基于網絡分析儀提高低噪聲放大器（LNA）的測量精度

        作者：安捷倫公司網絡分析儀產品事業部 | 孫現福 王國彬

　　1.低噪聲放大器的特點和應用

　　LNA主要用于微弱信號的放大，放大天線從空中接收到的微弱信號，降低噪聲干擾，以供系統解調出所需的信息數據。對LNA的主要要求是：小的噪聲系數(NF)，即LNA本身產生的噪聲功率小，噪聲是限制微弱信號檢測的基本因素， 任何微弱的信號理論上都可以經過LNA放大后被檢測到，因此檢測能力取決于信號噪聲比；高的增益，具有較好平坦度的高增益不僅可以有效地放大信號，而且可以減小下級噪聲的影響；大的動態范圍，以給輸入信號一個變化的范圍而不產生失真；與信號源很好地匹配，在此LNA前端通常是射頻無源濾波器，這種濾波器的傳輸特性對其負載敏感,因此需要有優異的輸入輸出反射損耗，另外LNA的非線性引起的三階交調失真也是一個重要的指標。

　　LNA廣泛應用于微波通信、微波測量、雷達等接收系統，是接收機電路中的第一個有源電路，輸入端接RF濾波器，輸出端接鏡像抑制濾波器或直接連接混頻器，其主要功能是將來自天線的微伏級電壓信號進行放大。作用距離遠、覆蓋范圍大以及失真小等都已成為Radar, E/W, Satellite和GPS系統的普遍追求，這就對系統的接收靈敏度提出了更高的

　　2.校準原理

　　校準的目的是為了消除測試系統中存在的系統誤差。必須認識到校準本身也是一種測試過程，即用網絡分析儀對已知高精度參數的標準校準件進行測量，網絡分析儀測試的結果與系統中存儲的校準件參數數據進行比對，兩組數據之間必然存在誤差，這些誤差是由于網絡分析儀的系統誤差所引起，從而獲取網絡分析儀的系統誤差。這些誤差在后續的測量過程中將被消除掉，最終得到被測器件的測量結果。

　　校準的基本類型有單端口校準，雙端口校準，歸一化校準還有今年剛剛推出的增強型響應校準（Enhanced Response Calibration）。對于放大器測量，我們常常需要測量正向增益，輸入端損耗，輸出端損耗和反向隔離度，因此需要雙端口校準。雙端口誤差模型如下：
 

   
       以上12項系統誤差，通過雙端口校準可以獲得。校準后，對被測件進行測量，測量過程得到四個測量S參數S11m,S21m,S12m和S22m。基于圖3所示的四個雙端口誤差修正公式，消除12項系統誤差，最終計算出實際需要的被測件的四個S參數S11a,S21a,S12a和S22a。
 
　　圖3四個公式簡化為：

　　S11a=f(S11m,S21m,S12m,S22m，E12) S21a= f(S11m,S21m,S12m,S22m, E12)

　　S22a=f(S11m,S21m,S12m,S22m，E12) S12a= f(S11m,S21m,S12m,S22m, E12)

　　注：E12代表12項系統誤差，S參數下標a為Actual實際值, m為Measure測量值。

　　結論：每個實際S參數是四個測試S參數和12項系統誤差的函數。因此，要想獲得高精度的S參數測量結果，必須保證四個測試S參數的測量精度和12項系統誤差的準確度。

　　3.網絡分析儀系統結構

　　要想獲取高精度的測量結果，必須非常清楚地理解網絡分析儀的系統結構。安捷倫最新的網絡分析儀PNA-X的系統結構如圖4所示

                                                                     圖4 網絡分析儀的結構圖

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