在眾多應用場景中，如無線通信、傳感器網絡、導航衛星以及射電望遠鏡等，低噪聲放大器（LNA）扮演著不可或缺的角色。LNA在增強低功率信號的同時，對系統的信噪比（SNR）有著直接影響。除了關注增益和線性度這些普遍的放大器性能指標之外，LNA還必須具備卓越的低噪聲系數特性，以確保信號的高質量傳輸及系統的高靈敏度。這樣，才能滿足各種精密應用的需求，為無線通信等領域提供強有力的支持。

LNA的性能對接收機的質量與可靠性具有最為關鍵的影響，尤其在蜂窩終端設備、基站、無線局域網（Wi-Fi）以及航空和衛星通信系統中表現得尤為重要。

工程師們通過精心優化LNA的噪聲系數、增益及線性度，來增強接收機的靈敏度，從而達到提升信號質量和擴大覆蓋范圍的目的。這樣的優化對于確保通信系統的高效運作至關重要。

噪聲系數測量

01

低噪聲放大器（LNA）通常位于接收機鏈路的最前端，這對于確定系統的鏈路預算、噪聲系數以及接收機能夠檢測到的最小信號至關重要。盡管LNA作為有源電路不可避免地會引入一定量的噪聲，但其性能優劣主要是通過噪聲系數來衡量的，該系數反映了放大器所產生噪聲的程度。根據Friis公式關于噪聲系數的描述，第一級放大器的噪聲系數F1實際上決定了整個接收機的最小噪聲系數。因此，優化LNA的設計以降低其噪聲系數，對于提升整體接收機性能具有關鍵意義。

圖1.總接收機噪聲系數 FTotal考慮了每級的噪聲系數 FN和增益 GN

噪聲系數衡量了系統中額外的、非信號相關的噪聲量。通過降低噪聲系數，可以減少噪聲對系統的負面影響，進而保護信號質量不受損，避免如電視廣播或電話通話中出現的靜電干擾現象。在雷達和通信應用方面，接收機自身的噪聲限制了系統有效工作的覆蓋范圍。為優化整個系統的信噪比（SNR），系統設計者可以通過增加信號功率或者減少噪聲來達成目標。這包括使用更高效的組件以增強發射信號的功率，或是盡量減少從發射機到接收機之間的路徑損耗。然而，改善接收機的噪聲系數被公認為是提升SNR最直接且經濟的方式。

傳統上，工程師采用Y因子法測量噪聲系數。此方法涉及一個校準過的噪聲源、專門配置的噪聲開關、具有良好輸出匹配特性的衰減器以及頻譜分析儀或噪聲系數分析儀。當噪聲二極管處于關閉狀態時，噪聲源表現為室溫下的負載（冷態）。而在反向偏置條件下，二極管經歷雪崩擊穿，產生顯著的噪聲，這種附加噪聲以超噪比（ENR）來描述。通過對被測設備（DUT）輸出端的噪聲功率進行兩次測量——一次是在引入額外噪聲之前，另一次之后——并計算這兩次測量結果的比率（即所謂的Y因子），即可得出噪聲系數。這種方法為評估LNA及其他組件的性能提供了一種標準手段。

圖2.Y 因子法的圖示

在利用Y因子法進行噪聲系數測量時，受限于測試儀器的條件，通常假設噪聲源在熱態和冷態測量期間均匹配50歐姆。然而，傳統測試配置的一個局限在于它無法校正被測設備（DUT）輸入端的不匹配問題。這意味著，如果DUT在其輸入端的匹配度不佳，測量結果的準確性將隨之下降。這種測試裝置的限制會導致通過Y因子法得到的噪聲系數數據存在較大的不確定性。因此，在進行噪聲系數測量時，必須考慮到這些潛在的誤差來源，并采取適當的措施來盡可能減小其影響，以確保測量結果的精確性和可靠性。

增益和

線性度測量

02

S參數測量是評估射頻網絡性能的基礎方法，尤其適用于分析低噪聲放大器（LNA）的線性特性，如正向增益、反向隔離和輸入輸出匹配度。在理想情況下，如果放大器工作在線性區域，其S參數將保持不變，不隨輸入功率的變化而變化。然而，為了全面且可靠地評估一個放大器，除了考察其線性表現外，深入理解其非線性特性同樣重要。非線性失真對信號質量有顯著影響，尤其是由放大器引發的失真問題更為關鍵。特別需要注意的是，帶內失真的影響尤為嚴重，因為傳統的濾波技術難以有效解決這類失真。在這種情境下，誤差矢量幅度（EVM）成為衡量帶內失真程度的重要指標，正如圖3所示。WiFi和5G NR等通信標準已經設定了嚴格的最低EVM要求。隨著這些標準變得愈加嚴格，對于精確測量并優化LNA的線性度以及降低EVM的需求也在不斷增加，這對于滿足現代通信系統高標準的要求至關重要。通過這種方式，可以確保信號傳輸的高質量和可靠性，支持不斷發展的無線通信需求。

圖3.EVM 是測量信號與理想參考信號的矢量差隨時間變化的均方根 (RMS)

典型連續波(CW)和雙音測試的理想選擇是使用矢量網絡分析儀(VNA)。然而，對于現代通信標準中復雜的寬帶信號調制測試，則需要采用信號分析儀和信號發生器來準確評估如誤差矢量幅度(EVM)、相鄰信道功率比(ACPR)等性能指標。傳統上，在進行增益、線性度以及寬帶調制信號失真等不同類型的測量時，需要在多種測試設置之間切換，這不僅耗費了寶貴的測試時間，還增加了關聯不同測試結果的復雜性。此外，當使用信號分析儀進行EVM測量時，通常需要外部測試夾具，例如衰減器或升壓放大器，這些額外的設備會引入更多的不確定性，進一步影響測量的準確性。

單次設置，

完成多項測量

03

ENA-X網絡分析儀平臺為工程師提供了加速LNA開發和驗證工作的強有力工具。ENA-X集成了低噪聲接收機、調制失真分析功能以及全面的矢量校正功能，可在單一測試設置中有效消除輸入端口失配、通道功率波動及源誤差的影響。通過采用專門設計的MMIC（單片微波集成電路），ENA-X能夠提供更高的測量精度和重復性，確保了RF開發人員僅需一次連接與校準即可完成所有必要的測量工作。

此外，ENA-X支持使用冷源法進行完全校準的噪聲系數測量，如圖4所示，體現了網絡分析儀技術的進步。同時，該平臺還能夠執行EVM（誤差矢量幅度）和ACPR（相鄰信道功率比）等關鍵性能指標的測量。ENA-X不僅簡化了測試配置流程，其先進的測量方法和技術還極大地提升了測量結果的準確性與可靠性。這使得工程師們可以更加高效地進行精確測量，滿足現代通信系統對高性能組件的需求。

圖4.冷源法的圖示

冷源法提供了一種先進的替代方案，可以取代傳統的Y因子法，用于實現更高精度的噪聲系數測量。這種方法通過在待測設備（DUT）輸入端進行冷端接來測量噪聲功率，所測得的噪聲包含了被放大的輸入噪聲以及由低噪聲放大器（LNA）自身產生的噪聲。矢量網絡分析儀（VNA）在此過程中能夠同時獲取DUT的S參數和增益，作為整體噪聲系數測量的一部分。隨后，VNA會自動從總噪聲中減去放大的輸入噪聲成分，僅保留由DUT產生的噪聲，以此為基礎計算出更為精確的噪聲系數。

通過利用矢量網絡分析儀（VNA）和冷源法測量噪聲系數，工程師能夠獲取低噪聲放大器（LNA）的全矢量校正噪聲參數。這種方法使得對DUT在50歐姆條件下的噪聲系數進行精確分析成為可能。此外，借助全面的矢量校正技術，網絡分析儀還能提供更高精度的增益測量結果。這種綜合性的測量方案不僅提高了數據的準確性，還增強了對設備性能評估的可靠性，從而為射頻工程中的設計驗證和優化提供了強有力的支持。

通過集成硬件

簡化設置和校準

04

ENA-X網絡分析儀通過增強的硬件集成，提供了更加靈活和高效的測量解決方案。它在端口1內置了上變頻器，并在端口1和端口2配置了低噪聲接收機。這種設計不僅增加了測量的靈活性，還使得ENA-X能夠與低頻信號發生器（如Keysight MXG信號發生器）配對使用，支持高達44 GHz的測量需求。內置的低噪聲接收機消除了對外部測試夾具的需求，簡化了設置過程，并允許在雙向DUT測量中進行更簡便的噪聲系數校準。

工程師只需一次性連接并校準測試裝置，即可利用ENA-X完成一系列標準網絡分析測量以及采用冷源法的噪聲系數測量。由于內部接收機具備低噪聲系數的特點，ENA-X在網絡分析儀的噪聲系數測量靈敏度方面表現出色，特別是在30GHz以內的頻段，其性能可媲美高性能的PNA-X網絡分析儀，如圖5所示。這使得ENA-X成為追求高精度、高效能測量的理想選擇，尤其適用于需要細致評估LNA和其他射頻組件的應用場景。

圖5. ENA-X 與PNA-X的噪聲系數性能對比

使用調制失真分析軟件

進行線性度測試

05

多種不同的測試設置不僅會延長驗證周期的時間，還會引入額外的潛在誤差源。測試儀器本身的信號質量直接影響到系統的殘余誤差矢量幅度（EVM），即所謂的殘余EVM。盡管這種固有的誤差在早期通信系統中被認為是可接受的，但如今的毫米波傳輸系統要求更為精確的測量，以確保其性能符合嚴格的EVM標準（例如256 QAM要求3.5%，1024 QAM要求1%）。ENA-X通過提供擴展的軟件應用功能，實現了頻譜和信號分析能力的增強。這使得在同一套用于連續波（CW）和雙音測試的設置上，也能進行全矢量校正的調制信號EVM和ACPR測量。

ENA-X利用是德科技的頻譜相關技術，直接在頻域中分析調制輸入和輸出信號，從而簡化了復雜調制信號的評估過程。此外，ENA-X的接收機直接接入功能為工程師提供了更大的靈活性，允許將增壓放大器或定向耦合器環路集成到測試系統中，同時保持入射調制信號的質量，并支持VNA內部接收機的校準。這種方式不僅提高了測試效率，還確保了測量結果的準確性，使得ENA-X成為現代高性能通信系統開發和驗證的理想選擇。