实验六 低噪声放大器特性测试
1. 通过试验，了解MMIC放大模块的使用方法、馈电方法、电路构成及性能测试方法；
2. 熟悉微波网络分析仪的基本使用方法；
3. 了解MMIC放大器的通频带、增益及1d B压缩功率点的测试方法。
二、实验原理
微波单片集成电路（简称MMIC）在微型化和电性能方面具有很多优点，是微波电路的发展方向。微波单片集成电路是把无源电路、无源元件、有源半导体器件都支座在同一个半导体芯片上。
小信号放大器主要是低噪声放大器，一般位于微波接收系统前端位置。对于低噪声放大器，其主要技术指标是噪声系数与噪声温度。
任意微波部件的噪声系数
定义如下：
(1)
式中：——微波部件噪声系数；
——分别是微波放大器输入端的信号功率和噪声功率；
——分别是微波放大器输出端的信号功率和噪声功率。
从式（1）可以看出，噪声系数的物理意义是：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使得信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数。
通常，噪声系数用分贝数表示，此时
(2)
根据（1），可改写成（3），我们这里给出放大器基本电路图如图23所示。
(3)
式中，
是放大器的功率增益。
图 1 低噪放大器基本电路
图1中
是信号源电阻
产生的噪声电动势的平方值
(4)
式中，
——波尔兹曼常数，
；
——环境温度，通常取为293K；
——放大器通频带。
对于微波系统来说，是50
系统标准阻抗。当放大器和信源阻抗匹配时，放大器输入端噪声功率为：
将此值代入（3）式，即得：
(5)
不难看出，放大器输入的噪声功率是信源阻抗在时产生的热噪声，那么放大器自身产生的噪声也可看成一个
的物体产生的热噪声，这里可以把理解为放大器的等效噪声温度。这时放大器输出端噪声功率为
(6)
此式代入（5），得到
(7)
移项得到放大器噪声温度和噪声系数的关系
(8)
单级放大器多为硅单片集成放大器，它是国内外目前最广泛使用的一类放大器，它们多半适合于2GHz以下的频段。产品形式视厂商不同有一定差别，大部分以微带封装形式出现。其典型电路如下图2所示。
图 2 单级放大器典型电路
图 3 测试连接框图
采用微波网络分析仪，对被测器件（放大器）进行增益与频带特性测试。其基本测试连接图如上图3所示。
实验步骤如下：
1. 将仪器恢复到出厂设置
打开电源，可能发现，仪器显示出许多纵横交错的曲线或直线，这是以前测试时候留下的，如果大家测试过程中不知道这些曲线是如何出现的，有什么功能，可以不管它，也可以利用仪器的功能菜单将仪器初始化到出厂时候的状态。这些设置就会自动消失。
选择仪器菜单System Menu，使用上下箭头键移动到reset 然后按 select键选择确认，仪器将自动重启动，后恢复成出厂设置。
2. 通道设置
在仪器 Network Analyzer区域的1，2按钮，打开一起1，2通道（仪器指示灯亮为开）。按1通道的菜单键MENU，使用上下箭头键移动到TRANSMISSION菜单，后按 select键选择确认，将1通道设置为测量传输相关的参数测试。再按一次菜单键MENU，选择当前测试传输通道与外部连接的通道，注意观察测试连接框图，放大器输出端到仪器的输入端为传输通道，将检波器接入到仪器的通道与TRANSMISSION通道连通。同理，可设置2通道为反射通道。
3. 设置扫频带宽
测试时，先将网络分析仪的信号源输出功率设置为0dBm。选择仪器OUTPUT POWER按键，利用数字键盘输入-5后按回车键。按照图25连接好测试系统和被测器件。在扫频通带粗略看一下放大器频带曲线情况，找到自己所测试的器件的频带范围。选择仪器CURSOR光标菜单区域的ON键，然后按select键，选择MAXIMUM菜单，可以通到1上看到当前幅频特性曲线的最大值的频率值，以这个频率为中心频率选择合适的跨度（SPAN）,也可以设置仪器的起始频率和终止频率来实现。按FREQUENCY键，可用SELECT键选择两种不同的频率范围设置方式，以后的测试就以这个设置频带范围来进行。
4. 设置输出电平
把输入给被测放大器的微波功率设置为比较小值，比如－30dBm。应根据被测放大器增益设置输入功率，使放大器输出功率远低于饱和点为宜，将扫频信号源的输出功率设置到比较合适的数值，注意，如果不清楚放大器的输出，可以先在放大器输出，检波器输入的中间位置加上适当的衰减器，一定要然后按照仪器正常操作步骤进行。
5. 仪器校准
根据前面的知识，我们需要对仪器进行传输和反射测试的校准，消除测量误差，当然，实际的误差是不可能完全消除的，只能尽量减小。需要注意的是，校准是在对你的扫源输出功率和频率设置完成后进行的，因为校准完成后，就不能更改信号源的设置了。如果在试验过程中需要更改这些设置，一定要重新校准。
另外，校准一般是在测试仪器开机预热半小时到一个小时后进行的，因为预热一段时间后，仪器的温度是动态变化比较小的，这个时候的校准数据可以维持比较长的时间。但是，如果工作时间很长的时候还是要定期对仪器进行校准。
按CALBRATON键选择START CAL菜单后按SELECT键确定。根据屏幕提示进行校准。需要注意的是，校准时一定要将两个通道打开。校准过程也根据对通道的设置可能也有所不同。
6. 数据处理
将测试装置连接好后，就可以根据自己的需要，在仪器上读出需要的测试数据，当然，有些数据的得到如果需要更高的精确度，我们还应当适当采取一些措施。
1. 平均增益：
指工作频带内功率增益最大值和最小值的均值
，如下图4所示
图 4 微波放大器增益特性
2. 增益起伏
最大功率增益
和最小功率增益
的差值
。如图4所示。
3. 工作频带
两个点的频率间隔，
。
4. 增益起伏斜率
选择增益曲线变化最陡处，在10MHz间隔处（或根据指标要求）测两点增益值
和
。增益斜率则为：
，如图5所示。
图 5频带内增益起伏斜率
5. 频带矩形系数
通常只需测两个带外电
和
（见图4中标注）。微波放大器的频带矩形系数一般要求不太严格。通过数据处理将上面的数据得到或计算出来。
1. 注意对网络分析仪这些精密高值仪器设备的使用方法。
2. 连接接头或转接头时，要使用正确的方法，否则将损坏仪器设备。
3. 注意对放大器加工作电压时，不要过载。
六、实验记录
根据测试记录，整理试验数据，并绘制相应的微波放大器幅频特性曲线。