一種微波接收機(jī)噪聲測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置，包括：定標(biāo)源、饋源、數(shù)據(jù)采集單元、上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元；其中，所述饋源用于接收來(lái)自大氣和定標(biāo)源的微波輻射信號(hào)，然后將微波輻射信號(hào)輸入到待測(cè)的微波接收機(jī)中；待測(cè)的微波接收機(jī)對(duì)微波輻射信號(hào)依次進(jìn)行下變頻、放大、濾波、檢波、積分及低頻放大處理，并輸出電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集單元采集和存儲(chǔ)接收機(jī)輸出的電壓信號(hào)，并傳送至所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元；所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元根據(jù)觀測(cè)的定標(biāo)源對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，得到接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)，并對(duì)電壓信號(hào)、接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)做實(shí)時(shí)顯示。
【專利說(shuō)明】
一種微波接收機(jī)噪聲測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及噪聲測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種微波接收機(jī)噪聲測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在接收機(jī)工作過(guò)程中，由于接收機(jī)噪聲的加入限制了信號(hào)的信噪比和靈敏度，尤其是微波接收機(jī)所接收到的信號(hào)較為微弱，因此其噪聲特性尤為重要，對(duì)系統(tǒng)靈敏度具有直接影響。
[0003]接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)作為衡量接收機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)，目前一種測(cè)量方式是采用已知噪聲源和噪聲系數(shù)分析儀進(jìn)行測(cè)量。使用噪聲源產(chǎn)生的噪聲驅(qū)動(dòng)待測(cè)接收機(jī)，通過(guò)噪聲系數(shù)分析儀測(cè)量待測(cè)接收機(jī)的輸出；由于噪聲系數(shù)分析儀已知噪聲源的輸入噪聲和信噪比，待測(cè)接收機(jī)的噪聲系數(shù)可在內(nèi)部計(jì)算并直接在屏幕上顯示。雖然噪聲系數(shù)分析儀是測(cè)量噪聲系數(shù)的最直接方法，但這種方法的缺點(diǎn)在于:1)噪聲系數(shù)分析儀所測(cè)接收機(jī)頻率受已知噪聲源頻率限制，通用的噪聲源采用低結(jié)電容的二極管，頻率一般低于50GHz，高頻噪聲源需要國(guó)外進(jìn)口且價(jià)格昂貴，因此該方法不能夠滿足測(cè)量高頻率接收機(jī)噪聲系數(shù)的要求；2)通過(guò)噪聲系數(shù)分析儀進(jìn)行噪聲測(cè)量的誤差隨著接收機(jī)噪聲系數(shù)的增大而迅速增大，因此該方法僅適用于較低噪聲系數(shù)的接收機(jī)。
[0004]另一種噪聲系數(shù)的測(cè)量方法是通過(guò)測(cè)量接收機(jī)增益和輸出功率譜密度而計(jì)算得至IJ。器件可利用的噪聲功率為:
[0005]PNA = KTA F，其中K為波爾茲曼常量(1.38*1023焦耳/K)，T為溫度(單位為開(kāi)爾文K)，AF為噪聲帶寬(單位為赫茲Hz);
[0006]當(dāng)室溫為290K時(shí)，噪聲功率譜密度為:PNAD = -174dBm/Hz ；
[0007]因此噪聲系數(shù)有如下公式:
[0008]NF = PNOUT- (-174dBm/Hz+201og10 (Bff) +Gain)
[0009]其中，PNOUT是已測(cè)的總輸出噪聲功率，-174dBm/Hz時(shí)290K時(shí)環(huán)境噪聲的功率譜密度，Bff為接收機(jī)的頻率帶寬，Gain為接收機(jī)增益，NF為接收機(jī)的噪聲系數(shù)。
[0010]為簡(jiǎn)化公式，可直接測(cè)量輸出噪聲功率譜密度(dBm/Hz)，該公式變?yōu)?
[0011]NF = PN0UTD+174dBm/Hz-Gain
[0012]該方法需要預(yù)先確定接收機(jī)增益和輸出功率譜密度，可通過(guò)頻譜分析儀測(cè)得，這種方法的缺點(diǎn)在于:所測(cè)噪聲功率譜密度受到頻譜分析儀噪聲基底的限制，當(dāng)噪聲系數(shù)較低(一般小于1dB)時(shí)，(PNOUTD-Gain)接近于_170dBm/Hz，當(dāng)接收機(jī)增益為20dB時(shí)，需要測(cè)量-150dBm/Hz的噪聲功率譜密度，這個(gè)值低于大部分頻譜分析儀的噪聲基底。因此該方法適用于系統(tǒng)增益較高或噪聲系數(shù)非常高(例如高于30dB)的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于現(xiàn)有技術(shù)中的用于微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置與方法適應(yīng)范圍較窄的缺陷，從而提供一種適用范圍廣，測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單、直觀的測(cè)量裝置與方法。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置，包括:定標(biāo)源、饋源、數(shù)據(jù)采集單元、上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元；其中，
[0015]所述饋源用于接收來(lái)自大氣和定標(biāo)源的微波輻射信號(hào)，然后將微波輻射信號(hào)輸入到待測(cè)的微波接收機(jī)中；待測(cè)的微波接收機(jī)對(duì)微波輻射信號(hào)依次進(jìn)行下變頻、放大、濾波、檢波、積分及低頻放大處理，并輸出電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集單元采集和存儲(chǔ)接收機(jī)輸出的電壓信號(hào)，并傳送至所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元；所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元根據(jù)觀測(cè)的定標(biāo)源對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，得到接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)，并對(duì)電壓信號(hào)、接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)做實(shí)時(shí)顯示。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述定標(biāo)源包括冷源和熱源；所述冷源為經(jīng)液氮冷卻的微波吸收黑體，作為低溫參考源；所述熱源為常溫定標(biāo)黑體，提供相當(dāng)于環(huán)境溫度的標(biāo)準(zhǔn)亮溫，作為高溫參考源。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)采集單元的采集速率為O?200KHZ，其采集速率能夠調(diào)節(jié)。
[0018]本發(fā)明還提供了采用所述微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置所實(shí)現(xiàn)的測(cè)量方法，包括:
[0019]步驟I)、待測(cè)的微波接收機(jī)上電，確認(rèn)系統(tǒng)工作正常；
[0020]步驟2)、通過(guò)上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元顯示微波接收機(jī)的輸出電壓，當(dāng)微波接收機(jī)輸出穩(wěn)定后，將饋源對(duì)準(zhǔn)冷源，記錄微波接收機(jī)觀測(cè)冷源時(shí)的輸出電壓并求均值；
[0021]步驟3)、將饋源對(duì)準(zhǔn)熱源，記錄微波接收機(jī)輸出電壓并求均值；
[0022]步驟4)、微波接收機(jī)輸出電壓和接收機(jī)噪聲溫度之間存在如下關(guān)系:
[0023]Vl= G (T rec+TL)
[0024]VH=G(Trec+TH)⑴
[0025]其中，\為接收機(jī)觀測(cè)冷源時(shí)的輸出電壓均值；T L為液氮冷源溫度80Κ ;V H為接收機(jī)觀測(cè)熱源時(shí)的輸出電壓均值；TH為常溫定標(biāo)黑體的溫度，為測(cè)試環(huán)境下的環(huán)境溫度七為接收機(jī)增益。為接收機(jī)噪聲溫度；其中，接收機(jī)噪聲溫度T 。和接收機(jī)增益G為未知量；
[0026]由所述方程(I)計(jì)算得到接收機(jī)噪聲溫度Tra。和接收機(jī)增益G，并由上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；
[0027]步驟5)、微波接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)之間存在如下關(guān)系:
[0028]Trec= (F-l)T。NF = 10.1g10F(2)
[0029]其中，NF為接收機(jī)的噪聲系數(shù)；F為接收機(jī)噪聲因數(shù)；T。為環(huán)境溫度；
[0030]由所述方程(2)計(jì)算得到接收機(jī)噪聲系數(shù)F，并由上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元進(jìn)行實(shí)時(shí)顯不O
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0032]1、本發(fā)明的噪聲測(cè)量裝置不需要噪聲系數(shù)分析儀或頻譜儀的配合，噪聲測(cè)量誤差不累積，不會(huì)隨著接收機(jī)噪聲系數(shù)的增大而增大；
[0033]2、本發(fā)明的噪聲測(cè)量裝置測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單、結(jié)果顯示直觀且攜帶方便，尤其適用于野外試驗(yàn)等。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明的微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是待測(cè)的微波接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3是本發(fā)明的微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0038]圖1為本發(fā)明的一種微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明的噪聲測(cè)量裝置包括定標(biāo)源、饋源、數(shù)據(jù)采集單元、上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元；其中，所述饋源用于接收來(lái)自大氣和定標(biāo)源的微波輻射信號(hào)，然后將微波輻射信號(hào)輸入到待測(cè)的微波接收機(jī)中；待測(cè)的微波接收機(jī)對(duì)微波輻射信號(hào)依次進(jìn)行下變頻、放大、濾波、檢波、積分及低頻放大處理，并輸出電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集單元采集和存儲(chǔ)接收機(jī)輸出的電壓信號(hào)，并傳送至所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元；所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元根據(jù)觀測(cè)的定標(biāo)源對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，得到接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)，并對(duì)電壓信號(hào)、接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)做實(shí)時(shí)顯不O
[0039]下面對(duì)本發(fā)明的噪聲測(cè)量裝置中的部件做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0040]所述定標(biāo)源包括冷源和熱源；所述冷源為經(jīng)液氮冷卻的微波吸收黑體，作為低溫參考源；所述熱源為常溫定標(biāo)黑體，提供相當(dāng)于環(huán)境溫度的標(biāo)準(zhǔn)亮溫，作為高溫參考源。
[0041]所述數(shù)據(jù)采集單元的采集速率為O?200KHZ，其采集速率可調(diào)。
[0042]圖2為待測(cè)的微波接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，待測(cè)的微波接收機(jī)包括:本振、低噪放大器、混頻器、中頻放大器、濾波器、檢波器、積分器和低頻放大器；饋源接收到的信號(hào)，經(jīng)射頻放大以后由本振和混頻器完成射頻至中頻的頻率下變換，然后由中頻放大器放大，最后由檢波器完成中頻至低頻的轉(zhuǎn)換，在經(jīng)過(guò)積分器對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行平滑處理，最后經(jīng)過(guò)低頻放大輸出至數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。另外，基于上述接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，所述接收機(jī)單元工作頻率不受限制，經(jīng)下變頻、放大、濾波、檢波、積分及低頻放大處理后，輸出電壓信號(hào)范圍是-1OV?10V。
[0043]采用本發(fā)明的噪聲測(cè)量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量，如圖3所示，本發(fā)明的噪聲測(cè)量方法包括如下步驟:
[0044]I)微波接收機(jī)上電，確認(rèn)系統(tǒng)工作正常；
[0045]2)通過(guò)上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元顯示微波接收機(jī)輸出電壓，當(dāng)微波接收機(jī)輸出穩(wěn)定后，將饋源對(duì)準(zhǔn)冷源，記錄微波接收機(jī)觀測(cè)冷源時(shí)的輸出電壓并求均值；
[0046]3)將饋源對(duì)準(zhǔn)熱源，同時(shí)記錄微波接收機(jī)輸出電壓，并求均值；
[0047]4)由于微波接收機(jī)可視為線性系統(tǒng)，接收機(jī)輸出電壓和接收機(jī)噪聲溫度之間存在如下關(guān)系:
[0048]Vl=G(T_+Tl)
[0049]Vh= G (T rec+TH)⑴
[0050]其中，\為接收機(jī)觀測(cè)冷源時(shí)的輸出電壓均值；T 液氮冷源溫度80K ;V H為接收機(jī)觀測(cè)熱源時(shí)的輸出電壓均值；TH為常溫定標(biāo)黑體的溫度，為測(cè)試環(huán)境下的環(huán)境溫度七為接收機(jī)增益。為接收機(jī)噪聲溫度；其中，接收機(jī)噪聲溫度T 。和接收機(jī)增益G為未知量。
[0051]通過(guò)所述方程(I)，可得接收機(jī)噪聲溫度Ire。和接收機(jī)增益G，并由上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；
[0052]5)由于接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)之間存在如下關(guān)系:
[0053]Trec= (F-1)T0 NF = 10.1g10F(2)
[0054]其中，NF為接收機(jī)的噪聲系數(shù)；F為接收機(jī)噪聲因數(shù)；T。為環(huán)境溫度；
[0055]通過(guò)所述方程(2)，可得接收機(jī)噪聲系數(shù)F，并由上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元進(jìn)行實(shí)時(shí)顯不O
[0056]綜上所述，本發(fā)明的一種微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置和測(cè)量方法測(cè)試過(guò)程不需要頻譜分析儀、噪聲系數(shù)分析儀以及噪聲源的配合，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)的測(cè)量，節(jié)約成本且測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單、操作方便；另外，對(duì)接收機(jī)工作頻率和噪聲系數(shù)沒(méi)有限制條件，應(yīng)用廣泛，實(shí)用性強(qiáng)。
[0057]最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置，其特征在于，包括:定標(biāo)源、饋源、數(shù)據(jù)采集單元、上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元；其中， 所述饋源用于接收來(lái)自大氣和定標(biāo)源的微波輻射信號(hào)，然后將微波輻射信號(hào)輸入到待測(cè)的微波接收機(jī)中；待測(cè)的微波接收機(jī)對(duì)微波輻射信號(hào)依次進(jìn)行下變頻、放大、濾波、檢波、積分及低頻放大處理，并輸出電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集單元采集和存儲(chǔ)接收機(jī)輸出的電壓信號(hào)，并傳送至所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元；所述上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元根據(jù)觀測(cè)的定標(biāo)源對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，得到接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)，并對(duì)電壓信號(hào)、接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)做實(shí)時(shí)顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置，其特征在于，所述定標(biāo)源包括冷源和熱源；所述冷源為經(jīng)液氮冷卻的微波吸收黑體，作為低溫參考源；所述熱源為常溫定標(biāo)黑體，提供相當(dāng)于環(huán)境溫度的標(biāo)準(zhǔn)亮溫，作為高溫參考源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元的采集速率為O?200KHz，其采集速率能夠調(diào)節(jié)。4.采用權(quán)利要求1-3之一的微波接收機(jī)的噪聲測(cè)量裝置所實(shí)現(xiàn)的測(cè)量方法，包括: 步驟I)、待測(cè)的微波接收機(jī)上電，確認(rèn)系統(tǒng)工作正常； 步驟2)、通過(guò)上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元顯示微波接收機(jī)的輸出電壓，當(dāng)微波接收機(jī)輸出穩(wěn)定后，將饋源對(duì)準(zhǔn)冷源，記錄微波接收機(jī)觀測(cè)冷源時(shí)的輸出電壓并求均值； 步驟3)、將饋源對(duì)準(zhǔn)熱源，記錄微波接收機(jī)輸出電壓并求均值； 步驟4)、微波接收機(jī)輸出電壓和接收機(jī)噪聲溫度之間存在如下關(guān)系:Vl=G(T rec+TL) Vh= G (T rec+TH)(I) 其中，\為接收機(jī)觀測(cè)冷源時(shí)的輸出電壓均值；T 液氮冷源溫度80K ;V H為接收機(jī)觀測(cè)熱源時(shí)的輸出電壓均值；TH為常溫定標(biāo)黑體的溫度，為測(cè)試環(huán)境下的環(huán)境溫度；G為接收機(jī)增益；Tra。為接收機(jī)噪聲溫度；其中，接收機(jī)噪聲溫度T 。和接收機(jī)增益G為未知量； 由所述方程(I)計(jì)算得到接收機(jī)噪聲溫度!。和接收機(jī)增益G，并由上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示； 步驟5)、微波接收機(jī)噪聲溫度和噪聲系數(shù)之間存在如下關(guān)系: Trec=(F-1)T0NF=1^log10F(2) 其中，NF為接收機(jī)的噪聲系數(shù)；F為接收機(jī)噪聲因數(shù)；T。為環(huán)境溫度； 由所述方程(2)計(jì)算得到接收機(jī)噪聲系數(shù)F，并由上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示單元進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
【文檔編號(hào)】G01R29/26GK105842552SQ201510020692
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日
【發(fā)明人】張瑜, 張升偉, 何杰穎
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心