一种快速可变温微波噪声源的制作方法

本申请涉及微波辐射计测量技术领域，尤其涉及一种用于测量微波辐射计技术指标的快速可变温微波噪声源。

背景技术：

微波辐射计是一种被动接收的高灵敏度、高分辨力的微波接收机，目前常用的微波辐射计性能测量方法有两种。

一种是采用变温辐射定标源产生可变的微波噪声温度。其特点是采用空间耦合的方式，变温辐射定标源通过改变其自身辐射体的物理温度来改变输出微波噪声温度。其优点是温度范围宽，可达85k～340k左右，且温度步进小，可小于1k。其缺点是变温慢，成本高。具体来说，由于变温辐射定标源辐射体自身热容较大，导致变温速度慢，通常变温时间为30分钟左右。同时这种测试所用的变温辐射定标源价格一般在100万人民币以上，且通常在真空模拟装置中进行测试，每天实验费用不低于3万元人民币，成本很高。

另一种是采用低温噪声源与可变衰减器进行串联组成可变的微波噪声温度。其优点是变温迅速，一般手动衰减器10秒钟左右可以变一个温度点，程控衰减器1秒钟以内可以变一个温度点。但其缺点是温度步进大，也就是说受到可变衰减器初始衰减和步进的影响，其最小步进太大，导致输出噪声温度的步进也太大。

因此，对于微波辐射计性能测量，需解决的问题是寻找一种成本低，变温迅速，且温度步进小的方式。

技术实现要素：

为降低成本，提高变温速度，使温度步进减小，本申请提出一种用于测量微波辐射计技术指标的快速可变温微波噪声源。

本申请实施例提供一种测量微波辐射计的可变温微波噪声源，包括低温噪声源、传输线模块，还包括测控模块，所述传输线模块还包括传输线、衰减单元、射频开关；

所述低温噪声源输出至少一路低温噪声信号通过所述衰减单元后经所述传输线输出过程噪声信号至所述射频开关；

所述射频开关用于选择接通一路所述过程噪声信号，输出最终噪声信号至所述微波辐射计；

所述测控模块包括温度传感器和控制单元，所述温度传感器与所述低温噪声源输出端、所述传输线模块、所述射频开关输出端连接，用于测试实时温度，所述控制单元用于通过pid算法控制所述低温噪声源输出端的物理温度；

所述最终噪声信号温度to与所述低温噪声信号温度tc、所述衰减单元的资用功率传输系数α、所述传输线模块的温度tl线性相关。

优选地，所述to＝tc乘以α+(1-α)乘以tl，所述衰减系数α为小于1的数字。

优选地，所述低温噪声源输出一路低温噪声信号直接通过所述传输线输出至所述射频开关。

优选地，所述衰减单元包括至少一路固定衰减器。

优选地，所述衰减单元包括至少一路程控可变衰减器。

优选地，所述衰减单元包括至少一路固定衰减器和至少一路程控可变衰减器。

优选地，还包括高温噪声源，所述控制单元与所述高温噪声源输出端连接，用于通过pid算法控制所述高温噪声源的物理温度。

优选地，还包括常温噪声源，所述控制单元与所述常温噪声源输出端连接，用于通过pid算法控制所述常温噪声源的物理温度。

优选地，所述控制单元是电加热器，所述pid算法通过控制电加热器的加热功率控制所述噪声源的物理温度。

优选地，所述控制单元是水循环装置，所述pid算法通过控制水循环装置中水的循环速度控制所述噪声源的物理温度。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：现有技术中，变温辐射定标源产生可变微波噪声温度的方式，由于变温辐射定标源辐射体自身热容较大，导致变温速度慢，且这种测试所用的变温辐射定标源成本很高；而采用低温噪声源与可变衰减器串联组成的可变微波噪声温度温度步进大，导致输出噪声温度的步进也太大。本申请相对现有技术的优势是：采用低温噪声源与多路固定衰减器连接，可通过控制衰减系数实现噪声源输出温度的变化，且采用射频开关实现多路噪声信号的迅速切换，变温迅速，同时温度步进也小，有效降低经济成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为常见采用变温辐射定标源产生可变的微波噪声温度实施例示意图；

图2为常见采用变温辐射定标源产生可变的微波噪声温度另一实施例示意图；

图3为常见采用低温噪声源与可变衰减器进行串联组成可变的微波噪声温度实施例示意图；

图4为本申请可变温微波噪声源实施例示意图；

图5为本申请可变温微波噪声源另一实施例示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为常见采用变温辐射定标源产生可变的微波噪声温度实施例示意图。

现有采用变温辐射定标源产生可变的微波噪声温度的方法，实质采用的是空间耦合方式，变温辐射定标源通过改变其自身辐射体的物理温度来改变输出噪声温度，微波辐射计通过天线测量其输出噪声温度来完成校准测试。

图2为常见采用变温辐射定标源产生可变的微波噪声温度另一实施例示意图。

与图1中的实施例相比，还有一种用变温辐射定标源产生可变的微波噪声温度方法，该方法增加了热辐射定标源(输出噪声温度在320k左右)和冷辐射定标源(输出噪声温度在85k左右)，通过转台旋转微波辐射计周期性的对准热辐射定标源、冷辐射定标源和变温辐射定标源来进行定标。其中热辐射定标源和冷辐射定标源提供两个固定参考点，微波辐射计可以通过这两个固定参考点采用两点定标法来实时的修正自身的响应曲线。

上述两个现有技术的优点是温度范围宽，可达85k～340k左右，且温度步进小，可小于1k。缺点是变温慢，成本高。具体来说，由于变温辐射定标源辐射体自身热容较大，导致变温速度慢，通常变温时间为30分钟左右，速度太慢。

图3为常见采用低温噪声源与可变衰减器进行串联组成可变的微波噪声温度的传输过程示意图。

现有采用低温噪声源与可变衰减器进行串联组成可变的微波噪声温度的方式采用路馈的方式，即低温噪声源产生一个低温噪声信号(低频时可在77.4k～80k之间，随着频率的升高，输出的噪声温度逐渐提高)，然后通过调节可调衰减器的衰减量来改变输出噪声温度，微波辐射计通过传输线连接到可调衰减器的输出端，通过测量这个可变的噪声温度来完成校准测试。

这种现有技术的优点是变温迅速，一般手动衰减器10秒钟左右可以变一个温度点，程控衰减器1秒钟以内可以变一个温度点。但其缺点是温度步进大，也就是说受到可变衰减器初始衰减和步进的影响，其最小步进太大，导致输出噪声温度的步进也太大。

图4为本申请可变温微波噪声源实施例示意图。本实施例提供一种测量微波辐射计的可变温微波噪声源，包括低温噪声源10、传输线模块20，还包括测控模块30，所述传输线模块还包括传输线21、衰减单元22、射频开关23。

所述低温噪声源10输出至少一路低温噪声信号通过所述衰减单元22后经所述传输线21输出过程噪声信号至所述射频开关23。

所述低温噪声源10有多个输出端口，输出一路、两路、三路或多路低温噪声信号，一路低温噪声信号101通过经所述传输线21直接输出至所述射频开关23的输入端口，其他每路低温噪声信号102～10n通过对应的所述衰减单元22后经所述传输线21输出噪声信号至所述射频开关23。

需要说明的是，所述低温噪声源10有多个输出端口，与所述传输线模块20共同作用，克服了只采用单个输出端口带来的最低输出噪声温度高、低温区噪声温度步进大的缺点。

优选地，所述衰减单元22包括至少一路固定衰减器，或至少一路程控可变衰减器，或至少一路固定衰减器和至少一路程控可变衰减器。

例如，所述低温噪声源10有两个输出端口，输出两路低温噪声信号，一路低温噪声信号100通过经所述传输线21直接输出至所述射频开关23的输入端口，另一路低温噪声信号101通过程控可变衰减器221后经所述传输线21输出噪声信号至所述射频开关23的输入端口。

再例如，所述低温噪声源10有三个输出端口，输出三路低温噪声信号，一路低温噪声信号101通过经所述传输线21直接输出至所述射频开关23的输入端口，一路低温噪声信号102通过固定衰减器221后经所述传输线21输出噪声信号至所述射频开关23的输入端口，一路低温噪声信号103通过程控可变衰减器222后经所述传输线21输出噪声信号至所述射频开关33的输入端口。

再例如，所述低温噪声源10有四个输出端口，输出四路低温噪声信号，一路低温噪声信号100通过经所述传输线21直接输出至所述射频开关23的输入端口，其他三路低温噪声信号101、102、103分别通过3个独立的固定衰减器221、222、223后经所述传输线21输出噪声信号至所述射频开关23的输入端口。

所述射频开关23用于选择接通一路所述过程噪声信号，输出最终噪声信号至所述微波辐射计23；

所述射频开关23有多个输入端口，每个输入端口可选择接通每路经过衰减的所述低温噪声信号，每个输入端口与所述低温噪声源的输出端口一一对应。多个输入端口的切换采用程控方式。

需要说明的是，程控方式有效提高了输出噪声温度切换的速度，提高了效率和重复性特性，降低了由于测量时间长导致被测辐射计漂移带来的额外的测量误差。

例如，当所述低温噪声源10有两个输出端口时，所述射频开关23有两个输入端口。其中一路低温噪声信号100通过经所述传输线21直接输出至所述射频开关23的一个输入端口，另一路低温噪声信号101通过程控可变衰减器221后经所述传输线21输出噪声信号至所述射频开关23的另一个输入端口。

再例如，当所述低温噪声源10有三个输出端口时，所述射频开关23对应有三个输入端口。

需要说明的是，具体选定几个输出端口，即采用几路固定衰减器传输路径，由测试需求决定。在操作中，相应增加所述低温噪声源的输出端口数量，以及对应增加所述传输线组合中射频开关的路数，通过合理设计每个传输路径固定衰减器的衰减量值，可以输出高于最低噪声温度，不高于室温的任意噪声温度。

所述测控模块30包括温度传感器31和控制单元32，所述温度传感器31与所述低温噪声源10输出端、所述传输线模块20、所述射频开关23输出端连接，用于测试实时温度，所述控制单元32用于通过pid算法控制所述低温噪声源10输出端的物理温度；

所述低温噪声源常用液氮制冷，温度最低可接近于液氮温度(77.4k左右)，在传输中需对所述低温噪声源产生的所述低温噪声信号进行温度调节，将所述低温噪声信号温度调节至室温。

优选地，所述控制单元32是电加热器，所述pid算法通过控制电加热器的加热功率控制所述噪声源的物理温度。

优选地，所述控制单元32是水循环装置，所述pid算法通过控制水循环装置中水的循环速度控制所述噪声源的物理温度。

所述最终噪声温度to与所述低温噪声温度tc、所述衰减单元的资用功率传输系数α、所述传输线模块的温度tl线性相关；

所述测控模块根据所述温度传感器测试的所述低温噪声源10输出端、所述传输线模块22、所述射频开关23输出端的物理温度，计算快速等效输出噪声温度，提高了等效输出噪声温度的精度。

优选地，所述to＝tc乘以α+(1-α)乘以tl，所述衰减系数α为小于1的数字。

所述低温噪声源10的输出噪声温度为tc(因为低温噪声源多个输出端口的组成相同，所以可以认为每个输出端口的输出噪声温度相同)，所述传输线模块20的物理温度为tl(一般tl＝ta)。所述射频开关33的输出端口(com端)输出噪声温度为to。to和tl可由所述温度传感器30测得，tc是由所述低温噪声源10本身物理特性计算所得。资用功率传输系数为α(线性值，或者衰减为a，单位为db，两者可以互相换算a＝-10lgα)。上述参数的线性关系为：

(1)当射频开关23接通101路低温噪声信号时：

to＝tcα1+(1-α1)tl(1)

(2)当射频开关33接通102路低温噪声信号时：

to＝tcα2+(1-α2)tl(2)

需要说明的是，α1为所述传输线本身物理特性带来的衰减系数，不可人为调整。而α2可通过调节所述衰减单元22，即固定衰减器220或程控可变衰减器221的衰减系数实现变化，从而得到预计的to。其他各路低温噪声信号的线性关系以此类推。

由资用功率传输系数α和衰减a的关系式a＝-10lgα可知，衰减a越大，α越小，再由公式(1)和(2)可知，在tc和tl固定的情况下(一般tc在80k左右，tl在298k左右)，衰减a越大，等效输出噪声温度to越高。

图5为本申请可变温微波噪声源另一实施例示意图。本申请还提供一种测量微波辐射计的可变温微波噪声源，还包括高温噪声源11和常温噪声源12。

所述控制单元31与所述高温噪声源11输出端连接，用于通过pid算法控制所述高温噪声源11的物理温度。

所述控制单元31与所述常温噪声源12输出端连接，用于通过pid算法控制所述常温噪声源12的物理温度。

所述高温噪声源11产生高温噪声信号，所述高温噪声信号直接通过所述传输线21输出至所述射频开关23，所述测控模块30与所述高温噪声源11输出端连接，所述温度传感器31用于测试所述高温噪声源11物理温度，所述控制单元31用于通过pid算法控制所述高温噪声源11物理温度；所述常温噪声源12产生常温噪声信号，所述常温噪声信号直接通过所述传输线21输出至所述射频开关23，所述测控模块30与所述常温噪声源11输出端连接，所述温度传感器31用于测试所述常温噪声源11物理温度，所述控制单元31用于通过pid算法控制所述常温噪声源11物理温度。

优选地，所述高温噪声源产生的所述高温噪声信号温度范围为300k～340k。

所述射频开关23有多个输入端口，用于自动接通所述高温噪声信号和所述常温噪声信号，输出至所述微波辐射计。

输出噪声温度to与所述高温噪声源的输出噪声温度、所述常温噪声源的输出噪声温度的关系与图4的计算方式相同。

具体来说，所述常温噪声源的物理温度为ta，所述高温噪声源的物理为th，所述传输线模块20的物理温度为tl(一般tl＝ta)，所述射频开关23的所述输出端口(com端)输出噪声温度为to。ta、th、tl可由所述温度传感器31测得。资用功率传输系数为α(线性值，或者衰减为a，单位为db，两者可以互相换算a＝-10lgα)。上述参数的线性关系为：

(3)当射频开关23接通所述常温噪声信号时：

to＝taα3+(1-α3)tl(3)

(4)当射频开关23接通所述高温噪声信号时：

to＝thα4+(1-α4)tl(4)

需要说明的是，α3、α4为所述传输线本身物理特性带来的衰减系数，不可人为调整。

需要说明的是，本申请引入常温噪声源，克服了低温噪声源串联可变衰减器产生常温噪声输出需要很大衰减量的缺点。引入高温噪声源，克服了低温噪声源串联可变衰减器无法产生高于室温的噪声温度信号的缺点。同时引入低温噪声源、常温噪声源和高温噪声源、被测的微波辐射计(尤其是全功率微波辐射计)可以以任意两个噪声源为参考点，去实时的校准被测微波辐射计的tv曲线，避免由于自身的漂移引入额外测量误差。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。