一种微波接收机噪声测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种微波接收机的噪声测量装置，包括：定标源、馈源、数据采集单元、上位机实时显示单元；其中，所述馈源用于接收来自大气和定标源的微波辐射信号，然后将微波辐射信号输入到待测的微波接收机中；待测的微波接收机对微波辐射信号依次进行下变频、放大、滤波、检波、积分及低频放大处理，并输出电压信号；所述数据采集单元采集和存储接收机输出的电压信号，并传送至所述上位机实时显示单元；所述上位机实时显示单元根据观测的定标源对电压信号进行处理，得到接收机噪声温度和噪声系数，并对电压信号、接收机噪声温度和噪声系数做实时显示。
【专利说明】
一种微波接收机噪声测量装置及测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及噪声测量领域，特别涉及一种微波接收机噪声测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]在接收机工作过程中，由于接收机噪声的加入限制了信号的信噪比和灵敏度，尤其是微波接收机所接收到的信号较为微弱，因此其噪声特性尤为重要，对系统灵敏度具有直接影响。
[0003]接收机噪声温度和噪声系数作为衡量接收机的关键指标，目前一种测量方式是采用已知噪声源和噪声系数分析仪进行测量。使用噪声源产生的噪声驱动待测接收机，通过噪声系数分析仪测量待测接收机的输出；由于噪声系数分析仪已知噪声源的输入噪声和信噪比，待测接收机的噪声系数可在内部计算并直接在屏幕上显示。虽然噪声系数分析仪是测量噪声系数的最直接方法，但这种方法的缺点在于:1)噪声系数分析仪所测接收机频率受已知噪声源频率限制，通用的噪声源采用低结电容的二极管，频率一般低于50GHz，高频噪声源需要国外进口且价格昂贵，因此该方法不能够满足测量高频率接收机噪声系数的要求；2)通过噪声系数分析仪进行噪声测量的误差随着接收机噪声系数的增大而迅速增大，因此该方法仅适用于较低噪声系数的接收机。
[0004]另一种噪声系数的测量方法是通过测量接收机增益和输出功率谱密度而计算得至IJ。器件可利用的噪声功率为:
[0005]PNA = KTA F，其中K为波尔兹曼常量(1.38*1023焦耳/K)，T为温度(单位为开尔文K)，AF为噪声带宽(单位为赫兹Hz);
[0006]当室温为290K时，噪声功率谱密度为:PNAD = -174dBm/Hz ；
[0007]因此噪声系数有如下公式:
[0008]NF = PNOUT- (-174dBm/Hz+201og10 (Bff) +Gain)
[0009]其中，PNOUT是已测的总输出噪声功率，-174dBm/Hz时290K时环境噪声的功率谱密度，Bff为接收机的频率带宽，Gain为接收机增益，NF为接收机的噪声系数。
[0010]为简化公式，可直接测量输出噪声功率谱密度(dBm/Hz)，该公式变为:
[0011]NF = PN0UTD+174dBm/Hz-Gain
[0012]该方法需要预先确定接收机增益和输出功率谱密度，可通过频谱分析仪测得，这种方法的缺点在于:所测噪声功率谱密度受到频谱分析仪噪声基底的限制，当噪声系数较低(一般小于1dB)时，(PNOUTD-Gain)接近于_170dBm/Hz，当接收机增益为20dB时，需要测量-150dBm/Hz的噪声功率谱密度，这个值低于大部分频谱分析仪的噪声基底。因此该方法适用于系统增益较高或噪声系数非常高(例如高于30dB)的情况。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于现有技术中的用于微波接收机的噪声测量装置与方法适应范围较窄的缺陷，从而提供一种适用范围广，测试过程简单、直观的测量装置与方法。
[0014]为了实现上述目的，本发明提供了一种微波接收机的噪声测量装置，包括:定标源、馈源、数据采集单元、上位机实时显示单元；其中，
[0015]所述馈源用于接收来自大气和定标源的微波辐射信号，然后将微波辐射信号输入到待测的微波接收机中；待测的微波接收机对微波辐射信号依次进行下变频、放大、滤波、检波、积分及低频放大处理，并输出电压信号；所述数据采集单元采集和存储接收机输出的电压信号，并传送至所述上位机实时显示单元；所述上位机实时显示单元根据观测的定标源对电压信号进行处理，得到接收机噪声温度和噪声系数，并对电压信号、接收机噪声温度和噪声系数做实时显示。
[0016]上述技术方案中，所述定标源包括冷源和热源；所述冷源为经液氮冷却的微波吸收黑体，作为低温参考源；所述热源为常温定标黑体，提供相当于环境温度的标准亮温，作为高温参考源。
[0017]上述技术方案中，所述数据采集单元的采集速率为O?200KHZ，其采集速率能够调节。
[0018]本发明还提供了采用所述微波接收机的噪声测量装置所实现的测量方法，包括:
[0019]步骤I)、待测的微波接收机上电，确认系统工作正常；
[0020]步骤2)、通过上位机实时显示单元显示微波接收机的输出电压，当微波接收机输出稳定后，将馈源对准冷源，记录微波接收机观测冷源时的输出电压并求均值；
[0021]步骤3)、将馈源对准热源，记录微波接收机输出电压并求均值；
[0022]步骤4)、微波接收机输出电压和接收机噪声温度之间存在如下关系:
[0023]Vl= G (T rec+TL)
[0024]VH=G(Trec+TH)⑴
[0025]其中，\为接收机观测冷源时的输出电压均值；T L为液氮冷源温度80Κ ;V H为接收机观测热源时的输出电压均值；TH为常温定标黑体的温度，为测试环境下的环境温度七为接收机增益。为接收机噪声温度；其中，接收机噪声温度T 。和接收机增益G为未知量；
[0026]由所述方程(I)计算得到接收机噪声温度Tra。和接收机增益G，并由上位机实时显示单元进行实时显示；
[0027]步骤5)、微波接收机噪声温度和噪声系数之间存在如下关系:
[0028]Trec= (F-l)T。NF = 10.1g10F(2)
[0029]其中，NF为接收机的噪声系数；F为接收机噪声因数；T。为环境温度；
[0030]由所述方程(2)计算得到接收机噪声系数F，并由上位机实时显示单元进行实时显不O
[0031]本发明的优点在于:
[0032]1、本发明的噪声测量装置不需要噪声系数分析仪或频谱仪的配合，噪声测量误差不累积，不会随着接收机噪声系数的增大而增大；
[0033]2、本发明的噪声测量装置测试过程简单、结果显示直观且携带方便，尤其适用于野外试验等。
【附图说明】
[0034]图1是本发明的微波接收机的噪声测量装置的结构示意图；
[0035]图2是待测的微波接收机的结构示意图；
[0036]图3是本发明的微波接收机的噪声测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0037]现结合附图对本发明作进一步的描述。
[0038]图1为本发明的一种微波接收机的噪声测量装置的结构示意图。如图所示，本发明的噪声测量装置包括定标源、馈源、数据采集单元、上位机实时显示单元；其中，所述馈源用于接收来自大气和定标源的微波辐射信号，然后将微波辐射信号输入到待测的微波接收机中；待测的微波接收机对微波辐射信号依次进行下变频、放大、滤波、检波、积分及低频放大处理，并输出电压信号；所述数据采集单元采集和存储接收机输出的电压信号，并传送至所述上位机实时显示单元；所述上位机实时显示单元根据观测的定标源对电压信号进行处理，得到接收机噪声温度和噪声系数，并对电压信号、接收机噪声温度和噪声系数做实时显不O
[0039]下面对本发明的噪声测量装置中的部件做进一步说明。
[0040]所述定标源包括冷源和热源；所述冷源为经液氮冷却的微波吸收黑体，作为低温参考源；所述热源为常温定标黑体，提供相当于环境温度的标准亮温，作为高温参考源。
[0041]所述数据采集单元的采集速率为O?200KHZ，其采集速率可调。
[0042]图2为待测的微波接收机的结构示意图，如图所示，待测的微波接收机包括:本振、低噪放大器、混频器、中频放大器、滤波器、检波器、积分器和低频放大器；馈源接收到的信号，经射频放大以后由本振和混频器完成射频至中频的频率下变换，然后由中频放大器放大，最后由检波器完成中频至低频的转换，在经过积分器对低频信号进行平滑处理，最后经过低频放大输出至数据采集单元进行数据处理。另外，基于上述接收机的结构，所述接收机单元工作频率不受限制，经下变频、放大、滤波、检波、积分及低频放大处理后，输出电压信号范围是-1OV?10V。
[0043]采用本发明的噪声测量装置能够实现对微波接收机的噪声测量，如图3所示，本发明的噪声测量方法包括如下步骤:
[0044]I)微波接收机上电，确认系统工作正常；
[0045]2)通过上位机实时显示单元显示微波接收机输出电压，当微波接收机输出稳定后，将馈源对准冷源，记录微波接收机观测冷源时的输出电压并求均值；
[0046]3)将馈源对准热源，同时记录微波接收机输出电压，并求均值；
[0047]4)由于微波接收机可视为线性系统，接收机输出电压和接收机噪声温度之间存在如下关系:
[0048]Vl=G(T_+Tl)
[0049]Vh= G (T rec+TH)⑴
[0050]其中，\为接收机观测冷源时的输出电压均值；T 液氮冷源温度80K ;V H为接收机观测热源时的输出电压均值；TH为常温定标黑体的温度，为测试环境下的环境温度七为接收机增益。为接收机噪声温度；其中，接收机噪声温度T 。和接收机增益G为未知量。
[0051]通过所述方程(I)，可得接收机噪声温度Ire。和接收机增益G，并由上位机实时显示单元进行实时显示；
[0052]5)由于接收机噪声温度和噪声系数之间存在如下关系:
[0053]Trec= (F-1)T0 NF = 10.1g10F(2)
[0054]其中，NF为接收机的噪声系数；F为接收机噪声因数；T。为环境温度；
[0055]通过所述方程(2)，可得接收机噪声系数F，并由上位机实时显示单元进行实时显不O
[0056]综上所述，本发明的一种微波接收机的噪声测量装置和测量方法测试过程不需要频谱分析仪、噪声系数分析仪以及噪声源的配合，即可实现对接收机噪声温度和噪声系数的测量，节约成本且测试过程简单、操作方便；另外，对接收机工作频率和噪声系数没有限制条件，应用广泛，实用性强。
[0057]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种微波接收机的噪声测量装置，其特征在于，包括:定标源、馈源、数据采集单元、上位机实时显示单元；其中， 所述馈源用于接收来自大气和定标源的微波辐射信号，然后将微波辐射信号输入到待测的微波接收机中；待测的微波接收机对微波辐射信号依次进行下变频、放大、滤波、检波、积分及低频放大处理，并输出电压信号；所述数据采集单元采集和存储接收机输出的电压信号，并传送至所述上位机实时显示单元；所述上位机实时显示单元根据观测的定标源对电压信号进行处理，得到接收机噪声温度和噪声系数，并对电压信号、接收机噪声温度和噪声系数做实时显示。2.根据权利要求1所述的微波接收机的噪声测量装置，其特征在于，所述定标源包括冷源和热源；所述冷源为经液氮冷却的微波吸收黑体，作为低温参考源；所述热源为常温定标黑体，提供相当于环境温度的标准亮温，作为高温参考源。3.根据权利要求1所述的微波接收机的噪声测量装置，其特征在于，所述数据采集单元的采集速率为O?200KHz，其采集速率能够调节。4.采用权利要求1-3之一的微波接收机的噪声测量装置所实现的测量方法，包括: 步骤I)、待测的微波接收机上电，确认系统工作正常； 步骤2)、通过上位机实时显示单元显示微波接收机的输出电压，当微波接收机输出稳定后，将馈源对准冷源，记录微波接收机观测冷源时的输出电压并求均值； 步骤3)、将馈源对准热源，记录微波接收机输出电压并求均值； 步骤4)、微波接收机输出电压和接收机噪声温度之间存在如下关系:Vl=G(T rec+TL) Vh= G (T rec+TH)(I) 其中，\为接收机观测冷源时的输出电压均值；T 液氮冷源温度80K ;V H为接收机观测热源时的输出电压均值；TH为常温定标黑体的温度，为测试环境下的环境温度；G为接收机增益；Tra。为接收机噪声温度；其中，接收机噪声温度T 。和接收机增益G为未知量； 由所述方程(I)计算得到接收机噪声温度!。和接收机增益G，并由上位机实时显示单元进行实时显示； 步骤5)、微波接收机噪声温度和噪声系数之间存在如下关系: Trec=(F-1)T0NF=1^log10F(2) 其中，NF为接收机的噪声系数；F为接收机噪声因数；T。为环境温度； 由所述方程(2)计算得到接收机噪声系数F，并由上位机实时显示单元进行实时显示。
【文档编号】G01R29/26GK105842552SQ201510020692
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月15日
【发明人】张瑜, 张升伟, 何杰颖
【申请人】中国科学院空间科学与应用研究中心