天线低噪放的噪声系数测量不确定度的评定

摘要：本文聚焦于导航系统天线中低噪放的噪声系数不确定度问题，并给出了相应的不确定度计算方法。通过实验对相关理论进行了验证，这对于提升导航系统的性能和可靠性具有重要意义。

一、引言

低噪放大器（LNA）是一种特殊类型的放大器，在导航天线系统中，其负责对接收的微弱信号进行放大，同时尽量减少自身引入的噪声。为了满足系统高精度的需求，低噪放需要具备低噪声系数、高增益和良好的线性度等特性。导航系统的精度和可靠性在很大程度上依赖于接收前端的性能，低噪放作为接收前端的关键部件，其噪声系数直接影响系统对微弱信号的接收能力。准确评估低噪放噪声系数的不确定度对于优化导航系统设计至关重要。

二、噪声系数不确定度的来源

（1）测量系统的误差：噪声系数仪接收通道漂移引入的标准不确定度。

（2）内部噪声源：LNA的噪声系数受到其内部噪声源的影响。因此，需要降低器件本底噪声。这可通过优化电路设计、降低工作温度等方法实现。

（3）输入匹配程度：当输入信号的阻抗不匹配时，将会引入噪声。需要确保LNA的输入阻抗匹配电路。

（3）功率供应稳定性：当电压波动时，LNA的输出也会随之变化，影响系统的噪声性能。因此，需要确保电压稳定。

（4）温度稳定性：温度变化会导致器件参数变化。因此需要通过温度补偿电路来提高LNA的性能。

（5）测量稳定性：测量重复性带来的人工测量误差。

三、不确定度分析方法

数学模型

测量不确定度一般有多分量组成。一些分量可根据一系列测量值的统计分布，用测量不确定度A类评定进行评定，并可用标准差表征，而另一些分量则可根据基于经验或者其他信息所获得的概率密度函数，按测量不确定B类评定进行评定，也可用标准偏差表征。

其中不确定度A类的评定指在重复性测量条件、期间精密度测量条件或复现性测量条件下测得量值用统计分析的方法进行测量不确定度分量的评定。不确定度的B类评定其评定基于以下信息如权威机构发布的量值、有证标准物质的量值、校准证书、仪器的漂移、经检定的测量仪器的准确度等级、根据人员经验推断的极限值等。最后结果得出合成标准测量不确定度。

式中N0——实际测得的噪声系数

δNL——链路损耗补偿值

δNS——测试仪表、器件精度引入的修正值

δNM——失配损耗引入的修正值

δNT——环境温度变化引入的修正值

δNV——被测样供电电压引入的修正值

四、测试原理

测试方法和步骤：

a）设置测量频率参数，校准噪声系数分析仪。

b）按图1所示，将噪声源与待测LNA连接，输入信号-45dBm，输入电压5V，在噪声系数分析仪显示器中显示噪声系数测试结果。记录频段内噪声系数最大值，即该频段噪声系数。

五、噪声系数不确定度计算方法

5.1标准不确定度的A类评定

要求在重复性条件下，对被测样品进行独立的10次测量，测量结果如表所示，测试频点1568.259MHz

用“贝塞尔”公式计算出试验标准差：

5.2标准不确定度的B类评定

5.2.1查校准证书噪声系数分析仪的不确定度为U=0.32（k=2）dB，则不确定度分量：uB1=u/k=0.16dB

5.2.2查校准证书噪声源的超噪比的不确定度U=0.47（k=2）dB，则不确定度分量：uB2=u/k=0.235dB

5.2.3系统失配带来的不确定度uB3

和分别为网络分析仪源和接收机的反射系数，网络分析仪经过双端口校准后驻波均小于1.025，则=0.012，=0.012；和分别为器件输入端口和输出端口的反射系数，测得器件输入端口的驻波比VSWRin≤1.08，输出端口的驻波比VSWRout≤1.09；根据，则≤0.0385，≤0.0431。

失配引入的误差服从反正弦分布，则最大失配误差的标准不确定度分量：

5.2.4环境温度变化引入的不确定度分量μ（δNV）

在测试期间，测试场地有空调等温度控制设备，温度的变化很小，则有温度变化引入的线缆损耗的漂移忽略不计，另外，整个测试过程中的温度变化均在仪表的正常工作范围内，则温度变化对仪表造成的影响可忽略不计。

5.2.5被测样品供电电压变化引入的不确定度分量μ（δNV）

在测试期间，测试场地用稳压源来控制电压，被测样品的供电电压变化很小，忽略不计。

5.3不确定度的合成

六、结论

不确定主要来源测量重复性和仪器本身引入的不确定度，准确分析和计算导噪声系数的不确定度，有助于我们更好地把握系统性能，采取针对性的措施降低不确定度，从而提高导航系统的可靠性和精度。

参考文献：

YD/T1337-2005900MHz/1800MHzTDMA数字蜂窝移动通信网直放站技术要求和测试方法;

BD420003—2015北斗/全球卫星导航系统（GNSS）测量型天线性能要求及测试方法

JJG（电子）30301-2007《噪声系数测量仪检定规程》