网络仪接收机,并对其进行了优化,采用跳线形式越过端口2的定向耦合器,去除耦合器耦合度的影响,增强了网络仪接收机处理低电平信号的能力,提高了灵敏度。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法,其特征在于:包括校准过程和测量过程:
校准过程包括如下步骤:
步骤S11:设置矢量网络分析仪包括频率范围、点数、中频带宽Bw和功率Psrc在内的参数;
步骤S12:将矢量网络分析仪的端口1连接功率计,进行端口1的源功率校准;
步骤S13:端口1和端口2直通,打开矢量网络分析仪的端口1源功率输出,使用矢量网络分析仪接收机B测量接收机功率PB;输入功率Psrc经由接收机放大或衰减后的输出功率PB满足公式(1),由此可计算出接收机B的内部增益GB;
步骤S14:连接机械校准件或电子校准件进行网络仪常规全双端口S参数校准;
步骤S15:保持直通状态,关闭矢量网络分析仪的端口1源输出,使用矢量网络分析仪接收机B测量冷源状态下接收机功率PB-cold;
步骤S16:通过温度计测量当前室内温度Troom,已知接收机中频带宽Bw,接收机内部增益GB,由单一器件噪声功率与输入噪声温度、器件本身等效输入噪声温度的关系式:
PB-cold=KBwGB(Troom+Trec) (2);
变换后,得到公式(3):
其中,Trec为噪声接收机的等效输入噪声温度,K为玻尔兹曼常数1.38×10-23;
器件自身噪声系数F与等效输入噪声温度Te关系如公式(4)所示:
将Trec代入公式(4),求出噪声接收机的噪声系数Frec;
式中,T0是标准噪声温度290K;
测量过程包括如下步骤:
步骤S21:使能矢量网络分析仪S参数校准;
步骤S22:在端口1与端口2之间连接被测件,测量被测件的S21,即被测件的增益Gdut;
步骤S23:关闭矢量网络分析仪端口1源输出,使用矢量网络分析仪接收机B,测量被测件和接收机总的噪声功率Psys;
被测件与噪声接收机级联整体总的等效输入噪声温度Tsys与噪声功率Psys存在如下关系:
Psys=KBwGBGdut(Troom+Tsys) (6);
根据公式(6)可求出Tsys,将其代入公式(4),求出级联整体的噪声系数Fsys:
将Fsys、Frec和Gdut代入被测件与噪声接收机组成的级联系统噪声系数计算公式(8):
最终求得被测件的噪声系数Fdut。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810583660.5A CN108508287B (zh) | 2018-06-08 | 2018-06-08 | 基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810583660.5A CN108508287B (zh) | 2018-06-08 | 2018-06-08 | 基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108508287A true CN108508287A (zh) | 2018-09-07 |
CN108508287B CN108508287B (zh) | 2019-12-27 |
Family
ID=63402869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810583660.5A Active CN108508287B (zh) | 2018-06-08 | 2018-06-08 | 基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108508287B (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111123305A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 秦然 | 一种gnss记录回放测试仪图形化噪声系数优化方法 |
CN112067915A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-12-11 | 中电科仪器仪表有限公司 | 一种噪声源定标系统 |
CN112130011A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-25 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种星载功率放大器evm测试方法 |
CN113358946A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 扩频模块、在片测试系统及其s参数、噪声系数测试方法 |
CN113376452A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-10 | 中电科思仪科技股份有限公司 | 一种基于矢量网络分析仪的噪声源定标系统及定标方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002528724A (ja) * | 1998-10-28 | 2002-09-03 | クリーダンス システムズ コーポレイション | 無線周波数デバイスのノイズ指数を計測するシステム |
CN105004937A (zh) * | 2014-04-24 | 2015-10-28 | 是德科技股份有限公司 | 使用窄带补偿的噪声指数测量 |
CN106100770A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-11-09 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种基于两种检波方式的噪声系数测量方法 |
US9632124B2 (en) * | 2008-07-30 | 2017-04-25 | Maury Microwave, Inc. | Methods for calibrating an impedance tuner, for conducting load pull measurements, and for measuring data for noise parameters |
-
2018
- 2018-06-08 CN CN201810583660.5A patent/CN108508287B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002528724A (ja) * | 1998-10-28 | 2002-09-03 | クリーダンス システムズ コーポレイション | 無線周波数デバイスのノイズ指数を計測するシステム |
US9632124B2 (en) * | 2008-07-30 | 2017-04-25 | Maury Microwave, Inc. | Methods for calibrating an impedance tuner, for conducting load pull measurements, and for measuring data for noise parameters |
CN105004937A (zh) * | 2014-04-24 | 2015-10-28 | 是德科技股份有限公司 | 使用窄带补偿的噪声指数测量 |
CN106100770A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-11-09 | 中国电子科技集团公司第四十研究所 | 一种基于两种检波方式的噪声系数测量方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
卞悦等: "基于矢量网络分析仪的低噪声放大器测试系统", 《中国集成电路测试》 * |
郭海帆等: "基于矢量网络分析仪功率测量的噪声系数测量方法", 《中国测试》 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111123305A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 秦然 | 一种gnss记录回放测试仪图形化噪声系数优化方法 |
CN111123305B (zh) * | 2019-12-12 | 2023-08-22 | 秦然 | 一种gnss记录回放测试仪图形化噪声系数优化方法 |
CN112067915A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-12-11 | 中电科仪器仪表有限公司 | 一种噪声源定标系统 |
CN112130011A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-25 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种星载功率放大器evm测试方法 |
CN112130011B (zh) * | 2020-08-21 | 2023-12-12 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种星载功率放大器evm测试方法 |
CN113376452A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-10 | 中电科思仪科技股份有限公司 | 一种基于矢量网络分析仪的噪声源定标系统及定标方法 |
CN113358946A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 扩频模块、在片测试系统及其s参数、噪声系数测试方法 |
CN113358946B (zh) * | 2021-06-16 | 2024-06-07 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 扩频模块、在片测试系统及其s参数、噪声系数测试方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108508287B (zh) | 2019-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108508287A (zh) | 基于矢量网络分析仪和功率计测量噪声系数的测量方法 | |
WO2021196687A1 (zh) | 一种基于多分量的电场探头和磁场探头校准系统及方法 | |
CN108802510B (zh) | 一体化噪声参数测量装置及测量方法 | |
CN107861050B (zh) | 一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法 | |
US9921287B2 (en) | Method for calibrating a test rig | |
US10042029B2 (en) | Calibration of test instrument over extended operating range | |
CN106066425B (zh) | 一种阻抗测量装置及其实现校准补偿的方法 | |
CN108828336B (zh) | 一种基于矢量网络分析仪和噪声源的噪声系数测试方法 | |
CN106100770B (zh) | 一种基于两种检波方式的噪声系数测量方法 | |
CN109239634B (zh) | 基于岭回归的二端口矢量网络分析仪校准的方法 | |
US20080238441A1 (en) | Vector Network Analyzer-Noise Figure Measurement | |
US20100273429A1 (en) | Method and arrangement for determining non-linear behavior | |
JP2014010067A (ja) | インピーダンス測定方法及び測定装置 | |
CN110568283A (zh) | 一种有源器件互调测试装置及测试方法 | |
JP4009876B2 (ja) | 測定誤差の補正方法及び電子部品特性測定装置 | |
CN106771712B (zh) | 一种变频器相位一致性测试装置及方法 | |
CN113612552B (zh) | 一种微波辐射计接收机端口幅度不一致性测试系统和方法 | |
CN111650449B (zh) | 一种低频噪声测试装置及方法 | |
CN109254258B (zh) | 一种针对多端口s参数测试装置的完全校准方法 | |
CN108614230B (zh) | 一种网络仪的源功率和接收机的简化校准方法 | |
Pisani et al. | A unified calibration algorithm for scattering and load pull measurement | |
Vandenberghe et al. | Identifying error-box parameters from the twelve-term vector network analyzer error model | |
CN113376452B (zh) | 一种基于矢量网络分析仪的噪声源定标系统及定标方法 | |
US11558129B1 (en) | System and method for calibrating vector network analyzer modules | |
CN109254217A (zh) | 一种单侧夹具的s参数提取方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |