混频器的噪声系数测试

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1、混频器的噪声系数测试安捷伦科技应用工程师余弦安捷伦科技高级应用工程师顾宏亮问题来源在采用噪声系数表或者频谱仪的噪声系数选件进行下变频器噪声系数测试时，被测件设置（DUTsetup）中的一个参数sideband常常使人感到迷惑，究竟LSB，USB和DSB各自是什么含义，测试结果之间存在什么关系呢？本文将通过原理和实例来详细阐述这一点。背景介绍通信系统中的噪声会影响到微弱信号的传输。系统参数中的灵敏度，误码率和噪声系数反映了该系统处理微弱信号的能力。与其它两者相比，噪声系数的优点在于它不仅可以表征一个完整的系统，还能够表

2、征单个的射频元件，包括LNA，混频器等等。设计者可以通过规划单个元件的增益和噪声系数来控制整个系统的噪声系数。因此，元器件的噪声系数测试是系统设计中经常碰到的一项测试。通常情况下，我们采用噪声系数表或者频谱分析仪的噪声系数选件进行测试。这两者的原理和操作界面几乎一致。在本文中，以MXA的噪声系数选件为例。在元器件的噪声系数测试中，下变频器是一项难点，设输入信号为Fin，本振信号为FLO，则输出信号会存在四个分量：Fin-FLO，FLO-Fin，Fin（输入信号泄漏），FLO（本振泄漏），因此，两个频段的输入信号和LO

3、混频都可以得到同一个输出Fout，这就是通常所说的镜像。在实际系统中，混频器前端有滤波器和低噪放等元件限制镜像频率，而在单个元件的测试中，却不一定有相关的设备。噪声源是一个宽带的激励信号，若不加滤波器就直接连到混频器输入端，必然会有镜像频率的响应叠加到输出信号中，使测试结果存在偏差。因此，我们需要了解仪表测试的原理及设置参数的含义，从而分析测试结果，修正镜像频率带来的偏差，得出正确的噪声系数。测试原理噪声系数测试中DUTsetup界面如下：首先选择DUT为下变频器（Downconv），频率关系中，IF代表输出，RF代

4、表输入。然后选择对应的边带sideband，LSB和USB分别表示低边带和高边带，统称SSB（单边带），DSB表示双边带。不同的变频器，可选择的边带不同，对于上变频器来说，只有LSB和USB两种选择：LSB：RF=LO-IF；USB：RF=IF-LO对于下变频器来说，可以选择LSB，USB和DSB：LSB：RF=LO-IF；USB：RF=IF-LO；DSB：RFLSB和RFUSB混频得到的IF的叠加。如下图所示：通常的噪声系数测试，都是把噪声源直接接到被测件的输入端，被测件输出端接到测试仪表的RFinput。由于噪声

5、源产生的是一个宽带白噪声信号，会覆盖包括IF，LO，RF在内的整个频段，一般混频器RF，LO到IF都有隔离，所以输入信号和本振泄露不会给测试带来太大的影响，但是RFLSB和RFUSB混频得到的IF频率相同，功率接近，如果不考虑这部分影响，可能会使得测试结果与预期相差一倍。怎样判断当前所作的是SSB还是DSB呢？这是由被测混频器决定的。如果被测混频器的输入端有滤波器，或者说，它的频率选择性很好，只有单个边带的输入会产生IF输出，此时的测试模式为SSB。如果被测件的带宽较宽，会覆盖RFLSB和RFUSB，这时的测试为DS

6、B。我们在测试中经常碰到的问题就是，被测件的带宽会覆盖RFLSB和RFUSB，但是实际工作却是SSB模式，如果要得到最精确的测试结果，就需要在被测件和噪声源之间加上单边带滤波器，然后进行SSB测试，配置框图如下：如果要对它作DSB的测试，就可以拿掉滤波器，直接将噪声源接到被测件输入端，配置框图如下：可以看到，DSB的测试配置比SSB要简单得多，如果能够根据DSB测试结果推算出SSB结果，就可以省去滤波器带来的麻烦，因为在测试时我们不一定有这个滤波器，而且当IF较低时，RFLSB和RFUSB非常接近，要进行滤除也比较困

7、难。那么，DSB和SSB的测试结果之间存在什么样的关系呢？下面我们将依据测试原理进行分析。以下的分析有一个前提：被测件在整个带宽之内的响应是平坦的。频谱仪/噪声系数表测试噪声系数的原理都是Y系数法，如下图所示：噪声源给出冷态/热态噪声（Tc，Th），分别测试被测件在两种状态下的噪声功率输出（N1，N2），得到上图所示直线，直线的斜率为被测件增益，Na为被测件产生的噪声。我们一般认为噪声是平稳分布的，噪声功率与占用带宽成正比，即N=K*T*B，对于DSB来说，由于两个RF频段同时混频得到IF，等效带宽为SSB的两倍，因

8、此，DSB获得的噪声功率输出为SSB的两倍，由Y系数法原理可知，采用DSB配置得到的被测件增益将会是SSB的两倍。下面我们从信噪比（SNR）的角度来分析DSB和SSB的噪声系数，其定义如下：SNiiNF=SNooDSB和SSB的输入SNR是相同的，取决于噪声源。但是SSB的输出SNR要比DSB差，因为SSB的输入信号经过了滤波，只有一个边带会得