tinySA频谱仪测量放大器噪声系数和增益

# tinySA 介绍

tinySA 是一种小型频谱分析仪和信号发生器，有基础版（tinySA Basic）和升级版（tinySA Ultra）两种版本，基础版工作在 1GHz 以下，为了在 1.4GHz 测量低噪放，我在淘宝购买了升级版的。升级版工作在 0.1-800MHz，在启用 “Ultra” 模式时，电平校准高达 6GHz，可以观察高达 12GHz 的信号，关于 “Ultra” 模式的开启，见于 tinySA | TinySA4 /tinySA Ultra mode

在使用时，可以直接触碰使用，或者通过 USB 线连接到电脑上进行控制，电脑控制可参考 tinySA | Main / PC control ，也有一些其他的电脑控制开源代码可以参考，可在 github 上搜寻。把 tinySA 连接到电脑后界面如下所示，点击左上角的 COM5 选择端口（也可能是其他端口），然后点击 Disconnected 连接到 tinySA，设置频率范围开始扫描。

# 低噪放说明书

为了方便对比，在此给出该款低噪放说明书 ——sawbird_h1_datasheet_revision_1.pdf (nooelec.com) 中的关键指标。

由下面两张图可以看出，当输入电压为 5V 时（电脑 USB 供电电压），其在 1420MHz 的增益约为 40dB，噪声系数约为 0.8dB，下面将使用 tinySA 测量的数据与之对比。

# 测量低噪放增益

目标是测量两个工作在 1420MHz 频率低噪放的增益

1. 输入端接上 50 欧姆负载，如下图所示

2. 电脑连接到 tinySA 后的界面如下，注意打开 tinySA 内置的 LNA（设为 On），RBW 设为 100kHz（越小需要的扫描时间越长，频谱越光滑），然后点击左上角 Scan 后面的 “>>”，开启连续扫描，这样我们就可以得到 tinySA 接 50 欧姆负载时，在 1420MHz 的信号强度了，为 - 120.469dBm

   注：如果不打开内置的 LNA，按照如下方法测量出来的增益完全不准确，具体原因未知，试出来的是这样的

3. 低噪放的输入端接上 50 欧姆负载，输出端接上 tinySA，如下图所示，

4. 可见 50 欧姆负载在 1420MHz 产生的噪声在经过低噪放之后，变为了 - 80.531dBm，可以得到低噪放在 1420MHz 的增益为 - 81.938-(-120.469)=38.531dB。也可以把两次的频谱都导出为 CSV 文件，然后得到各频点的增益曲线。

# 测量低噪放的噪声系数

在用如下功能测量低噪放的噪声系数时，tinySA 内置的 LNA 会自动打开，可以通过观测左侧栏中的 LNA:ON 看出来，这样做应该是为了使得待测放大器和内置放大器的级联增益足够大，能够掩盖 tinySA 的内部噪声。该测量方法的原理见于 tinySA | Main / Measuring the Noise Figure of an Amplifier

1. tinySA 只接 50 欧姆负载，依次触屏点击 MEASURE->MORE->NOISE FIGURE，会进入如下界面。

2. 点击 MEASURE TINYSA NF，会提示输入测量频率，输入 1420M，确认后稍等几秒再点击 STORE TINYSA NF，界面会显示如下

3. 这时候把 50 欧姆和 tinySA 之间接上低噪放，然后点击 MEASURE AMP NF，会提示输入低噪放的增益，把刚才测量得到的 38.531 输入就行，得到的最终结果如下，即噪声系数 NF=1.4dB

# 关于结果的说明

测量的增益为 38.5dB，和说明书中的 40dB 比起来偏小；噪声系数为 1.4dB，和说明书里的 0.8dB 比起偏大。

可能是由于测量的增益偏小，导致 tinySA 计算噪声系数时偏大了一些，可以尝试在测量噪声系数时输入较大的增益，比如 39dB，这时候解算出的噪声系数就会变小不少，变为了 0.9dB，如下图所示。

为什么测量增益会偏小？给低噪放供电时，采用电脑的 USB 口供电，虽然电脑 USB 口的标准输出电压为 5V，但实际工作的电压可能小于 5V，导致测量的增益偏低。

当然了，tinySA 的测量精度本来也不高，测量出来的噪声系数浮动 1dB 左右估计都是正常的，也不深究细节了。