噪声测量中如何正确选择噪声发生器

    1 引言

    在无线电设备中,除了信号外,还不可避免地存在噪声,任何电子设备都会产生噪声。一般来说,噪声是人们所不希望的,因为它会干扰甚至淹没有用的信号,特别是在信号十分微弱的情况下,噪声的有害作用极为明显。噪声系数就是用来表征低电平信号处理能力的一个系统参数。

    噪声发生器(亦称噪声源)属于噪声测量设备,是一种能产生连续频谱噪声的装置,一个良好的噪声发生器应在规定的频带内具有均匀的功率谱密度和一定的输出噪声功率,由于噪声发生器的输出电平精度高,在噪声计量以及高频、微波领域测量二端口网络的噪声特性时,一般都采用噪声发生器提供所需的噪声功率。噪声发生器的主要技术指标有:频率范围、等效输出噪声温度(T)、超噪比(ENR)等。

    2 正确选择噪声发生器的方法

    噪声发生器是噪声系数测量的基本附件,其性能指标对噪声系数测试有较大影响,如果选择噪声发生器时能从以下几个方面考虑,则可提高噪声测量准确度。

    2.1 优先选择固态噪声发生器

    最常用的噪声发生器有:热噪声发生器(冷热体噪声发生器)、限温二极管噪声发生器(饱和二极管噪声发生器)、气体放电管噪声发生器和固态噪声发生器。因为固态噪声发生器覆盖频率宽、体积小、重量轻、功耗低、适于脉冲工作等特点,使用时优先考虑固态噪声发生器。

    2.2 正确选择适当超噪比的噪声发生器

    超噪比的物理意义是单端口网络中存在的噪声超过不可避免的热噪声的倍数。

    最常见的噪声发生器ENR值为6dB和15dB,一般噪声发生器适合测量的最大噪声系数为(ENR+10)dB,也就是说,ENR为6dB的噪声发生器所测量的噪声系数可高达16dB,而ENR为15dB的噪声发生器所测量的噪声系数可高达25dB,而如果被测件的噪声系数比噪声发生器ENR值高出15dB,则测量准确度会下降。所以在进行噪声测量时,应根据被测噪声系数正确选择适当超噪比的噪声发生器。

    2.3 尽量使用低超噪比的噪声发生器

    在测量条件满足的情况下,尽可能地使用低超噪比的噪声发生器,这是因为当噪声发生器在ON和OFF两种状态下的源阻抗并不相等,当它们之间进行转换时,噪声发生器和被测件之间的阻抗失配会产生细微变化,而某些有源器件的噪声输出和增益对输入阻抗的改变极为敏感,所以会造成增益和噪声系数测量的误差。而低超噪比(如ENR为6dB)的噪声发生器包含内置的衰减器,可限制ON和OFF状态之间的反射系数变化。另一方面,噪声发生器超噪比越低,仪器检波器工作范围就越小,因而线性程度越高,所以使用低超噪比噪声发生器同时可减小噪声检波器非线性引起的测量不确定度。