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ApplicationNote 应用笔记

否有其他的噪声测量方法可以避免上述 15
的这些问题呢？
测量方法比较 Uncorrelated Direct Correlated Correlated Balun Basic Balun
综上所述，使用巴伦进行差分噪声 10
系数测量的方法是一种极为简单、效果 Differential NF (dB)
显著和非常成功的解决方案，就像合路
器一样。而这也是共模噪声系数测量所 5
需要的。已经有诸多学者 [3,5,7] 指出，即
使有很多的方法可以进行这种测量，但
是还有许多误差问题需要解决。例如，
即使是最主要的这种巴伦法还是需要去 0
2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9
嵌巴伦的插损，以及解决接收机在进行
Frequency (GHz)
噪声校准时引入的热噪声所带来的影
响。这种方法可以捕捉到巴伦中任意增 图4：相同接收机和待测件对应的四种不同噪声系数测量曲线图。
益不均衡，但这种简单的方法可能无法
[2]
捕捉到噪声功率相干性的变化。不均衡 马定理(Bosma's Theorem) ，如果 8
将导致共模待测件噪声功率被耦合到单 待测件的输出不相干，那么误差 Direct Correlated
Correlated Balun
端巴伦的输出端或者其他未知的位置。 将会小到可以忽略不计。如果待测 6
另一方面来看，巴伦和待测件之间的匹 件的输出高度相干，那么可以通过
配也会影响噪声功率相干程度。 模拟巴伦不平衡，来观察这种误差 Differential NF (dB)
一种经过改进修正的巴伦法能够计 的大小。对于具有额定插入损耗4 4
算传递到巴伦节点的有效相干功率，并 dB、噪声系数5 dB的单端巴伦、差
考虑到巴伦的不平衡。如果单端待测件 分增益20 dB的待测件的仿真结果
2
的噪声功率是独立已知的，同时这些待 如图2所示。虽然巴伦的不平衡性 2.5 3.0 3.5 4.0
Frequency (GHz)
测件附加的测量值不需要增加硬件，那 会变化，在高频，10度的相位不平
么总差分功率就可以计算出来。目前有 衡性会给系统引入0.5dB的误差， 图5：直接相干和相干巴伦测量曲线图。
诸多的技术 [3,5] 可以做这种修正和改进。 这对于一个宽带巴伦来说是正常的。即 网中有多个同步接收器，这就有可能实
其中一种方法是计算共模待测件输出端 使对传输线的长度进行了匹配，那么50 现，比如用b 3 和b 4 端口对输入的波形信
的噪声功率和未传输到输出端的差分模 GHz（PTFE介质的传输线）频率下的 号进行同时采样。但是，需要注意下列
式待测件噪声功率。这可以通过测量单 10度相位差也仅导致了125μm的长度差 问题：
端噪声功率与测量巴伦或待测件输出的 异。需要注意的是，对幅度不平衡的敏 • 由于这些是复数，所以需要进行相
真实相干模型，或单独的巴伦相结合的 感性，至少在通常遇到的情况下，都有 位校准和功率校准。这可以使用一
方式来实现。 所降低。 个普通的正弦波来实现，当然，两
了解这些因没有进行类似的改进而 另一种方法是直接测量相干信号。 个接收机路径到相对于待测件的参
引入的误差，还是很有用的。根据博斯 将差分信号的平方和均值展开得到以下 考平面应该保持一致；
方程，其中端口3和4定义为待测件的输 • 这里通常认为接收链路是单端的，
20
Balun Phase Imbalance (°) 15 5 0.6 准和泄漏信号校准项： • 以的；
出端口，为简单起见，省略了接收机校
但有着附属特性的耦合链路也是可
0.8
如果从待测件到接收机的距离过长
10
(超过10 m)或在某些特定的接收噪声
0.4
功率情况下，那么存在丢失相干信
0.2
0
对较短，同时增益不宜明显高于待
0 0.5 1.0 1.5 2.0 息的风险。接收机路径应该保持相
Balun Magnitude Imbalance (dB) 测件；
• 通过比较小频率范围内的通道间响
图2：简化巴伦不平衡性造成的噪声系数
误差仿真图。 应，可以修正较小的去关联误差。
分子的前两项是单端功率的平均 简化的噪声系数测试原理框图如图
值，而非相干法的结果是这样的。最后 3所示。与传统的测试框图相比，最关
Phase and Absolute Coherent
Power Reference Clocking 一项与两个波形信号的实部均值有关。 键的区别就是同步时钟接收机和相位参
Planes
这在物理上可以进行合理的解释：如果 考平面。需要注意的是，这两个接收链
Base VNA 信号波形确实不相干，在准确测量之 路可以不一样，但它们的净增益和噪声
and Filter
后，最后一项的和将为零，整个方程简 需要保持一致。因为只需要测量一个指
b 3
化为前面讨论过的“非相干差分放大 标，也不需要巴伦的特性指标，所以这
器”的情况。 种方法就显得很简单。此外，差分和共
b 4
与其使用巴伦和修正的方法得到 模噪声系数也可以同时测得，这一点也
图3：修正噪声系数测量原理框图。 这些数值，直接测量会更有效。如果矢 很重要。
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