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
要求，我們知道，系統接收靈敏度的計算公式如下：
由上式可見，在各種特定（帶寬、解調S/N已定）的無線通訊系統中，能有效提高靈敏度的關鍵因素就是降低接收機的噪聲系數NF，而決定接收機的噪聲系數的關鍵部件就是處于接收機最前端的LNA，所以如何精準的測量LNA的各種指標參數是尤為重要的
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S11mS21mS12m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S11aS21aS12a和S22a
圖3四個公式簡化為：
S11a=f(S11mS21mS12mS22m，E12) S21a= f(S11mS21mS12mS22m E12)
S22a=f(S11mS21mS12mS22m，E12) S12a= f(S11mS21mS12mS22m 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
前向測量時，B為測試接收機，A為反射接收機，R1為參考接收機；反向測量時，A為測試接收機，B為反射接收機，R2為參考接收機兩個35dB衰減器為接收機衰減器，用來避免大功率使接收機壓縮；兩個65dB衰減器為前向和反向源衰減器，改變端口輸出功率范圍對應每個端口在后面板都有一個Bias-T直流偏指輸入口，對放大器提供直流信號
四個S參數定義如下：
前向：S11=A/R1，S21=B/R1 反向：S22=B/R2，S12=A/R2
4.傳統校準與測試
假設低噪聲放大器的輸入電平要求為-60dBm 反向隔離度為40dB，工作
頻段從1.8 GHz到2.0 GHz
一般情況下，工程師設置網絡分析儀：起始頻率為1.8 GHz終止頻率為2.0 GHz功率為-60 dBm中頻帶寬為10kHz完成設置后，按圖5所示連接電子校準件（也可以使用機械校準件）進行雙端口校準然后按圖6所示連接放大器，進行測量，測試結果如圖7所示可以看出，測試結果抖動非常大，出現了毛刺，這是實際應用中所不能接受的
圖7 優化前測量結果
5.對傳統測試中存在問題的分析及解決方案
1)校準功率電平比較低
校準是獲取高精度測量結果的先決條件，如果校準精度差，絕對不可能得到比較高的測量精度，因此必須盡可能提高校準的精度上面談到校準本身也是一種測量過程，即用標準校準件測量網絡分析儀自身系統誤差
安捷倫PNA-X內部信號源的功率范圍從-30dBm到+13dBm或更高（最大功率輸出取決于頻段），由于PNA-X有65dB的源衰減器，因此功率電平最低可以到-95dBm如果手動設置衰減器為30dB PNA-X源的輸出功率范圍為從-60dBm到-17dBm
使用網絡分析儀非常重要的一點，如果網絡分析儀衰減器不變，校準后，改變功率大小，基本上不影響測量精度因此校準時，功率可以設置為-20dBm而不是-60dBm這樣可以提高校準精度校準完成后，把功率設置為-60dBm以便于滿足LNA的測試條件
完成雙端口校準后，直通連接功率為-60dBm與-20dBm的校準誤差對例如圖8所示
圖8 功率不同時校準誤差對比
2)PNA-X端口2輸出功率較低
PNA-X缺省模式下，端口1與端口2功率為耦合狀態，因此端口2的輸出功率也為-60dBm由于校準為2端口校準，即使屏幕上不測試S12隔離度，網絡分析儀后臺也在測量S12，因為根據圖3的公式或簡化公式，放大器S21a需要S12m網絡分析儀在測試S12m時，由于端口2輸出電平為-60dBm和隔離為40dB，到達端口1的功率為-100dBm再經過端口1定向耦合器的15dB衰減的耦合壁到達A接收機的功率為-115dBm-115dBm接近接收機的低噪，因此S12m的測量精度非常差，從而導致四個實際S參數的測試精度非常差
網絡分析儀的兩個端口功率可以設置為非耦合狀態，也就是端口2的功率可以與端口1的功率設置不一樣我們可以設置端口1輸出功率-60dBm端口2輸出功率0dBm，這樣可以保證S12m的測量精度 從而使得4個S參數測量精度大大提高
3)校準時中頻帶寬值較大
由于校準是為了獲得網絡分析儀的系統誤差，因此校準時，中頻帶寬建議設置為100Hz完成校準后，為了提高測試速度，可以把中頻帶寬提高到10kHz或1kHz，這樣的改變并不會明顯改變校準的狀態和影響測試結果
解決上面三個問題后，重新進行校準和測量，測量結果如圖9所示，可以看出抖動和毛刺現象不見了，測量結果比較理想
圖9 優化后測量結果
6.總結
現代的LNA設計指標越來越好，優異的LNA性能對傳統的參數測量方法提出了很大挑戰，但是通過合適地設置網絡分析儀以及優化校準過程，可以獲得較高的測量精度
參考文獻
1、 王國彬等，超導接收機中低射頻低溫低噪聲放大器的研制，電子技術應用，2007.8
2、 Agilent AN 1287-3 Applying Error Correction to Network Analyzer Measurements
