【導讀】很多應用場景都會用到低噪聲放大器(LNA)
，包括無線通信、傳感器網絡、導航衛星和射電望遠鏡等。LNA在放大低功率信號的同時，也會影響係統信噪比 (SNR)。除了增益和線性度等常見放大器考慮因素之外，LNA 還必須具有低噪聲係數性能
，以保持信號質量和係統靈敏度。

很多應用場景都會用到低噪聲放大器(LNA)，包括無線通信、傳感器網絡、導航衛星和射電望遠鏡等。LNA在放大低功率信號的同時
，也會影響係統信噪比 (SNR)。除了增益和線性度等常見放大器考慮因素之外
，LNA 還必須具有低噪聲係數性能


，以保持信號質量和係統靈敏度。

LNA的性能對接收機質量和可靠性的影響比任何其他部件都大
，對於蜂窩終端設備、基站
、無線局域網 (Wi-Fi) 以及航空和衛星通信係統至關重要。

工程師通過優化LNA的噪聲係數
、增益和線性度來提升接收機的靈敏度，從而實現所需的信號質量和覆蓋範圍。

噪聲係數測量

LNA 通常占據接收機鏈路的第一級，從而確定了係統鏈路預算
、噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)和(he)接(jie)收(shou)機(ji)的(de)最(zui)小(xiao)可(ke)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)。由(you)於(yu)放(fang)大(da)器(qi)有(you)源(yuan)電(dian)路(lu)的(de)影(ying)響(xiang)
，低(di)噪(zao)聲(sheng)放(fang)大(da)器(qi)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)些(xie)噪(zao)聲(sheng)，噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)就(jiu)是(shi)表(biao)征(zheng)放(fang)大(da)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)。根(gen)據(ju)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)的(de) Friis 公式，第一級放大的噪聲係數F1確定了整個接收機的最小噪聲係數。

zaoshengxishumiaoshulexitongzhongcunzaidechaoezaoshengliang。jiangdizaoshengxishukejianshaozaoshengdaozhidexitongsunshang。guoduodezaoyinhuijiangdixinhaozhiliang
，rutongdianshiguangbohuoshoujitonghuazhongdejingdianganrao。zaileidahuotongxinyingyongzhong，jieshoujizaoshengxianzhilexitongdeyouxiaofugaifanwei。

係(xi)統(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)信(xin)號(hao)功(gong)率(lv)或(huo)降(jiang)低(di)噪(zao)聲(sheng)來(lai)優(you)化(hua)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)信(xin)噪(zao)比(bi)。開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)更(geng)強(qiang)大(da)的(de)部(bu)件(jian)來(lai)增(zeng)加(jia)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)功(gong)率(lv)，或(huo)者(zhe)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)發(fa)射(she)機(ji)和(he)接(jie)收(shou)機(ji)之(zhi)間(jian)的(de)路(lu)徑(jing)損(sun)耗(hao)。而(er)改(gai)善(shan)接(jie)收(shou)機(ji)的(de)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)則(ze)是(shi)優(you)化(hua) SNR 最簡單且最具成本效益的方法。

傳統上，工程師使用 Y 因子法來測量噪聲係數，如圖 2 所示。Y 因子法測試係統包括已校準的噪聲源、專門設計的噪聲開關、具有良好輸出匹配的衰減器，以及頻譜分析儀或噪聲係數分析儀。當噪聲二極管關斷時，噪聲源對DUT呈現室溫（冷態）端接。

在反向偏置期間，二極管會發生雪崩擊穿，產生相當大的噪聲，這種額外噪聲描述為超噪比(ENR)。使用噪聲源在 DUT 輸出端進行兩次噪聲功率測量
，然後使用兩次測量的比率（稱為 Y 因子）來計算噪聲係數。

基於測試儀器的限製，在使用 Y 因子法進行噪聲係數測量時，必須在熱測量和冷測量期間假設噪聲源匹配 50 歐姆。此外，由於傳統的測試設置無法糾正 DUT 輸入處的不匹配，因此隨著 DUT 的匹配變差
，精度也會降低。這些測試裝置的限製會給使用 Y 因子法獲取的噪聲係數數據帶來很大的不確定性。

增益和線性度測量

S 參數測量是射頻網絡的基本測量，用於描述LNA的線性行為，即正向增益、反向隔離以及輸入或輸出匹配。如果放大器呈線性，則無論輸入功率如何，S 參數都保持恒定。然而，全麵可靠的放大器評估還必須應對其非線性特性。

失真效應嚴重影響信號質量，尤其是放大器引起的非線性失真。帶內失真的影響需要引起特別關注，因為濾波被證明對此是無效的。圖 3 中定義的誤差矢量幅度 (EVM)被視為帶內失真的重要指標。

WiFi和5G NR等通信標準設置了可接受的最低EVM要求。隨著標準嚴格性的提高，準確獲取和優化 LNA 線性度和 EVM 的需求也隨之增加。

典型連續波 (CW) 和雙音測試的首選工具是矢量網絡分析儀 (VNA)。現代通信標準則需要對寬帶信號的複雜調製進行測試。

傳統測試寬帶調製信號失真（EVM
、ACPR等）性(xing)能(neng)會(hui)用(yong)到(dao)信(xin)號(hao)分(fen)析(xi)儀(yi)和(he)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)器(qi)。在(zai)不(bu)同(tong)的(de)測(ce)試(shi)設(she)置(zhi)之(zhi)間(jian)切(qie)換(huan)以(yi)完(wan)成(cheng)增(zeng)益(yi)和(he)線(xian)性(xing)度(du)等(deng)測(ce)量(liang)不(bu)僅(jin)浪(lang)費(fei)寶(bao)貴(gui)的(de)測(ce)試(shi)時(shi)間(jian)
，還(hai)會(hui)增(zeng)加(jia)其(qi)間(jian)關(guan)聯(lian)結(jie)果(guo)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)。此(ci)外(wai)
，在(zai)信(xin)號(hao)分(fen)析(xi)儀(yi)上(shang)進(jin)行(xing)EVM 測量所需的外部測試夾具（例如衰減器或升壓放大器）會帶來更多的測量不確定性。

ENA-X 網絡分析儀平台可幫助工程師更快地開發和驗證LNA。ENA-X 包括集成的低噪聲接收機、調製失真分析和全矢量校正功能，以消除單個測試設置中的輸入端口失配、通道功率和源誤差影響。ENA-X 采用定製MMIC設計，為開發人員提供更高的測量精度和可重複的結果。RF 開發人員隻需連接並校準一次測試裝置即可完成全部測量。

網絡分析儀技術的進步使工程師能夠使用冷源法進行完全校準的噪聲係數測量，如圖 4 所示。ENA-X還能完成EVM和ACPR測量。除了簡化測試設置之外
，網絡分析儀的測量方法和技術有助於獲得更準確的測量結果。

ENA-X 網絡分析儀提供增強的硬件集成
，包括端口 1 的內置上變頻器以及端口 1 和 2的低噪聲接收機。這些集成提供了更大的測量靈活性。上變頻器使 ENA-X 能夠與低頻信號發生器（例如 Keysight MXG 信號發生器）配對，進行高達 44 GHz 的測量。兩個集成的低噪聲接收機無需額外測試夾具並能使 ENA-X在雙向進行DUT測量，從而簡化噪聲係數校準。隻需連接和校準測試裝置一次，工程師就可以完成標準網絡分析測量
，以及冷源法噪聲係數的測量。

ENA-X 內部接收機的低噪聲係數有助於提高噪聲係數測量靈敏度。這使得 ENA-X 的噪聲係數測量在30GHz以內的頻段毫不遜於高性能 PNA-X 網絡分析儀，如圖 5 所示。

使用調製失真分析軟件進行線性度測試

多種不同的測試設置會延長驗證周期時間並引入額外的潛在誤差。測試儀器的信號質量影響著測試係統的誤差矢量幅度 (EVM) — 稱為殘餘 EVM。雖然這種固有誤差在以前的通信係統中是可以接受的，但當今的毫米波傳輸係統需要更精確的測量來驗證其性能符合嚴格的 EVM 要求（256 QAM 為 3.5%，1024 QAM 為 1%）。

ENA-X 提供擴展的軟件應用功能，可實現頻譜和信號分析。此功能使得完全矢量校正的調製信號 EVM 和 ACPR 測量可在用於 CW 和雙音測試的同一設置上進行。ENA-X 采用是德科技頻譜相關技術來直接分析頻域中的調製輸入和輸出信號。

ENA-X 的(de)接(jie)收(shou)機(ji)直(zhi)接(jie)接(jie)入(ru)功(gong)能(neng)為(wei)工(gong)程(cheng)師(shi)提(ti)供(gong)了(le)更(geng)大(da)的(de)測(ce)試(shi)靈(ling)活(huo)性(xing)，能(neng)夠(gou)將(jiang)增(zeng)壓(ya)放(fang)大(da)器(qi)或(huo)定(ding)向(xiang)耦(ou)合(he)器(qi)環(huan)路(lu)嵌(qian)入(ru)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)，同(tong)時(shi)保(bao)持(chi)入(ru)射(she)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)的(de)質(zhi)量(liang)，並(bing)進(jin)行(xing)VNA內部接收機校準。

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