CN103954851A - 一种噪声系数测量方法及噪声系数标准器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种噪声系数测量方法及噪声系数标准器，属于测量技术领域。所述方法包括：提供一噪声系数标准器，噪声系数标准器在各个低频频点的噪声系数为定值；采用噪声系数测量仪对噪声系数标准器进行测量，得到噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数测量值；采用噪声系数测量仪对待测器件进行测量，得到待测器件在待测低频频点的噪声系数测量值；根据噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数定值、噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数测量值、以及待测器件在待测低频频点的噪声系数测量值，计算待测器件在待测低频频点的噪声系数。本发明解决了现有技术不能对器件的低频噪声系数进行测量的问题。

Description

一种噪声系数测量方法及噪声系数标准器

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种噪声系数测量方法及噪声系数标准器。

背景技术

器件的噪声系数是指器件输入端的信噪比与器件输出端的信噪比的比值，用于衡量该器件本身的噪声水平。

现在通常采用如下方法测量器件的噪声系数：分别将待测器件的输入端分别接入噪声温度已知的高温噪声源和低温噪声源，并采用功率指示计测量待测器件输出端的功率；按照如下公式计算待测器件的噪声系数：其中，F为噪声系数，T_h为高温噪声源的噪声温度，P_h为待测器件接入高温噪声源时功率指示计测得的功率，P_c为待测器件接入低温噪声源时功率指示计测得的功率，T_c为低温噪声源的噪声温度，T₀为标准噪声温度，T₀=290K。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的高温噪声源和低温噪声源工作的频率范围为10MHz-26.5GHz，因此该方法只能测得器件的高频（频率大于10MHz的频段）噪声系数，不能对器件的低频（频率小于10MHz的频段）噪声系数进行测量。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种噪声系数测量方法及噪声系数标准器。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种噪声系数测量方法，所述方法包括：

提供一噪声系数标准器，所述噪声系数标准器在各个低频频点的噪声系数为定值，所述噪声系数标准器包括输入匹配单元、第一级放大电路、以及输出匹配单元，所述第一级放大电路分别与所述输入匹配单元和所述输出匹配单元连接，所述第一级放大电路包括多个并联的运算放大器；

采用噪声系数测量仪对所述噪声系数标准器进行测量，得到所述噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数测量值；

采用所述噪声系数测量仪对待测器件进行测量，得到所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数测量值；

根据所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数定值、所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数测量值、以及所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数测量值，计算所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数。

可选地，所述低频频点的范围为20Hz-100kHz。

在本发明的一种可能的实现方式中，所述根据所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数定值、所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数测量值、以及所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数测量值，计算所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数，包括：

按照如下公式计算所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数：

x=x’+（a-a’）；

其中，x为所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数，x’为所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数测量值，a为所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数定值，a’为所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数测量值。

优选地，所述运算放大器的个数为4。

在本发明的另一种可能的实现方式中，所述标准器还包括第二级放大电路，所述第二级放大电路串联在所述第一级放大电路和所述输出匹配单元之间。

可选地，所述噪声系数标准器还包括电源电路，所述电源电路包括二次稳压电路和双T工频陷波器，所述二次稳压电路通过所述双T工频陷波器与所述第一级放大电路电连接。

另一方面，本发明实施例提供了一种噪声系数标准器，所述噪声系数标准器包括输入匹配单元、第一级放大电路、以及输出匹配单元，所述第一级放大电路分别与所述输入匹配单元和所述输出匹配单元连接，所述第一级放大电路包括多个并联的运算放大器。

优选地，所述运算放大器的个数为4。

优选地，所述噪声系数标准器还包括第二级放大电路，所述第二级放大电路串联在所述第一级放大电路和所述输出匹配单元之间。

可选地，所述噪声系数标准器还包括电源电路，所述电源电路包括二次稳压电路和双T工频陷波器，所述二次稳压电路通过所述双T工频陷波器与所述第一级放大电路电连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在各个低频频点的噪声系数为定值的噪声系数标准器，对采用噪声系数测量仪测得的待测器件在待测低频频点的噪声系数测量值进行校正，从而得到待测器件在待测低频频点的噪声系数的准确值，解决了现有技术不能对器件的低频噪声系数进行测量的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的标准器的电路图；

图2是本发明实施例一提供的电源电路的电路图；

图3是本发明实施例一提供的双T工频陷波器的电路图；

图4是本发明实施例二提供的一种噪声系数测量方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种噪声系数标准器，参见图1，所述噪声系数标准器包括输入匹配单元1、第一级放大电路2、以及输出匹配单元3，第一级放大电路2分别与输入匹配单元1和输出匹配单元3电连接，第一级放大电路包括多个并联的运算放大器。

优选地，多个并联的运算放大器可以为集成贴片元件。

优选地，运算放大器的个数为4，可以在降低第一级放大电路噪声水平的同时，使用尽可能少的运算放大器，降低噪声系数标准器的成本。

具体地，第一级放大电路2包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、第一电阻R1、以及第二电阻R2。第一运算放大器U1的同相输入端分别与第二运算放大器U2的同相输入端、第三运算放大器U3的同相输入端和第四运算放大器U4的同相输入端连接，第一运算放大器U1的反相输入端分别与第二运算放大器U2的反相输入端、第三运算放大器U3的反相输入端和第四运算放大器U4的反相输入端连接，第一运算放大器U1的输出端分别与第二运算放大器U2的输出端、第三运算放大器U3的输出端和第四运算放大器U4的输出端连接。第一电阻R1的一端与第四运算放大器U4的反相输入端连接，第一电阻R1的另一端与第四运算放大器U4的输出端连接。第二电阻R2的一端与第四运算放大器U4的反相输入端连接，第二电阻R2的另一端接地。

可以理解地，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、以及第四运算放大器U4是相同型号的运算放大器。第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、以及第四运算放大器U4并联，与单个运算放大器相比，放大效果相同，热噪声电压降低了。当输入阻抗较小时，电流热噪声的影响很小。另外，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、第一电阻R1、以及第二电阻R2组成同相运算放大电路，可以获得较大的电压增益。

具体地，输入匹配单元1和输出匹配单元3可以为∏型电阻网络。

更具体地，输入匹配单元1包括第三电阻R3、第四电阻R4、以及第五电阻R5。第三电阻R3的一端为输入端，第三电阻R3的另一端为输出端。第四电阻R4的一端与输入端连接，第四电阻R4的另一端接地。第五电阻R5的一端与输出端连接，第五电阻R5的另一端接地。

其中，第三电阻R3、第四电阻R4、以及第五电阻R5用于输入信号的阻抗匹配、噪声源电阻匹配。

输出匹配单元3包括第六电阻R6、第七电阻R7、以及第八电阻R8。第六电阻R6的一端为输入端，第六电阻R6的另一端为输出端。第七电阻R7的一端与输入端连接，第七电阻R7的另一端接地。第八电阻R8的一端与输出端连接，第八电阻R8的另一端接地。

其中，第六电阻R6、第七电阻R7、以及第八电阻R8用于输出信号的阻抗匹配。

进一步地，噪声系数标准器还可以包括第二级放大电路4，第二级放大电路4串联在第一级放大电路2和输出匹配单元之间，便于信号的检测。

可选地，第二级放大电路4可以包括一个运算放大器。

具体地，第二级放大电路4包括第五运算放大器U5、第九电阻R9、第十电阻R10、以及第十一电阻R11。第五运算放大器U5的反相输入端分别与第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端连接，第十电阻R10的另一端与第五运算放大器U5的输出端连接。第五运算放大器U5的同相输入端与第十一电阻R11的一端连接，第十一电阻R11的另一端接地。

可以理解地，第五运算放大器U5为与第一运算放大器U1相同型号的运算放大器。第五运算放大器U5、第九电阻R9、第十电阻R10、以及第十一电阻R11组成反相运算放大电路，进一步增大了电压增益。

需要说明的是，上述运算放大器均为在低频应用的运算放大器。

可选地，噪声系数标准器还可以包括电源电路，电源电路包括二次稳压电路，二次稳压电路分别与第一级放大电路2和第二级放大电路4中运算放大器的电源输入端电连接。二次稳压电路可以降低电源纹波干扰，减少带给第一级放大电路的噪声。

具体地，参见图2，电源电路包括第一稳压器ADJ1、第二稳压器ADJ2、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、以及第二十一电阻R21。第一稳压器ADJ1的输入端接电源的正极，第一稳压器ADJ1的输出端接运算放大器的正电源输入端，第二稳压器ADJ2的输入端接电源的负极，第二稳压器ADJ2的输出端接运算放大器的负电源输入端。

第五电容C5与第六电容C6并联，并联的一端接第一稳压器ADJ1的输入端，并联的另一端接地。第十八电阻R18的一端接第一稳压器ADJ1的接地端，第十八电阻R18的另一端接地。第二十电阻R20的一端接第一稳压器ADJ1的输出端，第二十电阻R20的另一端接第一稳压器ADJ1的接地端。第九电容C9与第十电容C10并联，并联的一端接第一稳压器ADJ1的输出端，并联的另一端接地。

第七电容C7与第八电容C8并联，并联的一端接第二稳压器ADJ2的输入端，并联的另一端接地。第十九电阻R19的一端接第二稳压器ADJ2的接地端，第十九电阻R19的另一端接地。第二十一电阻R21的一端接第二稳压器ADJ2的输出端，第二十一电阻R21的另一端接第二稳压器ADJ2的接地端。第十一电容C11与第十二电容C12并联，并联的一端接第二稳压器ADJ2的输出端，并联的另一端接地。

进一步地，电源电路还可以包括双T工频陷波器，双T工频陷波器与二次稳压电路电连接。双T工频陷波器可以跟踪工频的波动，调整电源的陷波点，从而达到对工频的抑制作用。

具体地，参见图2，双T工频陷波器包括第六运算放大器U6、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、以及第四电容C4。第十二电阻R12的一端通过第十三电阻R13与第六运算放大器U6的反相输入端连接，第十二电阻R12的另一端与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端通过第二电容C2与第六运算放大器U6的反相输入端连接。第十四电阻R14的一端分别与第一电容C1、第二电容C2连接，第十四电阻R14的另一端与第六运算放大器U6的输出端。第三电容C3的一端分别与第十二电阻R12、第十三电阻R13连接，第三电容C3的另一端与第六运算放大器U6的输出端连接。第十五电阻R15的一端与第六运算放大器U6的同相输入端连接，第十五电阻R15的另一端与第六运算放大器U6的输出端连接。第十七电阻R17的一端通过第十六电阻R16与第六运算放大器U6的同相输入端连接，第十七电阻R17的另一端与第六运算放大器U6的输出端连接。第四电容C4的一端分别与第十六电阻R16和第十七电阻R17连接，第四电容C4的另一端接地。

可选地，噪声系数标准器还可以包括用于保持所述第一级放大电路周围环境温度恒定的恒温控制电路，恒温控制电路可以保证第一级放大电路环境温度的恒定，减少因温度引起的噪声系数的漂移，提高了噪声系数标准器的稳定性和可靠性。

具体地，恒温控制电路可以包括温度传感器、温度比较电路和降温设备，温度传感器、温度比较电路和降温设备依次电连接。

进一步地，降温设备可以为风扇。

可选地，噪声系数标准器还可以包括屏蔽盒，屏蔽盒中设有多层铍镆合金和铜皮，噪声系数标准器中的元器件均设置在屏蔽盒中，使噪声系数标准器具有良好的抗外界噪声干扰的能力。

可以理解地，噪声系数标准器中的元器件在组装前，均进行了高温老化的筛选处理。

本发明实施例提供的噪声系数标准器包括输入匹配单元、第一级放大电路、以及输出匹配单元，第一级放大电路分别与输入匹配单元和输出匹配单元连接，第一级放大电路包括多个并联的运算放大器，该噪声系数标准器在各个低频频点的噪声系数为定值，因此可以采用该噪声系数标准器进行器件的低频噪声系数的测量，解决了现有技术不能对器件的低频噪声系数进行测量的问题。

实施例二

本发明实施例提供了一种噪声系数测量方法，参见图3，该方法包括：

步骤101：提供一噪声系数标准器。该标准器可以为实施例一中的标准器，其结构在此不再赘述。

在本实施例中，该噪声系数标准器在各个低频频点的噪声系数为定值。噪声系数标准器在不同低频频点的噪声系数可以不同。

具体地，低频频点的范围可以为20Hz-100kHz。

优选地，在步骤101之前，该方法还可以包括步骤：按照国家标准对噪声系数标准器进行考核，获得噪声系数标准器在各个低频频点的噪声系数定值。

可以理解地，按照国家标准对噪声系数标准器进行考核时，将噪声系数标准器置于温度和湿度均控制在一定范围内的环境中，以保证噪声系数标准器性能的稳定。通过对噪声系数标准器的长期稳定性进行考核、统计、分析，得到噪声系数标准器短期指标和长期指标的特性，进而确定噪声系数标准器在各个低频频点的噪声系数定值。

步骤102：采用噪声系数测量仪对噪声系数标准器进行测量，得到噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数测量值。

步骤103：采用该噪声系数测量仪对待测器件进行测量，得到待测器件在待测低频频点的噪声系数测量值。

步骤104：根据噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数定值、噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数测量值、以及待测器件在待测低频频点的噪声系数测量值，计算待测器件在待测低频频点的噪声系数。

具体地，步骤104可以包括：

按照如下公式计算待测器件在所述待测低频频点的噪声系数：

x=x’+（a-a’）；

其中，x为待测器件在待测低频频点的噪声系数，x’为待测器件在待测低频频点的噪声系数测量值，a为噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数定值，a’为噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数测量值。

本发明实施例通过在各个低频频点的噪声系数为定值的噪声系数标准器，对采用噪声系数测量仪测得的待测器件在待测低频频点的噪声系数测量值进行校正，从而得到待测器件在待测低频频点的噪声系数的准确值，解决了现有技术不能对器件的低频噪声系数进行测量的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种噪声系数测量方法，其特征在于，所述方法包括：

提供一噪声系数标准器，所述噪声系数标准器在各个低频频点的噪声系数为定值，所述噪声系数标准器包括输入匹配单元、第一级放大电路、以及输出匹配单元，所述第一级放大电路分别与所述输入匹配单元和所述输出匹配单元连接，所述第一级放大电路包括多个并联的运算放大器；

采用噪声系数测量仪对所述噪声系数标准器进行测量，得到所述噪声系数标准器在待测低频频点的噪声系数测量值；

采用所述噪声系数测量仪对待测器件进行测量，得到所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数测量值；

根据所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数定值、所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数测量值、以及所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数测量值，计算所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低频频点的范围为20Hz-100kHz。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数定值、所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数测量值、以及所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数测量值，计算所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数，包括：

按照如下公式计算所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数：

x=x’+（a-a’）；

其中，x为所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数，x’为所述待测器件在所述待测低频频点的噪声系数测量值，a为所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数定值，a’为所述噪声系数标准器在所述待测低频频点的噪声系数测量值。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述运算放大器的个数为4。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述噪声系数标准器还包括第二级放大电路，所述第二级放大电路串联在所述第一级放大电路和所述输出匹配单元之间。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述噪声系数标准器还包括电源电路，所述电源电路包括二次稳压电路和双T工频陷波器，所述二次稳压电路通过所述双T工频陷波器与所述第一级放大电路电连接。

7.一种噪声系数标准器，其特征在于，所述噪声系数标准器包括输入匹配单元、第一级放大电路、以及输出匹配单元，所述第一级放大电路分别与所述输入匹配单元和所述输出匹配单元连接，所述第一级放大电路包括多个并联的运算放大器。

8.根据权利要求7所述的噪声系数标准器，其特征在于，所述运算放大器的个数为4。

9.根据权利要求7或8所述的噪声系数标准器，其特征在于，所述噪声系数标准器还包括第二级放大电路，所述第二级放大电路串联在所述第一级放大电路和所述输出匹配单元之间。

10.根据权利要求7或8所述的噪声系数标准器，其特征在于，所述噪声系数标准器还包括电源电路，所述电源电路包括二次稳压电路和双T工频陷波器，所述二次稳压电路通过所述双T工频陷波器与所述第一级放大电路电连接。