噪声系数标准

　　0　引言

　　噪声计量测试是电子测量技术中的一个重要分支。在电视、广播、通信、电子对抗、射电天文及电子元器件等技术领域都涉及到噪声特性指标——噪声系数的计量测试问题。所定义的噪声系数是资用噪声功率比,可认为无量纲,也可用分贝表示。分贝是国家选定的非国际单位制单位,是国际上广泛使用的单位。文中涉及到的噪声系数均用分贝表示。

　　噪声系数标准的研制主要用来校准噪声系数测试仪。

　　本文首先简单介绍噪声系数测试仪的工作原理,然后讨论噪声系数量值的复现及其合成标准不确定度,同时给出校准噪声系数测试仪时的测量结果的扩展不确定度。

　　1　噪声系数测试仪的测量工作原理

　　图1所示为噪声系数测量方框图。电路中包括开关式噪声源(固态噪声源)和噪声系数测试仪。后者周期性地转换噪声源的两个噪声电平加到被测网络的输入端,使被测网络输出两个资用噪声功率电平,根据功率电平的比值,噪声系数测试仪自动地显示出噪声系数F。

　　为了进一步说明其工作原理,下面导出它的工作方程。

　　当噪声源转移到噪声温度T0时,被测网络的输出功率P0为:

　　式中,k——波尔兹曼常数,1.38×10-23J/K;B——带宽(Hz);G——增益;Te——被测网络等效输

　　入噪声温度(K)。同理,当噪声源转移到噪声温度Tn时,被测网络的输出噪声功率Pn为:

　　设噪声系数测试仪的增益为C,则在上述两种情况下,噪声系数测试仪所检测到的功率分别为CP0和CPn,即:

　　对式(3)和式(4)联立求解Te并表示为F,即可得到:

　　式中,ENR——噪声源的超噪比(dB);Y=CPnCP0功率比值,通常称为Y系数;F——噪声系数(dB)。

　　由公式(5)可以看到,当ENR设定为常数时,噪声系数F与Y值具有一一对应的关系,因此噪声系数测试仪的指示可直接按Y系数值刻度(或数字显示)为噪声系数F值。

　　2　噪声系数量值的复现和定标

　　2.1　噪声系数量值的复现

　　由于F与Y值具有一一对应的关系,只要准确地复现Y系数就可以准确地计算出标准噪声系数量值,即复现了噪声系数,因此研制噪声系数标准的关键是复现Y系数量值。下面讨论Y系数量值的复现。

　　图2所示为Y系数量值发生器的组成原理图。

　　图2中,当噪声源分别处于冷态噪声温度T0和热态噪声温度Tn(T0和Tn均可为任意温度)时,低噪声放大器的输出端可得到相应的两个功率,其比值即为Y系数量值。若改变射频衰减器的衰减量,就可获得不同的Y系数值,这就是Y系数发生器的基本工作原理,也就是Y系数量值复现的基本工作原理。