山西省长治市襄垣县光度计校准第三方仪器检测机构
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一、本公司主要校准服务范围:
图1给出了增益法测试噪声系数的连接框图，假设输入端的噪声功率为Nin，则输入、输出噪声功率满足如下关系
Nout=Nin?G+kBTe?G
如果输入噪声功率为kBT0(T0=290K)，则上式可以简化为
Nout=kBT0?F?G
根据上式，若增益G和输入噪声功率Nin已知，便可以计算出待测件的噪声系数。需要注意，G为待测件与频谱仪的增益，且求解出的F为待测件与频谱仪的噪声因子。传统的增益法由于不会消除频谱仪自身引入的影响，因此适用于噪声系数较大且增益较高的待测件。下面介绍的方法，能够修正频谱仪自身噪声系数引入的影响。
由于频谱仪是经过内部校准的，因此可以认为其增益为1，那么如果要求解待测件本身的噪声系数，则需要如下三步：① 测试待测件的增益；② 确定输入噪声功率Nin；③ 确定频谱仪本身的噪声系数。
待测件增益的测试，*使用矢网，那么对于该测试，是否适合使用矢网？
由于待测件包含AGC电路，使用矢网测试其增益本身没有什么问题，但是在该测试中，如果要得到正确的测试结果，需要保证使用矢网测试增益时与采用图1方式测试噪声系数时的AGC状态相同，即保证增益状态不变。
更简便的方法，直接使用图1的装置确定待测件的增益，直接比较是否连接DUT两种情况下的输出功率即可确定DUT的增益。
通常所说的增益法测试噪声系数，在待测件输入端连接50Ohm匹配负载，可以认为输入噪声功率为kBT0(假设室温为T0)。如果按照图1所给的装置测试，还能认为待测件的输入噪声功率为kBT0吗？
不能再认为输入噪声功率为kBT0，因为信号源输出CW信号时，也附带着一定的噪声功率，该噪声功率要大于kBT0，因此可以将信号源等效为如图2所示的电路，包含一个理想的信号源和一个等效的放大器，等效增益和噪声因子分别为GS和FS。理想信号源输出CW信号的同时，也附带输出kBT0的噪声功率，图中Nin为馈入DUT的噪声功率。
pH计是一种常用的仪器设备,主要用来精密测量液体介质的酸碱度值,配上相应的离子选择电极也可以测量离子电极电位MV值，广泛应用于工业，农业,科研,环保等领域。运用超声波反射原理对于材料中的缺陷进行无损侦测。金属在锻造过程中有缺陷或者裂缝在今后的使用中会影响使用，所以金属探伤现在是这些钢铁行业，汽车行业等工业生产过程中必不可少的一个环节。?
快速测定物质含水量，可提供实时温度、样品质量、脱水率、样品含水百分比等数。主要适用于各大中校、医疗、石油化工、卫生防疫、环境监测等科研部门作生物、生化、细胞、菌种等各种液态、固态化合物的振荡培养。?
如何确定信号源输出的噪声功率呢？
分别使用频谱仪的RMS检波器和AVG检波器测试CW信号功率，二者之差即为信号源输出的噪声功率与频谱仪本身产生的噪声功率之和NSG&SA。假设频谱仪的增益和等效噪声温度分别为GSA和TSA，则满足如下关系：
NSG&SA=Nin?GSA+kBTSA?GSA
可以认为频谱仪的增益为1 ，而频谱仪本身的噪声系数也可以确定，于是可以求出信号源输出的噪声功率Nin。
如果使用这种方式，建议信号源输出的CW信号功率不要太强，且使用频谱仪测试时，建议RBW设大一些，比如5MHz。
除了使用RMS和AVG检波器的方法外，还可以直接读取偏离CW信号一定频偏处的噪声功率作为NSG&SA。该方法要求CW信号的相噪要非常小，不能影响读取结果。
以上确定了待测件的输入噪声功率，下面按照图1连接DUT进行测试，待测件输出噪声功率的确定也可以按照上述方法。使用频谱仪不同的检波器，或者直接读取偏离CW信号一定频偏处的噪声功率。
确定待测件输入和输出噪声功率后，便可以求出待测件与频谱仪体的噪声因子，*根据噪声因子级联公式，求出待测件本身的噪声因子。
为了便于对上述内容的理解，下面介绍一个测试实例，实例中采用的是频偏法确定信号源输出噪声功率和DUT输出噪声功率。DUT是一个接收机通道，包含前端低噪放、镜频抑制混频器、中频滤波器及AGC电路，通道的相关参数如下：
RF freq.：1345MHz~1380MHz
LO freq.：1385MHz
IF freq.：5MHz~40MHz
通道*增益达90dB
AGC提供40dB的动态范围
AGC的起控范围为-120~-80dBm (按射频输入功率)
使用外部信号源给DUT提供一个-100dBm的CW信号，如果要测试DUT在输出中频频率为15MHz对应的噪声系数，因为采用频偏法测得噪声功率，所以需要将CW信号频率设置为1358MHz，而不是1370 MHz。
首先测试了待测件的增益为86dB；然后确定信号源输出的噪声功率，在信号源输出CW信号的同时，观察1370MHz处的噪声功率，如图3所示，RBW为100kHz时的噪声功率为-117.2dBm。
为了正常计算，还需要确定频谱仪等效噪声温度TSA：图3右图给出打开预放时，在射频段的噪声功率谱密度为-167.32dBm/Hz，对应的噪声系数为6.68dB。根据噪声因子与等效噪声温度的关系，便可以求出对应的噪声温度，代入以上公式求得的信号源输出噪声功率为0.45 x 10-12 mW。
下面分别从两个角度去分析增益法测试噪声系数：(1) T0 (290K)温度下测试；(2) 非T0温度下测试。增益法要求DUT的增益是已知的，假设DUT的增益为G，其噪声因子为F，对应的噪声系数为NF。
在T0温度下，DUT输出的噪声功率为N0 = kBT0*G*F，使用对数表示则为
N0(dBm) = -174dBm/Hz + 10lg(B) + G(dB) + NF
值得一提的是，虽然DUT的带宽很大，但是真正被频谱仪测量的噪声功率只有RBW带宽内的噪声功率，所以上式可以改写为
N0(dBm) = -174dBm/Hz + 10lg(RBW) + G(dB) + NF
对上式进一步调整为
| N0(dBm) - 10lg(RBW) = -174dBm/Hz + G(dB) + NF |
“=”左边的式子即为频谱仪上测得的噪声功率谱密度，这个参数频谱仪可以直接测出。DUT的增益已知，即可计算出其噪声系数NF。
如何使用频谱仪准确测试噪声功率谱密度？
首先要将频谱仪的显示检波器由默认的Auto Peak(AP)检波器设置为RMS检波器；然后将频谱仪的扫描时间sweep time设置得大一些，比如5ms，这可以平滑测试结果，提高测试精度；*直接调出功率谱密度测试结果。
如果频谱仪配置了内置预放大器，为了提高NF测试精度，需要打开预放大器，以进一步降低频谱仪的底噪。
如果测试时室温不是T0，则上面的公式推导就不适用了。此时，DUT输出的噪声功率为
N0 = kBTin*G + kBT*G
式中Tin为当前室温，这是已知的，T为DUT的等效噪声温度。
简便起见，分别引入α和β两个系数，使之满足如下关系
Tin = α*T0， T = β*T0
则可以得到
N0 = kB*α*T0*G + kB*β*T0*G = kBT0*G*(α + β)
类似地，真正被频谱仪测量的噪声功率只有RBW带宽内的噪声功率，使用对数表示时，上式可以写为
N0(dBm) = -174dBm/Hz + 10lg(RBW) + G(dB) + 10lg(α + β)
进一步改写为
| N0(dBm) - 10lg(RBW) = -174dBm/Hz + G(dB) + 10lg(α + β) |
那么频谱仪测得噪声功率谱密度之后，G和α又已知，因此可以求出系数β，继而求出DUT的等效噪声温度T，对应的噪声系数为
NF = 10lg(1+T/T0)
以上详细介绍了增益法测试噪声系数的理论推导，下面着重分析增益法一般适用于哪些场合。为方便起见，下面的讨论都默认为是在T0室温下进行测试的。
假设频谱仪的噪声因子为FSA，等效噪声温度为TSA，增益为GSA，则频谱仪测得的噪声功率为
Ntotal = kBT0*G*F + kBTSA*GSA
因频谱仪校准后增益为1，即GSA = 1，则上式简化为
Ntotal = kBT0*G*F + kBTSA
只有当kBTSA << kBT0*G*F时，增益法测得的噪声系数才更加接近于DUT的真实噪声系数，频谱仪带来的影响才可以忽略。
定性地讲，为了满足上述条件，频谱仪需要配置前置预放大器，以降低自身的噪声系数。同时，要求DUT的增益尽量高，且其噪声系数不能太小。此时，使用增益法测试噪声系数才具有比较高的准确性。
下面简单地定量分析，当DUT的增益G、噪声因子F与频谱仪的噪声因子FSA满足什么关系时，才可以忽略频谱仪带来的影响。
二、实验设计的“六原则”
1）随机原则：即运用“随机数字表”实现随机化；运用“随机排列表”实现随机化；运用计算机产生“伪随机数”实现随机化。 尽量运用统计学知识来设计自己的实验，减少外在因素和人为因素的干扰。
2）对照原则：空白对照组的设立——只有通过对照的设立我们才能清楚地看出实验因素在当中所起的作用。当某些处理本身夹杂着重要的非处理因素时，还需设立仅含该非处理因素的实验组为实验对照组；历史或中外对照组的设立一一这种对照形式应慎用，其对比的结果仅供参考，不能作为推理的依据；多种对照形式同时并存。
3）重复原则：所谓重复原则，就是在相同实验条件下必须做多次独立重复实验。一般认为重复5次以上的实验才具有较高的可信度。
4） 平衡原则：一个实验设计方案的均衡性好坏，关系到实验研究的成败。应充分发挥具有各种知识结构和背景的人的作用，群策群力，方可有效地提高实验设计方案的均衡性。在实验设计的过程中要注意时间上的分配，只有在时间上分配好了，才不会出现一段时间特别忙而一段时间特别闲的情况。
5） 弹性原则：所谓空格，指的是在时间分配图上留有空缺。适当的空缺是非常必要的，只有这样才能富有弹性的实施实验计划，并不断地调整好自己的实验进度。
6） *经济原则：不论什么实验，都有它的*选择方案，这包括在资金的使用上，也包括人力时间的损耗上，必要时可以预测一下自己实验的产出和投入的比值，这个比值越大越好，当然是以你所拥有的实验条件作基础的。
提到增益法测试噪声系数，大家并不陌生，这是一种简洁的测试方法，精度不如Y因子法，但是在某些测试场合，比如只有频谱仪而没有噪声头时，且待测件具有非常高的增益时，就可以使用增益法测试噪声系数。
增益法测试噪声系数的连接示意图如图1所示，其思路为：DUT输入端端接50 Ohm负载，在频谱仪上测得的噪声功率被认为是DUT本身输出的功率，然后根据DUT的增益计算出其噪声系数。这种方法并没有从测试结果中消除频谱仪本身的噪声带来的影响，所以精度有限。
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