微波噪声源定标方法及不确定度的分析

    0 引 言

    目前微波噪声系数分析仪在国内已得到了广泛的应用,国产噪声仪也初步形成了批量生产,但国内对噪声源的定标技术的研究尚不够深入,定标系统的组建有待于进一步地完善。把噪声源送回厂家进行校准不仅周期长并且费用也很昂贵,同时其造成的生产流水线停工、生产量下降等损失是明显的。噪声源的定标问题大大制约了国产噪声仪和噪声源的推广普及和使用。

    为满足科研生产测试的急需,本文作者结合自己对噪声系数测试原理的理解,在参阅国外文献资料的基础上,提出了对微波噪声源一种定标方法。采用Ag-ilentN2002A噪声源测试装置,以AV3984噪声系数分析仪作为接收机,与经过一级定标的参考噪声源进行对比测试,对国内研制或在用的噪声源进行溯源校准,参考噪声源从国外引进经NPL精密定标的gold噪声源。该方法简单,测试速度快,测试精度高,可以方便地实现噪声源的室内定标。

    同时针对该定标方法,本文对引起噪声源的定标不确定度的因素进行了全面的分析。对于噪声源输出端口及接收机的输入驻波比指标采用矢量网络分析进行测试,完全满足噪声源技术指标的要求。

    1 测试方法

    噪声源的超噪比定标系统的硬件组成包括:AV3984(或N8975A)噪声系数分析仪、N2002A噪声源测试装置、11713A衰减器/开关驱动器[2]、参考噪声源、AV3627矢量网络分析仪及外控机。系统连接如图1所示。

    用N2002A噪声源定标装置对被测噪声源进行定标的理论是基于被测件的噪声系数不随测试系统外接噪声源的变化而变化[3]。

    按上述框图将系统连接好,开机预热测试系统,参考噪声源和被测噪声源都必须达到热平衡状态[2](噪声源超噪比的校准通常是在参考噪声源的标称频率点上进行的,在这些频率点上,参考噪声源的超噪比是已知的,记为ENR标。)

    测试步骤:

    (1)设置噪声仪的频率为参考噪声源的标称频率点10 MHz、100 MHz、1 GHz以上频率步进为1 GHz,噪声仪采用列表扫描方式设置定标频率点,显示为Y因子线性方式;

    (2)记下各个定标频率点的Y因子,记为Y1;

    (3)将参考噪声源取下,换上被测噪声源,重复步骤    (1)、(2),记下测得的Y因子,记为Y2;被测噪声源的超噪比可按下面的公式计算[4]:

    (4)噪声源的端口驻波比及噪声源测试装置的输入端口驻波比可用AV3627矢量网络分析仪进行测试。

    2 定标不确定度分析

    引起测试不确定度的一些因素可以被最大限度地减小,但无法被消除,因此测试不确定度的定量分析就显得尤为重要。由式(1)可以看出,测试不确定度主要由3个方面引起:Y1的测量不确定度;Y2的测量不确定度;参考噪声源超噪比的不确定度。对式(1)进行全微分得: