噪声系数测试仪

无处不在的噪声是射频和微波设计师的敌人，对此不应感到惊奇。噪声限制了通信接收器检测弱信号的能力，从而妨碍设计师实现最佳的接收器性能。传输信号中的噪声恶化了性能，不仅是对传输信号，而且同样是对周围的频谱。由于噪声是普遍存在的，多年以前，射频和微波行业就建立了一个称为噪声系数的测量参数，以定量元件或系统给通过它的信号增加了多少噪声。 虽然噪声系数是一种用于描述射频和微波系统噪声和接收器灵敏度的参数，但它也是最重要和广泛使用的参数。对于各次测量和使用不同仪器的测量，噪声系数测量总是要求高精度和重复性。精度和重复性保证了元件和子系统制造商和他们的客户所进行规定性能测量的一致性。 噪声系数基础作为测量参数的噪声系数早在二十世纪四时年代就开始使用，工程师Harold Friis把它定义为用分贝(dB)表示的射频或微波器件输入处的信噪比(SNR)除以输出处的SNR。从它的名称可知，SNR是在给定传输环境中的信号电平与噪声电平之比。SNR越高，就有越多的信号超过噪声，使信号更容易检测。因此噪声系数是越低越好，因为在理想情况下，微波元件、子系统或系统应没有噪声施加到通过的信号上。但实际上所有电子器件都会增加一些噪声，叠加最低噪声的是最好的器件，这些器件有最低的噪声系数。 噪声系数的重要性有多高?不管如何估计噪声系数对系统整体性能和成本的重要性都不会过高。例如，把直播卫星的噪声系数降一半，即从2dB降到1dB，与把卫星转发器的功率增加25%在性能上有相同的效果。显然，制造商会发现增加空间发射机功率的成本要远远高于改进地面站接收器低噪声放大器(LNA)性能。 在卫星接收器生产线中，只需调整阻抗电平或选择适合的晶体管，就能把噪声系数降低1dB。1dB噪声系数的降低与增加天线25%的面积有同样效果。增加天线尺寸也增加了成本，加大了操纵和支持机构的体积和重量，对于有美学考虑的DBS这类应用，这样的天线是太大了。 在无线通信系统中，具有低噪声系数的基站可减小与之通信的移动台发射功率，这对于电池寿命，大小和重量都有积极的影响。 在发射机设计中噪声也极为重要。例如，无线基站线性功率放大器中过高的噪声会降低邻道接收质量，也就是达不到规章对干扰的要求。 进行噪声系数测量有几种技术和仪器可用于噪声系数的测量，从专用噪声系数分析仪到频谱分析仪，网络分析仪和真有效值功率计。如所预期的，专用的噪声系数分析仪提供最低的测量不确定度，其次是频谱分析仪(如果配备前置放大器)。Agilent ESA-E系列经济型频谱分析仪带有可选的集成前置放大器(选件1DS)，可根据分析仪的频率范围提供10MHz至1.5GHz或3GHz的噪声系数测量。Agilent ESA-E系列频谱分析仪是PSA系列高性能频谱分析仪和 Agilent NFA系列噪声系数分析仪的补充。如果您的应用只需要中等性能的频谱分析工具，它就是最物美价廉的解决方案。过去使用频谱分析仪测量噪声系数需要许多步骤和若干数学计算，这是繁杂和容易出错的过程。现在，ESA-E系列新的噪声系数测量专用件实现了包括计算在内的整个过程自动化。这是非常精确和易于使用的解决方案。新的测量专用件是频谱分析仪丰富通用能力环境的集成部分，包括单键功率测量，以及与8?601A VSA软件链接的相位和调制分析。若要求更高的频谱分析能力和优异的仪器不确定度，用户可选择PSA系列频谱分析仪。PSA有您期望于高性能频谱分析仪的所有功能，以及与ESA-E系列同一用户界面的噪声系数测量专用件。因此，客户能无缝地从一种仪器转到下一种仪器，而不必担心还要去熟悉仪器间的细微差别。ESA- E系列和PSA系列频谱分析仪的用户可能会认为不再需要专用的噪声系数分析仪。但所有这三种仪器都有各自适应的环境。频谱分析仪是设计师手中最常用和功能最全的测量工具，几乎在每一张测试台上都能找到它。例如可首先定位寄生信号，然后测量器件在无干扰噪声测量频率处的噪声系数。这样，带噪声系数测量专用件的ESA-E系列就成为要以经济价格得到众多测量能力设计师的理想解决方案。这是业内最灵活的频谱分析仪，它带有插卡箱结构，完全适应对定制能力的要求。PSA系列是灵活性、速度、精度和动态范围的优异组合，可提供最先进的频谱分析功能。而噪声系数分析仪是完全针对应用的仪器，仅用于测量噪声系数、增益和相关量。与频谱分析仪及其它仪器相比，噪声系数分析仪更快，更易用、精度更高、频率范围更宽。因此是得到所可能最好不确定度的最高端的选择，特别是对于3GHz以上频率。在给出达26.5GHz全部性能指标的仪器中，最快和最精确的仪器是Agilent NFA系列噪声系数分析仪。

[color=#333333]低噪声放大器[/color]除了用于接收机的信号放大以外，在测试和测量中也经常用到。以下列举了一些低噪声放大器在射频测试和测量中的典型应用。 [b]一、用于电磁环境测量[/b] 电磁环境测量是保证各类无线电业务正常开展的必要环节，是合理、有效利用有限的无线电频谱资源的基木技术保障。下图是一个典型的电磁环境测量系统的方框图。[align=center][img=gooxian-噪声放大器-1]http://www.gooxian.com/Storage/master/gallery/201711/20171107105413_8860.jpg[/img][/align][align=center]电磁环境测量系统[/align] 在这个系统中，低噪声放大器是核心部件。 以下就是低噪声放大器在这个应用中的基本要求和相关指标： 1、基本要求 系统的基本要求是噪声电平（频谱分析仪的底噪声）要比被测信号的幅度至少小10dB，而且采用低噪声放大器后不应产生影响测试精度的假信号。 2、带宽 假设系统的带宽是1~18GHz，那么是采用多个倍频程带宽的放大器还是采用一个宽带放大器实现呢？这里有二种选择，一是采用四个放大器来覆盖，包括1`2GHz、2~4GHz、4~8GHz和8~18GHz。选择这种方案的测试者认为可以利用窄带放大器的带外抑制特性，在测试点附近的、不在测试目标内的大信号在某种程度上被放大器抑制了。但实际上，放大器并不会定义带外的传输特性也就是说，这种选择的“优点”无法化。但相对于宽带放大器，窄带放大器具有更高的增益和更低的噪声系数。 另一种选择是采用一个宽带放大器（1~18GHz）来实现全频段覆盖，这种方案的最大优点就是可以“一览无余”地在频谱分析仪上观察到整个频段内的频谱。对于可能出现的由大信号产生的假信号，可以用一组滤波器来滤除。这种方案具有更强的灵活性，同时为测试者提供了更宽的视角。 3、增益 无论是窄带还是宽带的低噪声放大器，都具有足够高的增益来满足电磁环境测量的要求，在这个应用中，可以选用25~35dB增益的低噪声放大器。 4、噪声系数 按照倍频程设计的窄带放大器（如4~8 GHz）可以做到很低的噪声系数，其典型值为1dB；而宽带放大器（1~18 GHz）的噪声系数也只比其高1dB左右。 综合以上因素，在电磁环境测量应用中，用宽带低噪声放大器更为合适。 [b]二、用于基站杂散测量[/b] 在蜂窝基站的杂散测量项目中，有—项落入系统内部接收频段的杂散和互调测试，这项测试对频谱分析仪[url=http://www.hyxyyq.com][color=#ffffff].[/color][/url]有很高的要求，如果频谱分析仪的底噪声无法满足测试要求，可以采用低噪声放大器来协助完成（如下图）。[align=center][img=gooxian-噪声放大器]http://www.gooxian.com/Storage/master/gallery/201711/20171107105427_4250.jpg[/img][/align][align=center]用低噪声放大器配合基站杂散测量[/align]

噪声测试仪，是用于工作现场，广场等公共场所的噪声检测和测试的仪器。噪声污染是影响较大的环境污染之一，较高分贝的噪音甚至会对人的耳膜造成严重的损伤，致使失聪等。噪声测试仪的应用可以提供噪声所达到的分贝以便采取相关措施控制和减小噪音。声音大小的计量单位是分贝，专业的噪音测试仪具有高灵敏的传感器，精度高，适用范围广，能广泛用于各种环境的噪音测量。　　环境噪声监测仪器的选用　　为防治噪声污染, 保障城乡居民生活工作和学习的声环境质量, 国家环境保护部最近发布了　　GB3096-2008《声环境质量标准》.　　GB12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》　　以及GB22337-2008《社会生活环境噪声排放标准》，并于2008年10月1日开始实施。　　在以上三个环境噪声测量标准中，都提到环境噪声监测仪器为积分平均声级计或环境噪声自动监测仪, 其性能应不低于GB3785和GB/T17181对2型仪器的要求。在老的声级计标准中，将声级计按准确度等级分为0型、1型、2型和3型。新的声级计标准将声级计按准确度等级分为1级和2级，它们与老的1型和2型相当，不再有0型和3型。　　在GB12348-2008和GB22337-2008标准中, 还规定测量35dB以下的噪声应使用1型声级计, 且测量范围应满足所测量噪声的需要, 这是因为1级仪器的性能则要比2级仪器好得多。例如准确度2级仪器和1级仪器综合起来两者的误差差异可能在1.0dB以上。在新的声级计标准中，要求1级声级计的工作温度范围为-10℃～+50℃，在此温度范围内相对于参考温度灵敏度变化不大于±0.5dB；而2级声级计的工作温度范围为0℃～+40℃，在此温度范围内相对于参考温度灵敏度变化不大于±1.0dB。由于环境噪声监测仪器大多在现场使用，环境条件变化较大，显然1级仪器更能满足环境噪声测量的要求。　　在GB22337-2008和GB12348-2008标准中, 首次提出结构传播固定设备室内噪声排放限值, 规定当排放的噪声通过建筑物结构传播至噪声敏感建筑物室内时, 噪声敏感建筑物室内等效声级既不得超过规定的A声级限值, 也不得超过规定的室内噪声倍频带声压级限值,( 倍频带中心频率为31.5Hz,63Hz,125Hz250Hz,500Hz, 其复盖频率为22Hz-707Hz) 这是考虑到不管是工业企业固定设备排放的噪声, 还是社会生活噪声排放源排放的噪声, 它们通过建筑物结构传播至噪声敏感建筑物室内(指医院, 学校机关, 科研单位, 住宅等需要保持安静的建筑物) 时, 噪声的主要成份呈低频特性, 这时测量A声级可能不会超过规定限值, 但是对于人的干扰却不能忽视, 因此只用A声级限值还不能保证噪声敏感建筑物室内声环境质量,新标准增加了低频段的倍频带声压级限值要求, 而且这些限值一个都不得超过, 这样就要求在测量A声级的同时, 进行噪声的倍频带频谱分析。　　测量噪声监测仪器性能和品种的差异很大，用于环境噪声监测的仪器至少应具有时间平均的积分功能，也就是至少能测量等效连续声级Leq值，这对于环境监理部门已经足够。但对于需要进行交通噪声测量或噪声普查的环境监测站，则还应有统计声级LN（N=5，10，50，90，95）测量和24小时监测功能。为了减少手工记录和便于数据进一步处理，往往还需要配备微型打印机和将数据传送至计算机以及数据存储等功能，考虑到社会生活噪声中低频成分较多，仅仅用A声级难以评价其对人的影响，因此在测量A声级的同时，也要对噪声进行倍频程谱分析，然后用NR曲线来衡量每个倍频带声压级是否在允许范围内。这就需要电脑辐射使用带倍频程或1/3倍频程滤波器的噪声频谱分析测量仪器。