Y因子法噪声系数测试工程实现.docx
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Y因子法噪声系数测试工程实现
王兵张绘丁冬阳陶鑫
南京长江电子信息产业集团有限公司,江苏南京210038
摘要:
本文介绍了Y因子法测量噪声系数,分析了Y因子法测量噪声系数的原理和公式推导过程。
详细讲解Y因子法测量法的工程实现,从实际使用Y因子法测量的角度阐述了影响噪声系数因素,介绍了使用该方法测量噪声系数的一些注意事项。
中图分类号:
TD607 文献标识码:
A 文章编号:
1671-5586(2017)17-0115-01
1引言
噪声系数是接收机的一项重要指标参数。
接收机在接收的过程中,噪声的加入限制了接收机的信噪比和灵敏度,由于接收机所接收到的信号较为微弱,其噪声特性的测量显得尤为重要。
通常,二端口线性网络噪声系数(或等效噪声温度)从测量手段上可以归结为两类:
基于噪声系数分析仪的测量和基于频谱分析仪的测量,噪声仪测量方法从本质上讲是Y因子法。
而常规的频谱仪和噪声系数测试仪的成本比较昂贵,本文基于Y因子且不便于携带。
2 Y因子测量法原理
噪声系数的定义为网络输入端信噪比和网络输出端信噪比的比值:
由于微波网络本身会产生噪声,其输出端的信噪比总是会小于输入端的信噪比,所以噪声系数表征了微波网络使信噪比恶化的程度。
X因子是指言被测件的输入端处于两个不同的资用噪声功率时,在被测件的输出端得到的两个相应的资用噪声功率之比。
噪声源是Y因子法测量必不可少的设备,噪声源是能产生两种不同噪声功率的噪声发生器,一般需要用直流脉冲电源驱动电压,当直流驱动电压供电时相当于噪声源开,称为热态,此时输出大的噪声功率;直流驱动电源关闭时相含于噪声源关断,称为冷态,此时输出常温下的噪声功率。
噪声源的热温与冷温的差值称渺声源的超噪比(ExcessNoiseRatio,ENR)。
ENR可表示为:
式中是噪声源热态时的噪声温度。
噪声源在出厂时都经过了校准,厂商都会在特定的频点上给出了其对应的ENR值,标识之间的频率上的ENR值可以通过内插法得到。
将噪声源接到输入端,在其输出端测量在噪声源开、关两种状态下的输出噪声功率和,这两个功率之比就称为Y因子。
即,故又有将上式整理得:
所以:
取对数得到为便于计算将功率之比Y替换为电压之比M,从而得到噪声系数测试公式由上式可知,Y因子法只要知道噪声源的ENR,并测量出噪声源冷、热两个状态下的输出电压比值,就可以测出系统的噪声系数。
3 Y因子法测量工程实现
Y因子法测量噪声系数由3个设备组成:
一个噪声源、一个针对被测系统的放美检波电路和一个电压表。
Y因子测试框图如下
噪声源作为被测系统的输入信号,噪声源的选择根据被测系统动态的大小来选择,被测系统动态小的选择噪声源超噪比ENR值低,以保证被测系统的线性度,反之如果被测系统动态大,则选择超噪比ENR值较高的噪声源。
本文所测试系统为:
L波段射频信号输入通过变频、滤波、放大后输出中频信号为100MHz的中频信号,信号带宽为10MHz,系统动态30dB。
通过对被测系统指标分析后,选择超噪比ENR值为6dB左右的噪声源;这样既保证了放大检波电路检波能很好的检测到被测系统的资用噪声功率,又使整个被测系统工作于线性状态。
放大检波电路完成将被测系统信号进行放大检波,并输出检波后的直流电平。
放大检波电路的设计可针对被测系统的频率和增益进行调节,这样使得放大检波电路可适用于不同频率和不同增益的被测系统,本文所选被测系统输出中心频率为100MHz中频信号,放大检波电路选择的频率也是100MHz的中心频率、增益为30dB。
本文所测试系统中:
0.5V,:
0.99V;噪声源选取L波段超噪比为5.87dB,然后将、、带入公式就能得到被测系统的噪声系数1.22dBo为了验证所测得噪声系数的准确性通过使用安捷伦公司的N8975A噪声系数测试仪对被测系统进行测试,测得值为L35dB,与本文所测得相差不大。
本文所用噪声系数测试仪实物如下图所示。
4影响测试
在Y因子测试噪声系数工程实现中,出现两种情况导致所测的噪声系数失真。
一种现象是所测得被测系统噪声系数为负数,通过逐步分析发现主要原因为:
噪声源超噪比太高,在开始测试冷态噪声资用功率时,被测系统处于线性工作得到了真实冷态资用噪声功率,而当噪声源处于热态后测试得到的热态资用噪声功率,由于噪声源超噪比太高使得被测系统己经处于非线性工作状态,得到热态资用噪声功率已经失真。
在工程实现过程中也出现过另外一种现象测试的精度不够,与N8975A噪声系数测试仪测试值相比偏高。
为了更加精确的测试出系统噪声系数,在设计的时候在放大检波电路中增加对被测信号的滤波功能。
5结束语
本文主要介绍了一种基于Y因子法测试噪声系数的便携式设备,通过测试方法的推导过程和工程应用测试,并在实际测试中达到了预期测试精度,可作为野外测试设备测试噪声系数。
参考文献
[1]张月琴.Y因子法测量噪声系数手册⑵排水工程[M].建筑工程出版社,1996
作者简介
王兵:
男,毕业于电子科技大学,现从事雷达总体设计工作。
讯绘:
女,毕业于南京航空航天大学,现从事雷达设计工作。
寻东阳:
男,毕业于西安电子科技大学,现从事雷达总体设计工作。
陶鑫:
女,毕业于南京工程学院,现从事雷达测量工作。
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