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(多图) 基于网络分析仪提高低噪声放大器的测量精度

作者:安捷伦公司网络分析仪产品事业部/孙现福 王国彬?? 2007年08月23日 ?? 收藏0

  1.低噪声放大器的特点和应用

  LNA主要用于微弱信号的放大,放大天线从空中接收到的微弱信号,降低噪声干扰,以供系统解调出所需的信息数据。对LNA的主要要求是:小的噪声系数(NF),即LNA本身产生的噪声功率小,噪声是限制微弱信号检测的基本因素, 任何微弱的信号理论上都可以经过LNA放大后被检测到,因此检测能力取决于信号噪声比;高的增益,具有较好平坦度的高增益不仅可以有效地放大信号,而且可以减小下级噪声的影响;大的动态范围,以给输入信号一个变化的范围而不产生失真;与信号源很好地匹配,在此LNA前端通常是射频无源滤波器,这种滤波器的传输特性对其负载敏感,因此需要有优异的输入输出反射损耗,另外LNA的非线性引起的三阶交调失真也是一个重要的指标。

  LNA广泛应用于微波通信、微波测量、雷达等接收系统,是接收机电路中的第一个有源电路,输入端接RF滤波器,输出端接镜像抑制滤波器或直接连接混频器,其主要功能是将来自天线的微伏级电压信号进行放大。作用距离远、覆盖范围大以及失真小等都已成为Radar, E/W, Satellite和GPS系统的普遍追求,这就对系统的接收灵敏度提出了更高的

要求,我们知道,系统接收灵敏度的计算公式如下:
计算公式
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??????? 由上式可见,在各种特定(带宽、解调S/N已定)的无线通讯系统中,能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF,而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的LNA,所以如何精准的测量LNA的各种指标参数是尤为重要的。

  2.校准原理

  校准的目的是为了消除测试系统中存在的系统误差。必须认识到校准本身也是一种测试过程,即用网络分析仪对已知高精度参数的标准校准件进行测量,网络分析仪测试的结果与系统中存储的校准件参数数据进行比对,两组数据之间必然存在误差,这些误差是由于网络分析仪的系统误差所引起,从而获取网络分析仪的系统误差。这些误差在后续的测量过程中将被消除掉,最终得到被测器件的测量结果。

  校准的基本类型有单端口校准,双端口校准,归一化校准还有今年刚刚推出的增强型响应校准(Enhanced Response Calibration)。对于放大器测量,我们常常需要测量正向增益,输入端损耗,输出端损耗和反向隔离度,因此需要双端口校准。双端口误差模型如下:
?

误差模型


???
???????以上12项系统误差,通过双端口校准可以获得。校准后,对被测件进行测量,测量过程得到四个测量S参数S11m,S21m,S12m和S22m。基于图3所示的四个双端口误差修正公式,消除12项系统误差,最终计算出实际需要的被测件的四个S参数S11a,S21a,S12a和S22a。
?双端口校准误差修正公式
  图3四个公式简化为:

  S11a=f(S11m,S21m,S12m,S22m,E12)?S21a= f(S11m,S21m,S12m,S22m, E12)

  S22a=f(S11m,S21m,S12m,S22m,E12)?S12a= f(S11m,S21m,S12m,S22m, E12)

  注:E12代表12项系统误差,S参数下标a为Actual实际值, m为Measure测量值。

  结论:每个实际S参数是四个测试S参数和12项系统误差的函数。因此,要想获得高精度的S参数测量结果,必须保证四个测试S参数的测量精度和12项系统误差的准确度。

  3.网络分析仪系统结构

  要想获取高精度的测量结果,必须非常清楚地理解网络分析仪的系统结构。安捷伦最新的网络分析仪PNA-X的系统结构如图4所示

网络分析仪的结构图


?????????????????????????????????????????????????????????????????????图4 网络分析仪的结构图


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矢量网络分析仪? 低噪声放大器? S参数? 测量精度?

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