K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置的製作方法

2023-12-10 05:06:41

專利名稱：K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電子領域校準噪聲源超噪比參數的校準裝置，更具體地說， 本發明涉及一種主要應用於校準電子領域，測量所使用的噪聲源的超噪比參數的校準裝置。可以認為，本發明除用於固態噪聲源的超噪比參數校準外，還可以用於其他類型噪聲源超噪比或輸出噪聲溫度的校準。
背景技術：
在射頻、微波及毫米波研製領域，射頻前端的噪聲係數參數決定了整個電子產品或系統的靈敏度等關鍵性能，對噪聲係數的準確測量尤為關鍵。目前噪聲係數的測量主要使用固態噪聲源或其它類型噪聲源。現有技術在測量中，通常要用噪聲源的超噪比參數，在進行測量前，需要對超噪比參數進行計量校準，得到噪聲源的超噪比參數的準確值。目前， 對於噪聲源超噪比參數的校準，國內外基本均採用比較測量的方法。該方法使用已知輸出噪聲溫度的標準噪聲源與被校噪聲源進行比較測量，而得到被校噪聲源的超噪比或輸出噪聲溫度值。對於標準噪聲源的選擇，大多都使用的是固態噪聲源。由於固態噪聲源自身的超噪比參數準確度、平坦度和駐波比都比較差，因此，現有技術組成的頻率覆蓋40GHz內的校準裝置，測量不確定度高；另外個別專業測量機構也會採用精度較高的冷/熱負載作為標準噪聲源，但其在系統組建上，由於使用了系統非常複雜的六埠、微波輻射計等技術， 導致了測量速度慢，測試效率低。由於單個系統覆蓋頻率較窄，頻率在18GHz 40GHz的噪聲源超噪比或輸出噪聲溫度參數不易校準，而且噪聲源校準裝置實現難度大，而不具備推廣使用的意義。目前，國內外發表的文獻，基本上是以固態噪聲源為標準的噪聲校準裝置，偶有國外文獻報到了採用冷/熱負載作為標準的噪聲校準裝置，但相關文獻和資料還沒有基於熱噪聲基準的冷/熱標準噪聲源。尤其是對全通道自動切換波導開關、低噪聲放大器、隔離器、商用噪聲係數儀及液氮和氦氣充填裝置進行集成，並結合系統控制器和自動測試軟體組成自動校準裝置的記載。

發明內容
本發明的任務是針對上述現有技術存在的不足之處，提出一種覆蓋頻帶寬、測量準確度高，校準重複性和可靠性好，易推廣應用的噪聲源自動校準裝置。以解決目前頻率在 18GHz 40GHz的噪聲源超噪比或輸出噪聲溫度參數校準難的問題。本發明的上述目的可以通過以下措施來達到一種K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置，包括，由冷負載和熱負載構成的標準噪聲源、噪聲接收比較測量裝置和帶有自動測試程序軟體的程控計算機，其特徵在於，在所述冷負載、熱負載和被校噪聲源之間，設有全通道自動切換波導開關，其中，集成有液氮和氦氣充填裝置的冷負載，通過全通道自動切換波導開關相連所述熱負載，組成輸出標準噪聲溫度的標準噪聲輸出組件，該全通道自動切換波導開關的公共輸出埠上，設有寬帶隔離器和寬帶低噪聲放大器。
本發明相比於現有技術具有如下技術效果本發明採用基於熱噪聲基準的冷/熱負載作為標準噪聲源，同時通過全通道自動切換波導開關、液氮和氦氣充填裝置集成組成標準噪聲輸出組件，實現標準噪聲溫度的輸出，取代常見的固態噪聲源為標準噪聲源，不僅提高了校準裝置的測量準確度，而且為全過程自動測量提供了硬體基礎。採用低噪聲放大器、隔離器、商用噪聲係數儀組成噪聲接收和比較測量裝置，取代微波輻射計，克服了現有技術專業校準測量機構系統組成複雜、不易推廣應用的缺點。並具有1)校準裝置重複性、穩定性高，測量不確定度低。本發明使用冷/熱負載作為標準噪聲源，其噪聲輸出性能可以溯源到基本物理量一溫度，其計量特性穩定、準確度高，可作為最高計量標準使用。同時使用全通道自動切換波導開關分別與冷負載和熱負載以及被校噪聲源連接，在測量過程中通過自動測試程序控制波導開關自動切換，達到快速測量，可以基本消除在噪聲測量時由於溫度變化及接收機本機噪聲帶入的隨機變化，從而提高系統的測量重複性和穩定性，降低了系統的測量不確定度。2)系統集成度高，單套裝置測量頻帶寬。本發明使用寬帶低噪聲放大器、寬帶隔離器以及商用噪聲係數儀組成噪聲接收比較測量裝置取代常見的微波輻射計，從而使單套校準裝置測量頻段可以覆蓋整個K頻段或Ka頻段。3)校準裝置組成簡單，易實現，易推廣。整套校準裝置的關鍵部件，均為常見的商用器件或儀器，且系統集成度高，結構合理，易於安裝實現。4)自動化程度高，校準過程快捷，操作方便。裝置中配置了可程控的控制器，對冷 /熱負載的輸出噪聲溫度進行精密控制。用控制器對冷負載所需用的液氮進行自動加注，對程控開關進行自動切換控制，所有測試過程均由自動測試程序在計算機上自動運行，測試數據和報告也由程序自動處理和生成，從而達到全自動測試，測試效率高。本發明覆蓋頻帶寬，特別適用於頻率範圍為K(18GHz ^. 5GHz)和1(乂26. 5GHz 40GHz)頻段噪聲源的校準。


圖1是本發明K及Ka頻段噪聲源校準裝置的透視示意圖。圖2是圖1中標準噪聲輸出組件組成示意圖。圖中1標準噪聲輸出組件，2噪聲係數儀，3程控控制器，4程控直流電源，5程控計算機，6程控控制線纜，7冷負載，8熱負載，9全通道自動切換波導開關，10寬帶隔離器，11 寬帶低噪聲放大器，12噪聲係數儀，13被校噪聲源輸入端，14液氮注入口，15氦氣注入口， 16控制埠，17金屬安裝板，18液氮和氦氣充填裝置。
具體實施例方式參閱圖1、圖2。參閱圖1。在圖1描述的K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置的實施例中，該校準裝置包括，與程控控制器3電連接的標準噪聲輸出組件1、噪聲係數儀2、程控直流電源4和帶有自動測試程序的程控計算機5。程控計算機5通過程控控制線纜6分別相連程控控制器3、噪聲係數儀2以及程控直流電源4，並結合程控計算機5內置的自動測試軟體組成K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置。所有測試過程均由自動測試程序在計算機上自動運行。冷負載7與熱負載8之間設有全通道自動切換波導開關9，全通道自動切換波導開關9分別與冷負載7和熱負載8，被校噪聲源連接。寬帶隔離器10和寬帶低噪聲放大器11 設置在全通道自動切換波導開關9的公共輸出埠上。其中，集成有液氮和氦氣充填裝置 18的冷負載7，通過全通道自動切換波導開關9相連所述熱負載8，組成輸出標準噪聲溫度的標準噪聲輸出組件1。程控控制器3，對冷負載7和熱負載8的輸出噪聲溫度進行精密控制。在測量過程中，可以通過自動測試程序控制波導開關9自動切換冷負載7、熱負載8和被校噪聲源的噪聲功率輸出。在圖2所示的標準噪聲輸出組件1組成結構中，為保證裝置的穩定性。所有上述部件固定在安裝金屬板17上。冷負載7和熱負載8通過波導直接連接於全通道自動切換波導開關9的兩個埠。集成在冷負載7上的液氮和氦氣充填裝置18，其液氮和氦氣通過液氮注入口 14和氦氣注入口 15，經控制器3相連的控制埠 16，對冷負載7所需用的液氮進行自動加注，並對全通道自動切換波導開關9進行自動切換控制。為儘量減小損耗，同時提高裝置的阻抗匹配，寬帶隔離器10和寬帶低噪聲放大器 11直接安裝在上述全通道自動切換波導開關9的公共輸出埠，輸出到噪聲係數儀12。冷負載7和熱負載8的標準輸出噪聲溫度，等效標校到全通道自動切換波導開關 9的公共輸出端面，其標校方法可採用「Unknow Thru」法測量傳輸線的小插入損耗值，並進一步計算，將冷負載7和熱負載8的標準輸出噪聲溫度，等效標校到全通道自動切換波導開關9的公共輸出端面。採用寬帶隔離器10、寬帶低噪聲放大器11、噪聲係數儀2相連組成噪聲接收和比較測量裝置，該裝置用於接收測量來自於全通道自動切換波導開關9的公共輸出埠 13輸出的噪聲功率值，該測量值由程控計算機5採集記錄。進行校準工作時，由程控計算機5發出指令將全通道自動切換波導開關9置於熱負載8輸入狀態，信號經寬帶隔離器10和由程控直流電源4供電的寬帶低噪聲放大器11 後，送入噪聲係數儀2。該噪聲係數儀2測量得到此時的噪聲功率值，程控計算機5採集該測量值並記錄；按上述方法將全通道自動切換波導開關9再分別置於冷負載7狀態和被校噪聲源輸入端13狀態，再得到兩個狀態的噪聲功率值，將獲得的三個不同狀態的噪聲功率值，以及已知的冷負載和熱負載的等效標準輸出噪聲溫度值進行計算，可得到被校噪聲源的超噪比值或輸出噪聲溫度值，完成一次校準過程。被校噪聲源若不能直接安裝於全通道自動切換波導開關9的被校噪聲源輸入端面13，則需要在上述的被校噪聲源輸入端面13和被校噪聲源之間加入損耗儘量低的適配器，該適配器在工作前也應採用「Unknow Thru」法測量其小插入損耗值，並將該值輸入到自動測試程序的參數配置中，用以扣除該適配器的影響。
權利要求
1.一種K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置，包括，由冷負載(7)和熱負載⑶構成的標準噪聲源、噪聲接收比較測量裝置和帶有自動測試程序軟體的程控計算機(5)，其特徵在於，在所述冷負載(7)、熱負載(8)和被校噪聲源之間，設有全通道自動切換波導開關(9)， 其中，集成有液氮和氦氣充填裝置的冷負載(7)，通過全通道自動切換波導開關(9)相連所述熱負載(8)，組成輸出標準噪聲溫度的標準噪聲輸出組件(1)，該全通道自動切換波導開關(9)的公共輸出埠上，設有寬帶隔離器(10)和寬帶低噪聲放大器(11)。
2.如權利要求1所述的K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置，其特徵在於，程控計算機(5) 通過程控控制線纜(6)分別相連程控控制器(3)、噪聲係數儀O)以及程控直流電源G)， 並結合程控計算機(5)內置的自動測試軟體組成K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置。
3.如權利要求1所述的K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置，其特徵在於，集成在冷負載(7)上的液氮和氦氣充填裝置(18)，其液氮和氦氣通過液氮注入口(14)和氦氣注入口 (15)，經程控控制器C3)相連的控制埠(16)，對冷負載(7)所需用的液氮進行自動加注， 對全通道自動切換波導開關(9)進行自動切換控制。
4.如權利要求1所述的K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置，其特徵在於，進行校準工作時，由程控計算機(5)發出指令將全通道自動切換波導開關(9)分別置於熱負載(8)輸入狀態、冷負載(7)輸入狀態和被校噪聲源輸入狀態，信號經寬帶隔離器(10)和由程控直流電源(4)供電的寬帶低噪聲放大器(11)後，送入噪聲係數儀O)。
5.如權利要求4所述的K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置，其特徵在於，寬帶隔離器 (10)和寬帶低噪聲放大器(11)，直接安裝在全通道自動切換波導開關(9)的公共輸出埠，相連噪聲係數儀(12)。
6.如權利要求1所述的K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置，其特徵在於，被校噪聲源若不能直接安裝於全通道自動切換波導開關(9)的被校噪聲源輸入端面(13)，則加入適配器，對該適配器影響進行扣除。
全文摘要
本發明提出的一種K及Ka頻段噪聲源自動校準裝置，旨在提供一種覆蓋頻帶寬、測量準確度高，校準重複性和可靠性好的噪聲源自動校準裝置。本發明通過下述技術方案予以實現它包括，由冷負載(7)和熱負載(8)構成的標準噪聲源、帶有自動測試程序軟體的程控計算機(5)，在所述冷負載與熱負載之間設有全通道自動切換波導開關(9)，集成有液氮和氦氣充填裝置的冷負載，通過全通道自動切換波導開關相連所述熱負載，組成輸出標準噪聲溫度的標準噪聲輸出組件(1)。本發明解決了現有技術校準測量機構系統組成複雜，測量速度慢，測試效率低，覆蓋頻率較窄，測量精度不高、可靠性差，頻率在18GHz～40GHz的噪聲源超噪比或輸出噪聲溫度參數不易校準的問題。
文檔編號G01R29/26GK102221648SQ20111005211
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月3日 優先權日2011年3月3日
發明者明治中, 潘柳, 胡勇, 袁樺, 黃凱冬, 黃坤超, 黃安君 申請人:中國電子科技集團公司第十研究所