如何使用频谱仪测试噪声系数NF

一、增益法

噪声系数（NF）可通过频谱分析仪，采用一种名为增益法的方法完成测量。需注意，为保证测量结果准确，被测器件（DUT）需满足下述条件：

被测器件（如接收机）的输出噪声底噪需显著高于频谱分析仪自身的噪声底噪；对于大多数频谱分析仪而言，若被测器件的“增益+噪声系数”数值大于40dB，该条件即可满足。

推导数学公式可遵循以下步骤：

从被测器件的输入热噪声底噪入手，该数值为通用值-174dbm/hz；

因此，一台增益为GdB的无噪声被测器件，其输出噪声功率谱密度为：

噪声功率谱密度=-174dbm/hz+GdB；

接下来计入实际有噪声的被测器件自身产生的附加噪声影响，公式变为：

噪声功率谱密度=-174dbm/hz+GdB+噪声系数（NF），

其中噪声系数（NF）为被测器件的噪声系数，单位为dB；

将上式变形可得：

噪声系数（NF）=噪声功率谱密度–(-174dbm/hz)–增益（GdB）；

并非所有频谱分析仪都能直接显示每hz的输出噪声底噪，但我们可通过下述公式将实测噪声值换算至1hz带宽下：

噪声功率谱密度=频谱仪RBW带宽下实测噪声值(Pnoise)RBW–10×log10(RBW)；

其中：分辨率带宽(RBW)=频谱分析仪的分辨率带宽；

频谱仪RBW带宽下实测噪声值(Pnoise)RBW=频谱分析仪在分辨率带宽(RBW)内测得的被测器件输出噪声底噪；

由此，噪声系数（NF）的最终计算公式为：

噪声系(NF)=频谱仪RBW带宽下实测噪声(Pnoise)RBW–10×log10(RBW)–(-174dbm/hz)–增益（GdB）

1、分辨率带宽（RBW）设置

将频谱分析仪的分辨率带宽设为10Khz。

2、被测器件（DUT）增益测量

假设被测接收机的小信号增益为40dB；需注意，测量增益时必须保证接收机未进入压缩状态，因为该增益值将用于噪声系数计算，而噪声系数计算中输入的是热噪声，热噪声永远不会使接收机进入压缩状态！

测量小信号增益的方法为：向接收机输入一个低功率连续波信号（功率远低于接收机的输入P1db），通过频谱分析仪观测输出信号，即可计算出接收机增益；本实例中增益（GdB）=40dB。

3、频谱分析仪自身噪声底噪测量

将频谱分析仪的输入端口接50Ω匹配负载，直接测量其自身的噪声底噪。

4、被测器件（DUT）输出噪声底噪测量

将接收机输入端口接50Ω匹配负载，将其输出端与频谱分析仪相连，测量接收机的输出噪声底噪即频谱仪RBW带宽下实测噪声值(Pnoise)RBW；需确保该噪声底噪远高于上一步测得的频谱分析仪自身噪声底噪；本实例中该数值为-80dbm/10khz。

5、平均检波器使用说明

另一重要注意点：测量噪声底噪时需使用频谱分析仪的平均检波器，而测量增益时则需使用峰值检波器；这是因为平均检波器的算法最适合测量随机噪声。

6、接收机噪声系数（NF）计算

噪声系数（NF）=频谱仪RBW带宽下实测噪声(Pnoise)RBW–10×log10(RBW)–(-174dbm/hz)–增益(GdB)；

代入数值计算：

NF=-80–10×log10(10000)–(-174dbm/hz)–40=14dB。