基于網(wǎng)絡(luò)分析儀提高低噪聲放大器（LNA）的測(cè)量精度

        作者：安捷倫公司網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)品事業(yè)部 | 孫現(xiàn)福 王國(guó)彬

　　1.低噪聲放大器的特點(diǎn)和應(yīng)用

　　LNA主要用于微弱信號(hào)的放大，放大天線從空中接收到的微弱信號(hào)，降低噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)。對(duì)LNA的主要要求是：小的噪聲系數(shù)(NF)，即LNA本身產(chǎn)生的噪聲功率小，噪聲是限制微弱信號(hào)檢測(cè)的基本因素， 任何微弱的信號(hào)理論上都可以經(jīng)過LNA放大后被檢測(cè)到，因此檢測(cè)能力取決于信號(hào)噪聲比；高的增益，具有較好平坦度的高增益不僅可以有效地放大信號(hào)，而且可以減小下級(jí)噪聲的影響；大的動(dòng)態(tài)范圍，以給輸入信號(hào)一個(gè)變化的范圍而不產(chǎn)生失真；與信號(hào)源很好地匹配，在此LNA前端通常是射頻無源濾波器，這種濾波器的傳輸特性對(duì)其負(fù)載敏感,因此需要有優(yōu)異的輸入輸出反射損耗，另外LNA的非線性引起的三階交調(diào)失真也是一個(gè)重要的指標(biāo)。

　　LNA廣泛應(yīng)用于微波通信、微波測(cè)量、雷達(dá)等接收系統(tǒng)，是接收機(jī)電路中的第一個(gè)有源電路，輸入端接RF濾波器，輸出端接鏡像抑制濾波器或直接連接混頻器，其主要功能是將來自天線的微伏級(jí)電壓信號(hào)進(jìn)行放大。作用距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大以及失真小等都已成為Radar, E/W, Satellite和GPS系統(tǒng)的普遍追求，這就對(duì)系統(tǒng)的接收靈敏度提出了更高的

　　2.校準(zhǔn)原理

　　校準(zhǔn)的目的是為了消除測(cè)試系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)誤差。必須認(rèn)識(shí)到校準(zhǔn)本身也是一種測(cè)試過程，即用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)已知高精度參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試的結(jié)果與系統(tǒng)中存儲(chǔ)的校準(zhǔn)件參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，兩組數(shù)據(jù)之間必然存在誤差，這些誤差是由于網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)誤差所引起，從而獲取網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)誤差。這些誤差在后續(xù)的測(cè)量過程中將被消除掉，最終得到被測(cè)器件的測(cè)量結(jié)果。

　　校準(zhǔn)的基本類型有單端口校準(zhǔn)，雙端口校準(zhǔn)，歸一化校準(zhǔn)還有今年剛剛推出的增強(qiáng)型響應(yīng)校準(zhǔn)（Enhanced Response Calibration）。對(duì)于放大器測(cè)量，我們常常需要測(cè)量正向增益，輸入端損耗，輸出端損耗和反向隔離度，因此需要雙端口校準(zhǔn)。雙端口誤差模型如下：
 

   
       以上12項(xiàng)系統(tǒng)誤差，通過雙端口校準(zhǔn)可以獲得。校準(zhǔn)后，對(duì)被測(cè)件進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過程得到四個(gè)測(cè)量S參數(shù)S11m,S21m,S12m和S22m�；�于圖3所示的四個(gè)雙端口誤差修正公式，消除12項(xiàng)系統(tǒng)誤差，最終計(jì)算出實(shí)際需要的被測(cè)件的四個(gè)S參數(shù)S11a,S21a,S12a和S22a。
 
　　圖3四個(gè)公式簡(jiǎn)化為：

　　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項(xiàng)系統(tǒng)誤差，S參數(shù)下標(biāo)a為Actual實(shí)際值, m為Measure測(cè)量值。

　　結(jié)論：每個(gè)實(shí)際S參數(shù)是四個(gè)測(cè)試S參數(shù)和12項(xiàng)系統(tǒng)誤差的函數(shù)。因此，要想獲得高精度的S參數(shù)測(cè)量結(jié)果，必須保證四個(gè)測(cè)試S參數(shù)的測(cè)量精度和12項(xiàng)系統(tǒng)誤差的準(zhǔn)確度。

　　3.網(wǎng)絡(luò)分析儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　要想獲取高精度的測(cè)量結(jié)果，必須非常清楚地理解網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。安捷倫最新的網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA-X的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示

                                                                     圖4 網(wǎng)絡(luò)分析儀的結(jié)構(gòu)圖

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