现在许多单位从事于低噪声扩大器（LNA）的规划作业，并且要求LNA有较低的输入功率，有时输入功率乃至小于-60dBm。针对这样的LNA，要想精确地丈量它的四个S参数，将变得好不容易。可是合理地设置网络剖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，就能够精确地丈量LNA的四个S参数。这篇论文以安捷伦PNA-X网络剖析仪为例，叙述怎么进步LNA的丈量精度。
1. 低噪声扩大器的特色和运用
LNA首要用于弱小信号的扩大，扩大天线从空中接纳到的弱小信号，下降噪声搅扰，以供体系解调出所需的信息数据。对LNA的首要要求是：小的噪声系数(NF)，即LNA本身发生的噪声功率小，噪声是约束弱小信号检测的根本要素， 任何弱小的信号理论上都能够经过LNA扩大后被检测到，因而检测才能取决于信号噪声比；高的增益，具有较好平整度的高增益不只能够有用地扩大信号，并且能够减小下级噪声的影响；大的动态规模，以给输入信号一个改动的规模而不发生失真；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灵敏,因而需求有优异的输入输出反射损耗，别的LNA的非线性引起的三阶交调失真也是一个重要的目标。
LNA广泛运用于微波通信、微波丈量、雷达等接纳体系，是接纳机电路中的第一个有源电路，输入端接RF滤波器，输出端接镜像按捺滤波器或直接衔接混频器，其首要功用是将来自天线的微伏级电压信号进行扩大。效果间隔远、掩盖规模大以及失真小等都已成为Radar, E/W, Satellite和GPS体系的遍及寻求，这就对体系的接纳灵敏度提出了更高的要求，咱们知道，体系接纳灵敏度的计算公式如下：
由上式可见，在各种特定（带宽、解调S/N已定）的无线通讯体系中，能有用进步灵敏度的要害要素便是下降接纳机的噪声系数NF，而决议接纳机的噪声系数的要害部件便是处于接纳机最前端的LNA，所以怎么精准的丈量LNA的各种目标参数是尤为重要的。
2. 校准原理
校准的意图是为了消除测验体系中存在的体系差错。有必要认识到校准本身也是一种测验进程，即用网络剖析仪对已知高精度参数的规范校准件进行丈量，网络剖析仪测验的成果与体系中存储的校准件参数数据进行比对，两组数据之间必定存在差错，这些差错是因为网络剖析仪的体系差错所引起，然后获取网络剖析仪的体系差错。这些差错在后续的丈量进程中将被消除去，终究得到被测器材的丈量成果。
校准的根本类型有单端口校准，双端口校准，归一化校准还有本年刚刚推出的增强型呼应校准（Enhanced Response Calibration）。关于扩大器丈量，咱们常常需求丈量正向增益，输入端损耗，输出端损耗和反向阻隔度，因而需求双端口校准。双端口差错模型如下：
图1. 前向差错模型。
4. 传统校准与测验
假定低噪声扩大器的输入电平要求为-60dBm, 反向阻隔度为40dB，作业频段从1.8 GHz到2.0 GHz。
一般情况下，工程师设置网络剖析仪：开始频率为1.8 GHz,停止频率为2.0 GHz,功率为-60 dBm,中频带宽为10kHz。完结设置后，按图5所示衔接电子校准件（也能够运用机械校准件）进行双端口校准。然后按图6所示衔接扩大器，进行丈量，测验成果如图7所示。能够看出，测验成果颤动十分大，呈现了毛刺，这是实践运用中所不能承受的。
图7. 优化前丈量成果。
以上12项体系差错，经过双端口校准能够取得。校准后，对被测件进行丈量，丈量进程得到四个丈量S参数S11m,S21m,S12m和S22m。依据图3所示的四个双端口差错批改公式，消除12项体系差错，终究计算出实践需求的被测件的四个S参数S11a,S21a,S12a和S22a。
| 图3. 双端口校准差错批改公式。 |
图3四个公式简化为：
注：E12代表12项体系差错，S参数下标a为Actual实践值, m为Measure丈量值。
定论：每个实践S参数是四个测验S参数和12项体系差错的函数。因而，要想取得高精度的S参数丈量成果，有必要确保四个测验S参数的丈量精度和12项体系差错的精确度。
3. 网络剖析仪体系结构
要想获取高精度的丈量成果，有必要十分清楚地了解网络剖析仪的体系结构。安捷伦最新的网络剖析仪PNA-X的体系结构如图4所示
前向丈量时，B为测验接纳机，A为反射接纳机，R1为参阅接纳机；反向丈量时，A为测验接纳机，B为反射接纳机，R2为参阅接纳机。两个35dB衰减器为接纳机衰减器，用来防止大功率使接纳机紧缩；两个65dB衰减器为前向和反向源衰减器，改动端口输出功率规模。对应每个端口在后面板都有一个Bias-T直流偏指输进口，对扩大器供给直流信号。
四个S参数界说如下：
前向：S11=A/R1，S21=B/R1 反向：S22=B/R2，S12=A/R2
4. 传统校准与测验
假定低噪声扩大器的输入电平要求为-60dBm, 反向阻隔度为40dB，作业频段从1.8 GHz到2.0 GHz。
一般情况下，工程师设置网络剖析仪：开始频率为1.8 GHz,停止频率为2.0 GHz,功率为-60 dBm,中频带宽为10kHz。完结设置后，按图5所示衔接电子校准件（也能够运用机械校准件）进行双端口校准。然后按图6所示衔接扩大器，进行丈量，测验成果如图7所示。能够看出，测验成果颤动十分大，呈现了毛刺，这是实践运用中所不能承受的。
图5. 校准。& 图6. 测验。
图7. 优化前丈量成果。
5. 对传统测验中存在问题的剖析及处理方案
1) 校准功率电平比较低
校准是获取高精度丈量成果的先决条件，假如校准精度差，肯定不可能得到比较高的丈量精度，因而有必要尽可能进步校准的精度。上面谈到校准本身也是一种丈量进程，即用规范校准件丈量网络剖析仪本身体系差错。
安捷伦PNA-X内部信号源的功率规模从-30dBm到+13dBm或更高（最大功率输出取决于频段），因为PNA-X有65dB的源衰减器，因而功率电平最低能够到-95dBm。假如手动设置衰减器为30dB, PNA-X源的输出功率规模为从-60dBm到-17dBm。
运用网络剖析仪十分重要的一点，假如网络剖析仪衰减器不变，校准后，改动功率巨细，根本上不影响丈量精度。因而校按时，功率能够设置为-20dBm而不是-60dBm,这样能够进步校准精度。校准完结后，把功率设置为-60dBm,以便于满意LNA的测验条件。
完结双端口校准后，直通衔接。功率为-60dBm与-20dBm的校准差错比照如图8所示。
图8. 功率不一起校准差错比照。
2) PNA-X端口2输出功率较低
PNA-X缺省形式下，端口1与端口2功率为耦合状况，因而端口2的输出功率也为-60dBm。因为校准为2端口校准，即便屏幕上不测验S12阻隔度，网络剖析仪后台也在丈量S12，因为依据图3的公式或简化公式，扩大器S21a需求S12m。网络剖析仪在测验S12m时，因为端口2输出电平为-60dBm和阻隔为40dB，抵达端口1的功率为-100dBm,再经过端口1定向耦合器的15dB衰减的耦合壁抵达A接纳机的功率为-115dBm。-115dBm挨近接纳机的低噪，因而S12m的丈量精度十分差，然后导致四个实践S参数的测验精度十分差。
网络剖析仪的两个端口功率能够设置为非耦合状况，也便是端口2的功率能够与端口1的功率设置不一样。咱们能够设置端口1输出功率-60dBm,端口2输出功率0dBm，这样能够确保S12m的丈量精度, 然后使得4个S参数丈量精度大大进步。
3) 校按时中频带宽值较大
因为校准是为了取得网络剖析仪的体系差错，因而校按时，中频带宽主张设置为100Hz,完结校准后，为了进步测验速度，能够把中频带宽进步到10kHz或1kHz，这样的改动并不会显着改动校准的状况和影响测验成果。
处理上面三个问题后，从头进行校准和丈量，丈量成果如图9所示，能够看出颤动和毛刺现象不见了，丈量成果比较抱负。
图9. 优化后丈量成果。
6. 总结
现代的LNA规划目标越来越好，优异的LNA功能对传统的参数丈量方法提出了很大应战，可是经过合理地设置网络剖析仪以及优化校准进程，能够取得较高的丈量精度。
