基于网络分析仪提高低噪声放大器的测量精度

　　现在很多单位从事于低噪声放大器(LNA)的设计工作，而且要求LNA有较低的输入功率，有时输入功率甚至小于-60dBm。针对这样的LNA，要想准确地测量它的四个S参数，将变得十分困难。但是合理地设置网络分析仪每个输出端口的功率、中频带宽和衰减器以及高精度校准，就可以准确地测量LNA的四个S参数。本文以安捷伦PNA-X网络分析仪为例，讲述如何提高LNA的测量精度。

　　低噪声放大器的特点和应用

　　LNA主要用于微弱信号的放大，放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。对LNA的主要要求是：小的噪声系数(NF)，即LNA本身产生的噪声功率小，噪声是限制微弱信号检测的基本因素，任何微弱的信号理论上都可以经过LNA放大后被检测到，因此检测能力取决于信号噪声比;高的增益，具有较好平坦度的高增益不仅可以有效地放大信号，而且可以减小下级噪声的影响;大的动态范围，以给输入信号一个变化的范围而不产生失真;与信号源很好地匹配，在此LNA前端通常是射频无源滤波器，这种滤波器的传输特性对其负载敏感,因此需要有优异的输入输出反射损耗，另外LNA的非线性引起的三阶交调失真也是一个重要的指标。

　　LNA广泛应用于微波通信、微波测量、雷达等接收系统，是接收机电路中的第一个有源电路，输入端接RF滤波器，输出端接镜像抑制滤波器或直接连接混频器，其主要功能是将来自天线的微伏级电压信号进行放大。作用距离远、覆盖范围大以及失真小等都已成为Radar、E/W、Satellite和GPS系统的普遍追求，这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求，我们知道，系统接收灵敏度的计算公式如下：

　　Smin=-174+NF+10logBW+

　　由上式可见，在各种特定(带宽、解调S/N已定)的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的LNA，所以如何精准的测量LNA的各种指标参数是尤为重要的。

　　校准原理

　　校准的目的是为了消除测试系统中存在的系统误差。必须认识到校准本身也是一种测试过程，即用网络分析仪对已知高精度参数的标准校准件进行测量，网络分析仪测试的结果与系统中存储的校准件参数数据进行比对，两组数据之间必然存在误差，这些误差是由于网络分析仪的系统误差所引起，从而获取网络分析仪的系统误差。这些误差在后续的测量过程中将被消除掉，最终得到被测器件的测量结果。

　　校准的基本类型有单端口校准，双端口校准，归一化校准还有今年刚刚推出的增强型响应校准(Enhanced Response Calibration)。对于放大器测量，我们常常需要测量正向增益，输入端损耗，输出端损耗和反向隔离度，因此需要双端口校准。双端口误差模型见图1、图2。