专利名称：K及Ka频段噪声源自动校准装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电子领域校准噪声源超噪比参数的校准装置，更具体地说， 本发明涉及一种主要应用于校准电子领域，测量所使用的噪声源的超噪比参数的校准装置。可以认为，本发明除用于固态噪声源的超噪比参数校准外，还可以用于其他类型噪声源超噪比或输出噪声温度的校准。
背景技术：
在射频、微波及毫米波研制领域，射频前端的噪声系数参数决定了整个电子产品或系统的灵敏度等关键性能，对噪声系数的准确测量尤为关键。目前噪声系数的测量主要使用固态噪声源或其它类型噪声源。现有技术在测量中，通常要用噪声源的超噪比参数，在进行测量前，需要对超噪比参数进行计量校准，得到噪声源的超噪比参数的准确值。目前， 对于噪声源超噪比参数的校准，国内外基本均采用比较测量的方法。该方法使用已知输出噪声温度的标准噪声源与被校噪声源进行比较测量，而得到被校噪声源的超噪比或输出噪声温度值。对于标准噪声源的选择，大多都使用的是固态噪声源。由于固态噪声源自身的超噪比参数准确度、平坦度和驻波比都比较差，因此，现有技术组成的频率覆盖40GHz内的校准装置，测量不确定度高；另外个别专业测量机构也会采用精度较高的冷/热负载作为标准噪声源，但其在系统组建上，由于使用了系统非常复杂的六端口、微波辐射计等技术， 导致了测量速度慢，测试效率低。由于单个系统覆盖频率较窄，频率在18GHz 40GHz的噪声源超噪比或输出噪声温度参数不易校准，而且噪声源校准装置实现难度大，而不具备推广使用的意义。目前，国内外发表的文献，基本上是以固态噪声源为标准的噪声校准装置，偶有国外文献报到了采用冷/热负载作为标准的噪声校准装置，但相关文献和资料还没有基于热噪声基准的冷/热标准噪声源。尤其是对全通道自动切换波导开关、低噪声放大器、隔离器、商用噪声系数仪及液氮和氦气充填装置进行集成，并结合系统控制器和自动测试软件组成自动校准装置的记载。
发明内容
本发明的任务是针对上述现有技术存在的不足之处，提出一种覆盖频带宽、测量准确度高，校准重复性和可靠性好，易推广应用的噪声源自动校准装置。以解决目前频率在 18GHz 40GHz的噪声源超噪比或输出噪声温度参数校准难的问题。本发明的上述目的可以通过以下措施来达到一种K及Ka频段噪声源自动校准装置，包括，由冷负载和热负载构成的标准噪声源、噪声接收比较测量装置和带有自动测试程序软件的程控计算机，其特征在于，在所述冷负载、热负载和被校噪声源之间，设有全通道自动切换波导开关，其中，集成有液氮和氦气充填装置的冷负载，通过全通道自动切换波导开关相连所述热负载，组成输出标准噪声温度的标准噪声输出组件，该全通道自动切换波导开关的公共输出端口上，设有宽带隔离器和宽带低噪声放大器。
本发明相比于现有技术具有如下技术效果本发明采用基于热噪声基准的冷/热负载作为标准噪声源，同时通过全通道自动切换波导开关、液氮和氦气充填装置集成组成标准噪声输出组件，实现标准噪声温度的输出，取代常见的固态噪声源为标准噪声源，不仅提高了校准装置的测量准确度，而且为全过程自动测量提供了硬件基础。采用低噪声放大器、隔离器、商用噪声系数仪组成噪声接收和比较测量装置，取代微波辐射计，克服了现有技术专业校准测量机构系统组成复杂、不易推广应用的缺点。并具有1)校准装置重复性、稳定性高，测量不确定度低。本发明使用冷/热负载作为标准噪声源，其噪声输出性能可以溯源到基本物理量一温度，其计量特性稳定、准确度高，可作为最高计量标准使用。同时使用全通道自动切换波导开关分别与冷负载和热负载以及被校噪声源连接，在测量过程中通过自动测试程序控制波导开关自动切换，达到快速测量，可以基本消除在噪声测量时由于温度变化及接收机本机噪声带入的随机变化，从而提高系统的测量重复性和稳定性，降低了系统的测量不确定度。2)系统集成度高，单套装置测量频带宽。本发明使用宽带低噪声放大器、宽带隔离器以及商用噪声系数仪组成噪声接收比较测量装置取代常见的微波辐射计，从而使单套校准装置测量频段可以覆盖整个K频段或Ka频段。3)校准装置组成简单，易实现，易推广。整套校准装置的关键部件，均为常见的商用器件或仪器，且系统集成度高，结构合理，易于安装实现。4)自动化程度高，校准过程快捷，操作方便。装置中配置了可程控的控制器，对冷 /热负载的输出噪声温度进行精密控制。用控制器对冷负载所需用的液氮进行自动加注，对程控开关进行自动切换控制，所有测试过程均由自动测试程序在计算机上自动运行，测试数据和报告也由程序自动处理和生成，从而达到全自动测试，测试效率高。本发明覆盖频带宽，特别适用于频率范围为K(18GHz ^. 5GHz)和1(乂26. 5GHz 40GHz)频段噪声源的校准。
图1是本发明K及Ka频段噪声源校准装置的透视示意图。图2是图1中标准噪声输出组件组成示意图。图中1标准噪声输出组件，2噪声系数仪，3程控控制器，4程控直流电源，5程控计算机，6程控控制线缆，7冷负载，8热负载，9全通道自动切换波导开关，10宽带隔离器，11 宽带低噪声放大器，12噪声系数仪，13被校噪声源输入端，14液氮注入口，15氦气注入口， 16控制端口，17金属安装板，18液氮和氦气充填装置。
具体实施例方式参阅图1、图2。参阅图1。在图1描述的K及Ka频段噪声源自动校准装置的实施例中，该校准装置包括，与程控控制器3电连接的标准噪声输出组件1、噪声系数仪2、程控直流电源4和带有自动测试程序的程控计算机5。程控计算机5通过程控控制线缆6分别相连程控控制器3、噪声系数仪2以及程控直流电源4，并结合程控计算机5内置的自动测试软件组成K及Ka频段噪声源自动校准装置。所有测试过程均由自动测试程序在计算机上自动运行。冷负载7与热负载8之间设有全通道自动切换波导开关9，全通道自动切换波导开关9分别与冷负载7和热负载8，被校噪声源连接。宽带隔离器10和宽带低噪声放大器11 设置在全通道自动切换波导开关9的公共输出端口上。其中，集成有液氮和氦气充填装置 18的冷负载7，通过全通道自动切换波导开关9相连所述热负载8，组成输出标准噪声温度的标准噪声输出组件1。程控控制器3，对冷负载7和热负载8的输出噪声温度进行精密控制。在测量过程中，可以通过自动测试程序控制波导开关9自动切换冷负载7、热负载8和被校噪声源的噪声功率输出。在图2所示的标准噪声输出组件1组成结构中，为保证装置的稳定性。所有上述部件固定在安装金属板17上。冷负载7和热负载8通过波导直接连接于全通道自动切换波导开关9的两个端口。集成在冷负载7上的液氮和氦气充填装置18，其液氮和氦气通过液氮注入口 14和氦气注入口 15，经控制器3相连的控制端口 16，对冷负载7所需用的液氮进行自动加注，并对全通道自动切换波导开关9进行自动切换控制。为尽量减小损耗，同时提高装置的阻抗匹配，宽带隔离器10和宽带低噪声放大器 11直接安装在上述全通道自动切换波导开关9的公共输出端口，输出到噪声系数仪12。冷负载7和热负载8的标准输出噪声温度，等效标校到全通道自动切换波导开关 9的公共输出端面，其标校方法可采用“Unknow Thru”法测量传输线的小插入损耗值，并进一步计算，将冷负载7和热负载8的标准输出噪声温度，等效标校到全通道自动切换波导开关9的公共输出端面。采用宽带隔离器10、宽带低噪声放大器11、噪声系数仪2相连组成噪声接收和比较测量装置，该装置用于接收测量来自于全通道自动切换波导开关9的公共输出端口 13输出的噪声功率值，该测量值由程控计算机5采集记录。进行校准工作时，由程控计算机5发出指令将全通道自动切换波导开关9置于热负载8输入状态，信号经宽带隔离器10和由程控直流电源4供电的宽带低噪声放大器11 后，送入噪声系数仪2。该噪声系数仪2测量得到此时的噪声功率值，程控计算机5采集该测量值并记录；按上述方法将全通道自动切换波导开关9再分别置于冷负载7状态和被校噪声源输入端13状态，再得到两个状态的噪声功率值，将获得的三个不同状态的噪声功率值，以及已知的冷负载和热负载的等效标准输出噪声温度值进行计算，可得到被校噪声源的超噪比值或输出噪声温度值，完成一次校准过程。被校噪声源若不能直接安装于全通道自动切换波导开关9的被校噪声源输入端面13，则需要在上述的被校噪声源输入端面13和被校噪声源之间加入损耗尽量低的适配器，该适配器在工作前也应采用“Unknow Thru”法测量其小插入损耗值，并将该值输入到自动测试程序的参数配置中，用以扣除该适配器的影响。
权利要求
1.一种K及Ka频段噪声源自动校准装置，包括，由冷负载(7)和热负载⑶构成的标准噪声源、噪声接收比较测量装置和带有自动测试程序软件的程控计算机(5)，其特征在于，在所述冷负载(7)、热负载(8)和被校噪声源之间，设有全通道自动切换波导开关(9)， 其中，集成有液氮和氦气充填装置的冷负载(7)，通过全通道自动切换波导开关(9)相连所述热负载(8)，组成输出标准噪声温度的标准噪声输出组件(1)，该全通道自动切换波导开关(9)的公共输出端口上，设有宽带隔离器(10)和宽带低噪声放大器(11)。
2.如权利要求1所述的K及Ka频段噪声源自动校准装置，其特征在于，程控计算机(5) 通过程控控制线缆(6)分别相连程控控制器(3)、噪声系数仪O)以及程控直流电源G)， 并结合程控计算机(5)内置的自动测试软件组成K及Ka频段噪声源自动校准装置。
3.如权利要求1所述的K及Ka频段噪声源自动校准装置，其特征在于，集成在冷负载(7)上的液氮和氦气充填装置(18)，其液氮和氦气通过液氮注入口(14)和氦气注入口 (15)，经程控控制器C3)相连的控制端口(16)，对冷负载(7)所需用的液氮进行自动加注， 对全通道自动切换波导开关(9)进行自动切换控制。
4.如权利要求1所述的K及Ka频段噪声源自动校准装置，其特征在于，进行校准工作时，由程控计算机(5)发出指令将全通道自动切换波导开关(9)分别置于热负载(8)输入状态、冷负载(7)输入状态和被校噪声源输入状态，信号经宽带隔离器(10)和由程控直流电源(4)供电的宽带低噪声放大器(11)后，送入噪声系数仪O)。
5.如权利要求4所述的K及Ka频段噪声源自动校准装置，其特征在于，宽带隔离器 (10)和宽带低噪声放大器(11)，直接安装在全通道自动切换波导开关(9)的公共输出端口，相连噪声系数仪(12)。
6.如权利要求1所述的K及Ka频段噪声源自动校准装置，其特征在于，被校噪声源若不能直接安装于全通道自动切换波导开关(9)的被校噪声源输入端面(13)，则加入适配器，对该适配器影响进行扣除。
全文摘要
本发明提出的一种K及Ka频段噪声源自动校准装置，旨在提供一种覆盖频带宽、测量准确度高，校准重复性和可靠性好的噪声源自动校准装置。本发明通过下述技术方案予以实现它包括，由冷负载(7)和热负载(8)构成的标准噪声源、带有自动测试程序软件的程控计算机(5)，在所述冷负载与热负载之间设有全通道自动切换波导开关(9)，集成有液氮和氦气充填装置的冷负载，通过全通道自动切换波导开关相连所述热负载，组成输出标准噪声温度的标准噪声输出组件(1)。本发明解决了现有技术校准测量机构系统组成复杂，测量速度慢，测试效率低，覆盖频率较窄，测量精度不高、可靠性差，频率在18GHz～40GHz的噪声源超噪比或输出噪声温度参数不易校准的问题。
文档编号G01R29/26GK102221648SQ20111005211
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者明治中, 潘柳, 胡勇, 袁桦, 黄凯冬, 黄坤超, 黄安君 申请人:中国电子科技集团公司第十研究所