基于网络分析仪提高低噪声放大器（LNA）的测量精度

        作者：安捷伦公司网络分析仪产品事业部 | 孙现福 王国彬

　　1.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

　　2.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。双端口误差模型如下：
 

   
       以上12项系统误差，通过双端口校准可以获得。校准后，对被测件进行测量，测量过程得到四个测量S参数S11m,S21m,S12m和S22m。基于图3所示的四个双端口误差修正公式，消除12项系统误差，最终计算出实际需要的被测件的四个S参数S11a,S21a,S12a和S22a。
 
　　图3四个公式简化为：

　　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项系统误差，S参数下标a为Actual实际值, m为Measure测量值。

　　结论：每个实际S参数是四个测试S参数和12项系统误差的函数。因此，要想获得高精度的S参数测量结果，必须保证四个测试S参数的测量精度和12项系统误差的准确度。

　　3.网络分析仪系统结构

　　要想获取高精度的测量结果，必须非常清楚地理解网络分析仪的系统结构。安捷伦最新的网络分析仪PNA-X的系统结构如图4所示

                                                                     图4 网络分析仪的结构图

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