專利名稱：K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子領(lǐng)域校準(zhǔn)噪聲源超噪比參數(shù)的校準(zhǔn)裝置，更具體地說， 本發(fā)明涉及一種主要應(yīng)用于校準(zhǔn)電子領(lǐng)域，測量所使用的噪聲源的超噪比參數(shù)的校準(zhǔn)裝置?？梢哉J(rèn)為，本發(fā)明除用于固態(tài)噪聲源的超噪比參數(shù)校準(zhǔn)外，還可以用于其他類型噪聲源超噪比或輸出噪聲溫度的校準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
在射頻、微波及毫米波研制領(lǐng)域，射頻前端的噪聲系數(shù)參數(shù)決定了整個(gè)電子產(chǎn)品或系統(tǒng)的靈敏度等關(guān)鍵性能，對噪聲系數(shù)的準(zhǔn)確測量尤為關(guān)鍵。目前噪聲系數(shù)的測量主要使用固態(tài)噪聲源或其它類型噪聲源。現(xiàn)有技術(shù)在測量中，通常要用噪聲源的超噪比參數(shù)，在進(jìn)行測量前，需要對超噪比參數(shù)進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，得到噪聲源的超噪比參數(shù)的準(zhǔn)確值。目前， 對于噪聲源超噪比參數(shù)的校準(zhǔn)，國內(nèi)外基本均采用比較測量的方法。該方法使用已知輸出噪聲溫度的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源與被校噪聲源進(jìn)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。對于標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的選擇，大多都使用的是固態(tài)噪聲源。由于固態(tài)噪聲源自身的超噪比參數(shù)準(zhǔn)確度、平坦度和駐波比都比較差，因此，現(xiàn)有技術(shù)組成的頻率覆蓋40GHz內(nèi)的校準(zhǔn)裝置，測量不確定度高；另外個(gè)別專業(yè)測量機(jī)構(gòu)也會(huì)采用精度較高的冷/熱負(fù)載作為標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，但其在系統(tǒng)組建上，由于使用了系統(tǒng)非常復(fù)雜的六端口、微波輻射計(jì)等技術(shù)， 導(dǎo)致了測量速度慢，測試效率低。由于單個(gè)系統(tǒng)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(shù)不易校準(zhǔn)，而且噪聲源校準(zhǔn)裝置實(shí)現(xiàn)難度大，而不具備推廣使用的意義。目前，國內(nèi)外發(fā)表的文獻(xiàn)，基本上是以固態(tài)噪聲源為標(biāo)準(zhǔn)的噪聲校準(zhǔn)裝置，偶有國外文獻(xiàn)報(bào)到了采用冷/熱負(fù)載作為標(biāo)準(zhǔn)的噪聲校準(zhǔn)裝置，但相關(guān)文獻(xiàn)和資料還沒有基于熱噪聲基準(zhǔn)的冷/熱標(biāo)準(zhǔn)噪聲源。尤其是對全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)、低噪聲放大器、隔離器、商用噪聲系數(shù)儀及液氮和氦氣充填裝置進(jìn)行集成，并結(jié)合系統(tǒng)控制器和自動(dòng)測試軟件組成自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種覆蓋頻帶寬、測量準(zhǔn)確度高，校準(zhǔn)重復(fù)性和可靠性好，易推廣應(yīng)用的噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)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(shù)校準(zhǔn)難的問題。本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到一種K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，包括，由冷負(fù)載和熱負(fù)載構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源、噪聲接收比較測量裝置和帶有自動(dòng)測試程序軟件的程控計(jì)算機(jī)，其特征在于，在所述冷負(fù)載、熱負(fù)載和被校噪聲源之間，設(shè)有全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)，其中，集成有液氮和氦氣充填裝置的冷負(fù)載，通過全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)相連所述熱負(fù)載，組成輸出標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度的標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件，該全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)的公共輸出端口上，設(shè)有寬帶隔離器和寬帶低噪聲放大器。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下技術(shù)效果本發(fā)明采用基于熱噪聲基準(zhǔn)的冷/熱負(fù)載作為標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，同時(shí)通過全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)、液氮和氦氣充填裝置集成組成標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度的輸出，取代常見的固態(tài)噪聲源為標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，不僅提高了校準(zhǔn)裝置的測量準(zhǔn)確度，而且為全過程自動(dòng)測量提供了硬件基礎(chǔ)。采用低噪聲放大器、隔離器、商用噪聲系數(shù)儀組成噪聲接收和比較測量裝置，取代微波輻射計(jì)，克服了現(xiàn)有技術(shù)專業(yè)校準(zhǔn)測量機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成復(fù)雜、不易推廣應(yīng)用的缺點(diǎn)。并具有1)校準(zhǔn)裝置重復(fù)性、穩(wěn)定性高，測量不確定度低。本發(fā)明使用冷/熱負(fù)載作為標(biāo)準(zhǔn)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(jì)量特性穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高，可作為最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)使用。同時(shí)使用全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)分別與冷負(fù)載和熱負(fù)載以及被校噪聲源連接，在測量過程中通過自動(dòng)測試程序控制波導(dǎo)開關(guān)自動(dòng)切換，達(dá)到快速測量，可以基本消除在噪聲測量時(shí)由于溫度變化及接收機(jī)本機(jī)噪聲帶入的隨機(jī)變化，從而提高系統(tǒng)的測量重復(fù)性和穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)的測量不確定度。2)系統(tǒng)集成度高，單套裝置測量頻帶寬。本發(fā)明使用寬帶低噪聲放大器、寬帶隔離器以及商用噪聲系數(shù)儀組成噪聲接收比較測量裝置取代常見的微波輻射計(jì)，從而使單套校準(zhǔn)裝置測量頻段可以覆蓋整個(gè)K頻段或Ka頻段。3)校準(zhǔn)裝置組成簡單，易實(shí)現(xiàn)，易推廣。整套校準(zhǔn)裝置的關(guān)鍵部件，均為常見的商用器件或儀器，且系統(tǒng)集成度高，結(jié)構(gòu)合理，易于安裝實(shí)現(xiàn)。4)自動(dòng)化程度高，校準(zhǔn)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(fù)載的輸出噪聲溫度進(jìn)行精密控制。用控制器對冷負(fù)載所需用的液氮進(jìn)行自動(dòng)加注，對程控開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)切換控制，所有測試過程均由自動(dòng)測試程序在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)運(yùn)行，測試數(shù)據(jù)和報(bào)告也由程序自動(dòng)處理和生成，從而達(dá)到全自動(dòng)測試，測試效率高。本發(fā)明覆蓋頻帶寬，特別適用于頻率范圍為K(18GHz ^. 5GHz)和1(乂26. 5GHz 40GHz)頻段噪聲源的校準(zhǔn)。


圖1是本發(fā)明K及Ka頻段噪聲源校準(zhǔn)裝置的透視示意圖。圖2是圖1中標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件組成示意圖。圖中1標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件，2噪聲系數(shù)儀，3程控控制器，4程控直流電源，5程控計(jì)算機(jī)，6程控控制線纜，7冷負(fù)載，8熱負(fù)載，9全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)，10寬帶隔離器，11 寬帶低噪聲放大器，12噪聲系數(shù)儀，13被校噪聲源輸入端，14液氮注入口，15氦氣注入口， 16控制端口，17金屬安裝板，18液氮和氦氣充填裝置。
具體實(shí)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(dòng)校準(zhǔn)裝置的實(shí)施例中，該校準(zhǔn)裝置包括，與程控控制器3電連接的標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件1、噪聲系數(shù)儀2、程控直流電源4和帶有自動(dòng)測試程序的程控計(jì)算機(jī)5。程控計(jì)算機(jī)5通過程控控制線纜6分別相連程控控制器3、噪聲系數(shù)儀2以及程控直流電源4，并結(jié)合程控計(jì)算機(jī)5內(nèi)置的自動(dòng)測試軟件組成K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置。所有測試過程均由自動(dòng)測試程序在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)運(yùn)行。冷負(fù)載7與熱負(fù)載8之間設(shè)有全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9，全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9分別與冷負(fù)載7和熱負(fù)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(shè)置在全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9的公共輸出端口上。其中，集成有液氮和氦氣充填裝置 18的冷負(fù)載7，通過全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9相連所述熱負(fù)載8，組成輸出標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度的標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件1。程控控制器3，對冷負(fù)載7和熱負(fù)載8的輸出噪聲溫度進(jìn)行精密控制。在測量過程中，可以通過自動(dòng)測試程序控制波導(dǎo)開關(guān)9自動(dòng)切換冷負(fù)載7、熱負(fù)載8和被校噪聲源的噪聲功率輸出。在圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件1組成結(jié)構(gòu)中，為保證裝置的穩(wěn)定性。所有上述部件固定在安裝金屬板17上。冷負(fù)載7和熱負(fù)載8通過波導(dǎo)直接連接于全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9的兩個(gè)端口。集成在冷負(fù)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(jīng)控制器3相連的控制端口 16，對冷負(fù)載7所需用的液氮進(jìn)行自動(dòng)加注，并對全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9進(jìn)行自動(dòng)切換控制。為盡量減小損耗，同時(shí)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(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9的公共輸出端口，輸出到噪聲系數(shù)儀12。冷負(fù)載7和熱負(fù)載8的標(biāo)準(zhǔn)輸出噪聲溫度，等效標(biāo)校到全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān) 9的公共輸出端面，其標(biāo)校方法可采用“Unknow Thru”法測量傳輸線的小插入損耗值，并進(jìn)一步計(jì)算，將冷負(fù)載7和熱負(fù)載8的標(biāo)準(zhǔn)輸出噪聲溫度，等效標(biāo)校到全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9的公共輸出端面。采用寬帶隔離器10、寬帶低噪聲放大器11、噪聲系數(shù)儀2相連組成噪聲接收和比較測量裝置，該裝置用于接收測量來自于全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9的公共輸出端口 13輸出的噪聲功率值，該測量值由程控計(jì)算機(jī)5采集記錄。進(jìn)行校準(zhǔn)工作時(shí)，由程控計(jì)算機(jī)5發(fā)出指令將全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9置于熱負(fù)載8輸入狀態(tài)，信號經(jīng)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 后，送入噪聲系數(shù)儀2。該噪聲系數(shù)儀2測量得到此時(shí)的噪聲功率值，程控計(jì)算機(jī)5采集該測量值并記錄；按上述方法將全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)9再分別置于冷負(fù)載7狀態(tài)和被校噪聲源輸入端13狀態(tài)，再得到兩個(gè)狀態(tài)的噪聲功率值，將獲得的三個(gè)不同狀態(tài)的噪聲功率值，以及已知的冷負(fù)載和熱負(fù)載的等效標(biāo)準(zhǔn)輸出噪聲溫度值進(jìn)行計(jì)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(zhǔn)過程。被校噪聲源若不能直接安裝于全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)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盡量低的適配器，該適配器在工作前也應(yīng)采用“Unknow Thru”法測量其小插入損耗值，并將該值輸入到自動(dòng)測試程序的參數(shù)配置中，用以扣除該適配器的影響。
權(quán)利要求
1.一種K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，包括，由冷負(fù)載(7)和熱負(fù)載⑶構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源、噪聲接收比較測量裝置和帶有自動(dòng)測試程序軟件的程控計(jì)算機(jī)(5)，其特征在于，在所述冷負(fù)載(7)、熱負(fù)載(8)和被校噪聲源之間，設(shè)有全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)(9)， 其中，集成有液氮和氦氣充填裝置的冷負(fù)載(7)，通過全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)(9)相連所述熱負(fù)載(8)，組成輸出標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度的標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件(1)，該全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)(9)的公共輸出端口上，設(shè)有寬帶隔離器(10)和寬帶低噪聲放大器(11)。
2.如權(quán)利要求1所述的K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于，程控計(jì)算機(jī)(5) 通過程控控制線纜(6)分別相連程控控制器(3)、噪聲系數(shù)儀O)以及程控直流電源G)， 并結(jié)合程控計(jì)算機(jī)(5)內(nèi)置的自動(dòng)測試軟件組成K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于，集成在冷負(fù)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(jīng)程控控制器C3)相連的控制端口(16)，對冷負(fù)載(7)所需用的液氮進(jìn)行自動(dòng)加注， 對全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)(9)進(jìn)行自動(dòng)切換控制。
4.如權(quán)利要求1所述的K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于，進(jìn)行校準(zhǔn)工作時(shí)，由程控計(jì)算機(jī)(5)發(fā)出指令將全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)(9)分別置于熱負(fù)載(8)輸入狀態(tài)、冷負(fù)載(7)輸入狀態(tài)和被校噪聲源輸入狀態(tài)，信號經(jīng)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)后，送入噪聲系數(shù)儀O)。
5.如權(quán)利要求4所述的K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于，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(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)(9)的公共輸出端口，相連噪聲系數(shù)儀(12)。
6.如權(quán)利要求1所述的K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于，被校噪聲源若不能直接安裝于全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)(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(jìn)行扣除。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種K及Ka頻段噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，旨在提供一種覆蓋頻帶寬、測量準(zhǔn)確度高，校準(zhǔn)重復(fù)性和可靠性好的噪聲源自動(dòng)校準(zhǔn)裝置。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)它包括，由冷負(fù)載(7)和熱負(fù)載(8)構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源、帶有自動(dòng)測試程序軟件的程控計(jì)算機(jī)(5)，在所述冷負(fù)載與熱負(fù)載之間設(shè)有全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)(9)，集成有液氮和氦氣充填裝置的冷負(fù)載，通過全通道自動(dòng)切換波導(dǎo)開關(guān)相連所述熱負(fù)載，組成輸出標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度的標(biāo)準(zhǔn)噪聲輸出組件(1)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)校準(zhǔn)測量機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成復(fù)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(shù)不易校準(zhǔn)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(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)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(tuán)公司第十研究所