CN102200557A

CN102200557A - 一种强信号下的噪声测量装置

Info

Publication number: CN102200557A
Application number: CN2011100297531A
Authority: CN
Inventors: 窦骄; 杨争光; 李红宝; 宁金枝; 黄繁荣
Original assignee: Aerospace Dongfanghong Satellite Co Ltd
Current assignee: Aerospace Dongfanghong Satellite Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-09-28

Abstract

一种强信号下的噪声测量装置，包括隔离保护单元、滤波器和频谱仪，隔离保护单元、滤波器和频谱仪依次串接在一起。隔离保护单元包括环行器和功率吸收负载，环行器的输入端接发射机，环行器的两个输出端分别接功率吸收负载和滤波器。信号测量通道满足关系式：通带差损＜发射信号噪声谱密度-频谱仪测量灵敏度，反向隔离度＞发射信号功率-发射机允许最大反射功率，滤波器阻带衰减量＞发射信号功率-频谱仪允许最大输入功率，滤波器的通带频率为发射信号噪声频率，滤波器的阻带频率为发射信号频率；功率吸收负载的功率大于反射至该功率吸收负载信号功率的二倍。本发明测量装置可以满足大功率信号下的噪声测量工作。

Description

一种强信号下的噪声测量装置

技术领域

本发明涉及一种噪声测量装置，特别是一种基于常规频谱仪在强信号下的噪声测量装置。

背景技术

卫星在多台射频设备同时工作时，为避免整星下大功率射频发射设备所产生的带外噪声对其它射频设备的接收灵敏度造成影响，需要在设备验收时及装星前能够对其所产生的噪声进行准确测量。

较为简捷的噪声测量方法多为直接测量，即直接将射频信号送到频谱仪进行测量，直接测量方法简捷、准确，对于小功率发射设备，如测控应答机，是很适用的。但直接测量要求频谱仪输入信号不能过强，通常小于30dBm。如果输入信号超过频谱仪允许的信号强度，会对频谱仪造成损坏，所以大功率信号下的噪声测量需要先将信号衰减到频谱仪允许的输入功率范围后再进行测量，但通常衰减器会对信号和噪声同时进行衰减，而频谱仪的噪声测量能力是有限的，如果为了保护频谱仪而一味的加大衰减量，很有可能使噪声衰减到频谱仪测量灵敏度之下，无法进行测量，此时频谱仪测量到的噪声是自身产生的噪声，而非待测噪声，所以利用加衰减器测量噪声的方法测试能力是有限的。

因此，大功率信号下噪声测量时只能进行选择性衰减，即仅衰减掉大功率信号而令需要测试的噪声通过，滤波器具备选择性衰减功能，可以衰减大功率信号，而留下待测噪声，然而通常滤波器对带外信号的衰减原理是把信号反射回去，并不是吸收衰减，反射回来的信号功率很大，会损坏发射机前端的功率放大器，因此直接利用滤波器测量大功率信号下的噪声是不允许的。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种强信号下的噪声测量装置，以满足大功率信号下的噪声测量工作。

本发明的技术解决方案是：一种强信号下的噪声测量装置，包括隔离保护单元、滤波器和频谱仪，隔离保护单元、滤波器和频谱仪依次串接在一起，所述的隔离保护单元包括环行器和功率吸收负载，环行器的输入端接发射机，环行器的输出端接滤波器，环行器的第三个端口接功率吸收负载；信号测量通道满足关系式：通带差损＜发射信号噪声谱密度-频谱仪测量灵敏度，反向隔离度＞发射信号功率-发射机允许最大反射功率，滤波器阻带衰减量＞发射信号功率-频谱仪允许最大输入功率，滤波器的通带频率为发射信号噪声频率，滤波器的阻带频率为发射信号频率；功率吸收负载的功率大于反射至该功率吸收负载信号功率的二倍。

噪声测量装置还包括隔离器单元，隔离器单元位于发射机和环行器之间，所述的隔离器单元包括至少一级隔离器。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明测量装置由于滤波器的存在，大功率信号已经被滤除，频谱仪测量带外噪声时不用担心输入信号强度过大，会损坏频谱仪。而常用的直接测量方法中，频谱仪无法忍受大功率信号；

2)本发明测量装置对待测频点的衰减量很小，不会对待测噪声造成太大的损失，因此能够最大限度的保留待测噪声，使之处于频谱仪的测量灵敏度范围内。而常用的测量方法中，采用增加衰减器衰减大功率信号来保护频谱仪时，同时也会对待测噪声造成同样的衰减，以至于待测噪声低于频谱仪的测量灵敏度，无法准确测量；

3)本发明测量装置中，发射机的输出端受到多级隔离器的保护，能够避免因反射信号功率过强而损坏发射机。传统测量方法中，待测设备缺少隔离器的保护，存在损坏设备的风险。

附图说明

图1为本发明噪声测量装置的组成原理图；

图2为本发明噪声测量装置的待测频点与强信号频点的滤波关系图一；

图3为本发明噪声测量装置的待测频点与强信号频点的滤波关系图二；

图4为本发明实施例中所得到的噪声测量装置组成原理图。

具体实施方式

大功率信号下噪声测量存在三个问题：

1)频谱仪能承受的输入功率有限，输入信号强度不能过大，否则会损坏频谱仪；

2)频谱仪测量噪声的能力有限，噪声如果太小，超出频谱仪的测量范围，则无法测量；

3)发射机能够承受的反射信号强度有限，反射回发射机中的信号不能过强，功率过大会损坏发射机。

弱信号下测量噪声，可以把信号直接送入频谱仪进行测试，既不会损坏频谱仪也不会损坏发射机。而大功率信号测量时，如果测试方法不当，就会出现以上问题。为此，本发明提出了一种如图1所示的噪声测量装置。

本发明测量装置包括隔离保护单元、滤波器和频谱仪，隔离保护单元、滤波器和频谱仪依次串接在一起。隔离保护单元包括环行器和功率吸收负载，环行器的输入端接发射机，环行器的输出端接滤波器，环行器的第三个端口接功率吸收负载，强信号的吸收工作可以由隔离保护单元完成。由滤波器阻带引起的反射信号最终会被功率吸收负载吸收。

当然，还可以在环行器和发射机之间接入隔离器单元。隔离器单元包括至少一级隔离器，目的是为了对发射机的输出端进行隔离保护，如果一级隔离不够还可以采用多级隔离，从而减轻对隔离器承受功率和隔离度的要求。常见的隔离器反向隔离度通常为20dB左右，结合隔离器的功率容量决定隔离器单元需要包含隔离器的数量。环行器和隔离器单元的作用区别在于，环行器可以更换大功率吸收负载，其侧重点在于吸收滤波器反射回来大功率信号，而隔离器单元的作用侧重于增加反向隔离度保护发射机。

图1中各个部件的功能说明如下：

隔离器：用来隔离由于滤波器阻带驻波过大引起的反射信号以保护信号源中的功率放大器件，隔离器的隔离能力有限，可以根据需要增加隔离级数；

环行器加功率吸收负载：用来吸收由于滤波器阻带驻波过大引起的强反射信号，特点是功率容量大。与隔离器分工不同，隔离器主要负责增加反向隔离度以保护发射机，而环行器加功率吸收负载则主要负责吸收大功率发射信号，所以要求吸收负载功率容量大、散热好；

滤波器：用来衰减大功率信号以保护频谱仪。

为此，各器件需要满足一定的约束条件，需要考虑的性能包括：差损、反向隔离度、阻带衰减以及功率容量等。

1)根据待测噪声指标与频谱仪的测试灵敏度确定噪声测量装置在测量通带内允许的差损，即要求经过测量装置衰减后的噪声谱密度要高于频谱仪的测量灵敏度；

测量通带差损＜待测噪声谱密度-频谱仪测量灵敏度。

2)发射信号功率减去频谱仪允许的最大输入功率得到滤波器阻带衰减量，即要求经过阻带衰减后的信号能够满足频谱仪的输入功率要求，不会损坏频谱仪；

滤波器阻带衰减量＞发射信号功率-频谱仪允许最大输入功率。

3)发射信号由滤波器阻带驻波引起反射，经过环形器、隔离器反射回发射机，要求反向隔离度大于发射信号功率减去发射机允许的最大反射功率，将需要的隔离度分配给隔离器与环形器，也即：

总的反向隔离度＞发射信号功率-发射机允许最大反射功率。

4)功率吸收负载以及各级隔离器的功率容量要求大于反射至该级吸收负载的信号功率，为确保吸收负载可靠工作，建议功率吸收负载以及各级隔离器的功率容量要求大于反射至该级吸收负载的信号功率的2倍，对所选器件需要考虑所能承受的功率以及散热；

吸收负载的功率容量＞2＊反射至该级吸收负载的信号功率。

5)对于滤波器，其通带频率为发射信号噪声频率，滤波器的阻带频率为发射信号频率。如图2所示，f₀为大功率发射信号频点、f_u为待测噪声频点、N₀为待测噪声谱密度。要求滤波器在f₀处的衰减量满足频谱仪的输入要求，滤波器可以选择带通滤波器，也可以选择带阻滤波器，目的都是要衰减f₀而使f_u通过。

实施例

以某卫星型号的噪声测量要求为输入，设计了一种噪声测量装置。表1为发射机性能指标，表2为频谱仪性能指标。

表1发射机指标

序号	发射机指标名称	指标要求
			1.	发射功率	5W
2.	发射频率	2287.5MHz
			3.	带宽	5MHz

4.	待测噪声谱密度	＜-140dBm/Hz@2076±1MHz
			5.	发射机对传输驻波要求	2∶1

表2频谱仪指标

序号	频谱仪指标名称	指标要求
			1.	测量灵敏度	-148dBm/Hz
2.	允许最大输入功率	30dBm

根据已知条件设计计算如下：

1)测量通带差损＜待测噪声谱密度-频谱仪测量灵敏度测量通带差损＜-140-(-148)＝8dB

2)滤波器阻带衰减量＞发射信号功率-频谱仪允许最大输入功率滤波器阻带衰减量＞37dBm-30dBm＝7dB

3)总的反向隔离度＞发射信号功率-发射机允许最大反射功率

发射机对传输驻波要求2∶1，根据驻波比与电压反射系数的关系知，电压反射系数为1/3。从而，

发射机允许最大反射功率＝10＊log((1/3)²＊5000)dBm＝27dBm

因此，总的反向隔离度＞37dBm-发射机允许最大反射功率＝10dB。

4)吸收负载的功率容量＞2＊反射至该级吸收负载的信号功率

由总的反向隔离度计算要求知选用1级20dB隔离度的隔离器就可以满足使用要求，所以此处要求：吸收负载的功率容量＞2＊发射信号功率＝10W

综合计算结果，得设计参数如表3所示：

表3设计参数表

根据计算结果，组成的噪声测量装置如图4所示。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种强信号下的噪声测量装置，其特征在于包括：隔离保护单元、滤波器和频谱仪，隔离保护单元、滤波器和频谱仪依次串接在一起，所述的隔离保护单元包括环行器和功率吸收负载，环行器的输入端接发射机，环行器的输出端接滤波器，环行器的第三个端口接功率吸收负载；信号测量通道满足关系式：通带差损＜发射信号噪声谱密度-频谱仪测量灵敏度，反向隔离度＞发射信号功率-发射机允许最大反射功率，滤波器阻带衰减量＞发射信号功率-频谱仪允许最大输入功率，滤波器的通带频率为发射信号噪声频率，滤波器的阻带频率为发射信号频率；功率吸收负载的功率大于反射至该功率吸收负载信号功率的二倍。

2.根据权利要求1所述的一种强信号下的噪声测量装置，其特征在于：还包括隔离器单元，隔离器单元位于发射机和环行器之间，所述的隔离器单元包括至少一级隔离器。