這里我將詳細闡述噪聲系數這個重要的參數及其測量的三種方法：增益法、Y因數法和噪聲系數分析儀法。

噪聲系數的測量方法應隨著應用的不同而不同。從上面的圖表可看出，有些應用具有高增益和低噪聲系數特性 (低噪聲放大器LNA在高增益模式下)，有些應用則具有低增益和高噪聲系數特性 (混頻器和LNA在低增益模式下)，有些則具有非常高的增益和寬范圍的噪聲系數 (接收機系統)。因此測量方法必須仔細選擇。
下面將討論噪聲系數分析儀法和其他兩個方法：增益法和Y因數法。

噪聲系數分析儀

噪聲系數分析儀的測試配置圖如下所示：

Figure 1

什么是噪聲系數分析儀？

噪聲系數分析儀測量待測器件的噪聲信號輸出功率。由于分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比，待測物的噪聲系數通過內部計算后，在屏幕上顯示結果。

噪聲系數分析儀是完全針對噪聲系數應用的儀器，僅用于測量噪聲系數、增益和相關量。與頻譜分析儀及其它儀器相比，噪聲系數分析儀更快，更易用、精度更高、頻率范圍更寬。因此是得到所可能最好不確定度的最高端的選擇，特別是對于 3GHz 以上頻率。

噪聲系數分析儀的噪聲源產生寬帶白噪聲驅動待測器件DUT。噪聲系數分析儀測量待測器件的噪聲信號輸出功率。由于分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比，待測物的噪聲系數通過內部計算后，在屏幕上顯示結果。
對于混頻器件的測試，可能需要本振LO信號，如Figure 1所示。當然，測量之前必須在噪聲系數分析儀中設置待測物的相關參數，如頻率范圍、應用(放大器/混頻器)等。
使用噪聲系數分析儀是測量噪聲系數最簡單的方法，而且在大多數情況下也是最準確地。工程師可在特定的頻率范圍內測量噪聲系數，分析儀能夠同時顯示增益和噪聲系數。當然，分析儀也有一些缺陷： 每種分析儀都有頻率限。另外，當測量很高的噪聲系數時，例如噪聲系數超過10dB，測量結果可能會不準確。

什么是增益法？

除了使用噪聲系數測試儀外還可以采用其他方法測量噪聲系數。這些方法需要更多測量和計算，但是在某種特定的條件下，這些方法可能更加準確。其中一個常用的方法是“增益法”。

增益法的測試原理

增益法的測試原理是基于噪聲因數的定義：

在這個定義中，噪聲由兩個因素產生。一種是外部輸入射頻系統的干擾噪聲信號；第二種是射頻系統因為輸入的載波信號而產生的隨機噪聲。

一般來說，第二種噪聲是布朗運動的結果，由于電子器件中的熱平衡而產生，所以它的噪聲功率為可用以下公式來表示：
PNA = kTΔF
k 波爾茲曼常量(1.38 * 10-23焦耳/ΔK)
T 溫度，單位為開爾文
F 噪聲帶寬(Hz)
在室溫(290ΔK)時，噪聲功率譜密度PNAD = -174dBm/Hz。
所以 NF = PNOUT - (-174dBm/Hz + 20 * log10(BW) + 增益)
在公式中，PNOUT是已測的總共輸出噪聲功率，-174dBm/Hz是290°K時環境噪聲的功率譜密度；BW是噪聲帶寬；增益是系統的增益；NF是DUT的噪聲系數；公式中的每個變量均為對數指數。簡化公式后，我們可以直接計算出輸出噪聲功率譜密度(dBm/Hz)：
NF = PNOUTD + 174dBm/Hz - 增益
用增益法測量噪聲系數，待測物的增益需要預先確定的。另外，待測物的輸入需要連接相應的特性阻抗 (例如：射頻電路使用50Ω，視頻/電纜使用75Ω)。這樣，可使用頻譜分析儀來測量輸出噪聲功率譜密度。
增益法測量噪聲系數的配置圖如圖所示：

Figure 2
Figure 2 配置圖是用來測量MAX2700 Receiver System的噪聲系數。在指定的LNA增益設置和VAGC下測量得到的增益為80dB；接著，當射頻輸入端用50Ω負載短接。

頻譜儀上測出的噪聲功率譜密度為 -90dBm/Hz；為了獲得穩定和準確而選擇的最優RBW (分辨率帶寬)與VBW (視頻帶寬)比值為 RBW/VBW = 0.3。

所以，可以計算得出的NF為：
-90dBm/Hz + 174dBm/Hz - 80dB = 4.0dB
只要頻譜分析儀的頻率允許，增益法可適用于任何頻率范圍內。它的最大限制來自于頻譜分析儀的本底噪聲。在計算公式中可以看到，當噪聲系數較低時 （比如小于10dB），POUTD - 增益的數值講接近于-170dBm/Hz；通常LNA的增益大約為20dB，這樣我們必須測量大約為 -150dBm/Hz的噪聲功率譜密度，這個噪聲功率將低于大多數頻譜儀的本底噪聲功率，就無法被準確測量出來。
所以，增益法比較適用于增益高的射頻系統，或者待測物的噪聲系數非常高 (比如高于30dB)的場景.

什么是Y因數法？

Y因數法是另外一種常用的測量噪聲系數的方法。

測試的配置圖如圖 Figure 3 所示：

Figure 3
Y 因數法需要一個配有超噪比ENR的噪聲頭， 噪聲頭通常需要高電壓的直流電源來額外供電。這些噪聲頭能夠產生非常寬頻譜的白噪聲而且噪聲頭在相應的頻率點有準確的噪聲系數參數 （如下表給出具體的數值）。通過這些參數，我們就可以通過外推法來計算相應頻率上的噪聲系數。

通過開關直流電源來開啟或者關閉噪聲頭的信號，從而使用頻譜分析儀來測量輸出噪聲功率譜密度的變化。

計算噪聲系數的公式為：

在這個公式種，超噪比ENR為表1給出的值，通常噪聲頭的NF值會直接標明；Y是輸出噪聲功率譜密度在噪聲源開啟和關閉時的差值。
另外，假設噪聲頭超噪比為 ENR，標準冷噪聲溫度為 290K，TH是直流電壓供電時的噪聲溫度，根據超噪比定義可得到下面等式：

所以在冷溫度T = 290°K時與在熱溫度T = TH時待測物DUT功率輸出比為：
Y = G(Th + Tn)/G(290 + Tn) = (Th/290 + Tn/290)/(1 + Tn/290)
這就是Y因數法，它的名字就是來源于這個等式。
根據噪聲系數定義，F = Tn/290+1，F是噪聲因數NF = 10 * log(F)，所以得出，Y = ENR/F+1。在這個公式中，所有變量都是線性變化，于是就可得到上面的噪聲系數公式。
我們同樣用MAX2700作為待測物，來演示如何使用Y因數法測量噪聲系數。
測試配置圖見Figure 3:
連接HP346A噪聲源 噪聲頭到待測物的射頻輸入端RF Input；
連接28V直流電壓電源到噪聲頭的輸入端；
為了獲得穩定和準確的噪聲功率譜密度讀數，頻譜儀的RBW/VBW比設置為0.3。
然后，用頻譜儀來測試輸出噪聲功率譜密度。
通過開/關直流電源，噪聲譜密度從-90dBm/Hz變到-87dBm/Hz。可以得出Y = 3dB。
另外，從表1可以得到，在2 GHz時ENR = 5.28dB。
所以，根據公式， 我們可以計算NF的值為 5.3dB。