使用冷源法和Y因子法進行射頻噪聲系數(shù)測量
2024-03-29
隨著無線通訊愈加復雜，需要對射頻器件進行更多測試，以確保時刻擁有好信號。今天，我們就探討下射頻領域常見的兩種測試——噪聲系數(shù)測試和天線開關調(diào)諧器測試。
一、噪聲系數(shù)測試兩種方法pk
噪聲系數(shù)（NoiseFigure）是常見的射頻術語，表征了信號經(jīng)過一個器件后信噪比的惡化程度。
圖1.IEEE給出的噪聲系數(shù)定義拓撲圖
Desense NF通常出現(xiàn)在GNSSLNA的規(guī)格書中，衡量了存在一定強干擾時被測件噪聲系數(shù)惡化的程度，業(yè)界并沒有給出定義，但根據(jù)測試條件，可以在噪聲系數(shù)定義的基礎上得到Desense NF的定義拓撲圖，如圖2所示，干擾頻點通常為GNSS頻段附近的蜂窩通信頻點。
圖2.Desense NF定義拓撲圖
噪聲系數(shù)的測試方法主要有冷源法和Y因子法。
1. 冷源法
冷源法通常對高增益的LNA最為有效，因為對于明顯高于本底噪聲其固有本底噪聲的信號來說，信號分析儀可以更精確地測量噪聲功率。
冷源法的基本原理是端接待測設備的輸入，然后使用信號分析儀來測量DUT的輸出噪聲，如圖所示。在這種情況下，輸出噪聲功率是DUT的增益對DUT的固有噪聲進行放大后的結(jié)果。
圖3.冷源法測試連接示意圖
2.Y因子法
Y因子法測試中會用到噪聲源，建議選擇定向耦合器注入干擾信號，具有更高的隔離度，從而保護噪聲源。此時饋入到DUT的噪聲功率，因為信號源本身也會輸出一定的寬帶噪聲，是否對測試結(jié)果帶來影響也是一個未知數(shù)。
為了進一步驗證，按照圖4所示的測試連接，使用NIVST（矢量信號分析與發(fā)生器）可以構(gòu)建一套非常緊湊的測試系統(tǒng)，VST在提供干擾信號的同時，還能夠測試DUT輸出的噪聲。DUT后面的濾波器用于濾除干擾信號，以免影響噪聲功率的測試。
圖4.Y因子法測試Desense NF的示意圖
如果將上圖中的耦合器、DUT、濾波器等當做一個整體，直接使用Y因子法測試，因為信號源輸出寬帶噪聲的存在，并不確定是否對測試結(jié)果有影響。但是，如果將DUT輸入側(cè)的噪聲來源等效為一個新的噪聲源，標定出其超噪比ENR后，就可以使用Y因子法準確測試噪聲系數(shù)了。
二、天線開關調(diào)諧器PeakVoltage的兩大測試方法
天線開關調(diào)諧器（AntennaSwitch Tuner）廣泛應用于智能移動終端設計中，用于調(diào)諧天線的工作頻段，以應對日益壓縮的天線凈空區(qū)帶來的設計挑戰(zhàn)。
天線開關調(diào)諧器測試需要關注的參數(shù)包括：Ron、Coff、Isolation、Harmonic以及PeakVoltage。其中，Ron/Coff/Isolation都屬于S參數(shù)的測試，相對簡單。PeakVoltage（峰值耐受電壓）則相對復雜。
PeakVoltage主要有兩種測試方法——傳輸法和反射法。
1.傳輸法
傳輸法指的是在tuner輸出端使用一個阻抗調(diào)諧器，如圖5所示，通過調(diào)節(jié)阻抗改變反射系數(shù)，從而使得在DUT處形成比較強的駐波電壓。這樣可以緩解對射頻功率的要求，使用小得多的射頻功率便可以實現(xiàn)測試所需要的加載電壓。
圖5.Peak Voltage測試連接示意圖
為了緩解高加載電壓對射頻功率的要求，傳輸法通常借助于圖6所示的阻抗調(diào)諧器或其它失配電路引入阻抗失配形成駐波。若測試參考面處的反射系數(shù)幅度和相位合適，則可以在比較低的射頻功率下達到所期望的高加載電壓。
反射系數(shù)對于準確測試峰值耐受電壓至關重要，幅度和相位中但凡有一個不滿足要求，則加載電壓就不對。反射系數(shù)的調(diào)試并不容易，最關鍵的是，在橫向移動滑塊調(diào)整相位的過程中，阻抗調(diào)諧器的駐波比也會改變，這使得整個調(diào)試相對復雜。
圖6.傳輸法測試峰值耐受電壓連接示意圖
2.反射法
圖7以NI矢量信號收發(fā)器(VST)為例，給出了反射法測試峰值耐受電壓的連接示意圖。VST集矢量信號源與矢量信號分析儀于一體，既可以產(chǎn)生信號，也可以分析信號。信號源本身輸出的功率通常在+24dBm以內(nèi)，對應的信號振幅接近5V，這對于峰值耐受電壓的測試是遠遠不夠的。因此，需要外部功率放大器對信號進行放大。
圖7.反射法測試峰值耐受電壓連接示意圖
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