CN105187136A - 一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统及方法 - Google Patents

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缪丽
何月
陆彬
钟伟
黄昆
李惠萍
邓贤进
成彬彬
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Abstract

本发明公开了一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统及方法，该系统包括中频链路和功率计，中频链路的输出端连接至功率计的检测端口；所述中频链路包括衰减器、隔离器、放大模块、带通滤波器，衰减器的输入端连接待检测的太赫兹接收机的中频信号端口，衰减器的输出端连接至隔离器的输入端，隔离器的输出端连接至放大模块的输入端，放大模块的输出端通过电缆连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接至功率计；根据测试结果计算出混频器的双边带变频损耗和双边带等效噪声温度；本发明均采用固定中频调本振方式，可避免测试频率不同步的问题、测试误差，也可避免整个系统在传统测试方法下因无法连续工作而导致物理特性的变化。

Description

一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统及方法
技术领域
本发明属于太赫兹技术领域，特别是一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统及方法。
技术背景
随着相干检测器工作频段上升至太赫兹，亟待解决的核心问题之一即如何在该频段完整标定器件的性能。传统且成熟的测试方法是将器件的变频损耗和噪声温度放在不同的系统和条件下分别进行，变频损耗的测试是通过倍频链路，或直接由信号源输出射频信号馈入，而后通过频谱仪或功率计检测中频信号，继而计算功率差值。而噪声温度的测试原理是采用Y因子法进行测试，Y因子是接收机在不同负载温度环境下（通常为冷热负载Tcold及Thot）输出功率的比值，其数值大于1。接收机中，混频器的变频损耗和噪声温度性能是直接影响接收机整机性能的，若采用上述方法来测试一个混频器的这两个性能，其基本原理可描述如下：
设定混频器的双边带变频损耗测试结果为LMix，增益为GMix；
将接收机接热负载Thot时接收噪声为：
(1)
其中G、Te和B分别为接收机增益、噪声温度和带宽。
接冷负载Tcold时接收噪声为：
(2)
则Y因子系数可计算为：
(3)
从而，可得接收机噪声温度为：
(4)
又知，接收机整体噪声温度为：
(5)
这里TIF为中频第一级放大器的噪声温度（默认后级器件的噪声温度对整个系统影响很小，可忽略不计），则混频器的双边带噪声温度为：
(6)
从上述公式的推倒结果可以看出，混频器变频损耗和噪声温度这两个指标互相依赖，互相制约，噪声温度测试的前提需要先知道变频损耗的值。那么，问题就出现了，我们知道射频器件的测试即使在同一环境。同一测试平台下，不同时间都会存在一定差异，更何况这里的变频损耗和噪声温度是在不同环境和不同的测试系统中分别测试得到。因此，不难看出，用这种传统的测试方法来测试器件的性能是存在固有缺陷的，它无法准确的对器件性能进行定性定量的标定，传统方法在对变频损耗的测试过程中，大多采用固定本振信号进行测试，而噪温测试又是固定中频，则会存在测试频率不同步的现象。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术问题，提供了一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统及方法，可实现器件变频损耗和等效噪声温度的同时测量。
本发明的技术方案如下：
一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统，其特征在于：包括中频链路和功率计，中频链路的输出端连接至功率计检测端口；所述中频链路包括衰减器（Attenuator）、隔离器（Isolator）、放大模块（Amplifers）、带通滤波器（BPF）和电缆，衰减器的输入端通过电缆连接待检测的太赫兹接收机的中频信号端口，衰减器的输出端通过电缆连接至隔离器的输入端，隔离器的输出端通过电缆连接至放大模块的输入端，放大模块的输出端通过电缆连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端通过电缆连接至功率计。
所述衰减器包括第一级衰减器、第二级衰减器、……、第n级衰减器，其中第一级衰减器为可调式衰减器，其他级衰减器均为固定衰减器，其中n为正整数。
所述放大模块采用两个或两个以上放大器级联的结构，采用这种结构可以保证链路增益。
所述带通滤波器用于选择中频链路的带宽。
对于具体的系统或混频器而言，性能参数（等效噪温T和增益G）为恒定值，若将待测试太赫兹接收机级联于不同的中频链路，就可得到不同的等效噪声温度，从而建立一个二元一次方程组计算出混频器的等效噪声温度和变频损耗。
本测试系统的原理则是通过改变第一级衰减器的衰减值分别测试两种不用衰减值对应的Y因子，从而建立一个二元一次方程组，根据测试结果计算出混频器的双边带变频损耗和双边带等效噪声温度。
所述测试系统的具体测试步骤如下：
第1步，采用噪声分析仪测试中频链路对应不同衰减值的噪声系数，记录下第一级衰减器对应不同衰减值时整个中频链路的噪声系数，并根据公式可计算出等效噪声温度分别为TIF_0和TIF_1；
第2步，将中频链路连接至太赫兹接收机的中频信号端口，假使此时中频链路的噪声温度为TIF_0对应的状态；然后将太赫兹接收机的射频信号输入端分别置于室温环境温度及高温环境温度下，分别记录下两种温度环境的中频链路的输出功率P，通过Y因子法计算得到该状态下太赫兹接收机的等效噪声温度为Trec_0；
第3步，将中频链路的第一级衰减器的值改变至TIF_1对应的状态，然后将太赫兹接收机的射频信号输入端分别置于室温环境温度及高温环境温度下，分别记录下两种温度环境的中频链路的输出功率P，通过Y因子法计算得到该状态下太赫兹接收机的另一等效噪声温度为Trec_1；
第4步，通过太赫兹接收机整体噪声温度公式联立二元一次方程式，则计算得到待测试太赫兹接收机的两个重要参数：等效噪声温度TMix和增益GMix；继而，计算出待测试太赫兹接收机的变频损耗LMix。
第2步中所述通过Y因子法计算得到该状态下待测试太赫兹接收机的等效噪声温度为Trec_0采用的公式是：其中：Thot表示高温环境的温度，Tcold表示室温环境下的温度，Thot和Tcold均为华氏温度表示；Y为高温下中频链路的输出功率Phot减去室温下中频链路的输出功率Pcold的值。
第4步中所述的太赫兹接收机整体噪声温度公式为：
。
第4步中所述的二元一次方程式为：
。
第4步中所述计算待测试太赫兹接收机的变频损耗的公式为：
。
本测试系统中，引入第一级可调式衰减器，实现了中频链路不用拆卸便可实现可控式功能；本测试系统就可实现接收机在同一输入，同一状态下两个重要性能的同时测试，避免了传统分开测试引入的不确定性。
本发明的有益效果如下：
本发明均采用固定中频调本振的方式，可避免测试频率不同步的问题，还可避免传统测试方法因拆卸安装过程繁琐耗而引发的测试误差，也可避免整个系统在传统测试方法下因无法连续工作而导致物理特性的变化。
附图说明
图1为本发明的原理结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统包括中频链路和功率计，中频链路的输出端连接至功率计检测端口；所述中频链路包括衰减器（Attenuator）、隔离器（Isolator）、放大模块（Amplifers）、带通滤波器（BPF）和电缆，衰减器的输入端通过电缆连接待检测的太赫兹接收机的中频信号端口，衰减器的输出端通过电缆连接至隔离器的输入端，隔离器的输出端通过电缆连接至放大模块的输入端，放大模块的输出端通过电缆连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端通过电缆连接至功率计。
所述衰减器包括第一级衰减器、第二级衰减器、……、第n级衰减器，其中第一级衰减器为可调式衰减器，其他级衰减器均为固定衰减器，其中n为正整数。
所述放大模块采用两个或两个以上放大器级联的结构，采用这种结构可以保证链路增益。
所述带通滤波器用于选择中频链路的带宽。
对于具体的系统或混频器而言，性能参数（等效噪温T和增益G）为恒定值，若将待测试太赫兹接收机级联于不同的中频链路，就可得到不同的等效噪声温度，从而建立一个二元一次方程组计算出混频器的等效噪声温度和变频损耗。
适用于所述测试系统的测试方法的具体步骤如下：
第1步，采用噪声分析仪测试中频链路对应不同衰减值的噪声系数，，记录下第一级衰减器对应不同衰减值时整个中频链路的噪声系数，并根据公式可计算出等效噪声温度分别为TIF_0和TIF_1；
第2步，将中频链路按照图1所示连接至太赫兹接收机的中频信号端口，假使此时中频链路的噪声温度为TIF_0对应的状态；然后将太赫兹接收机的射频信号输入端分别置于室温环境温度及高温环境温度下，分别记录下两种温度环境的中频输出功率，通过Y因子法计算得到该状态下接收机的等效噪声温度为Trec_0；
第3步，将中频链路的第一级衰减器的值改变至TIF_1对应的状态，重复步骤2中的操作，则可得到太赫兹接收机的另一等效噪声温度为Trec_1；
第4步，通过太赫兹接收机整体噪声温度公式联立二元一次方程式，则计算得到待测试太赫兹接收机的两个重要参数：等效噪声温度TMix和增益GMix；继而，计算出待测试太赫兹接收机的变频损耗LMix。
第2步中所述通过Y因子法计算得到该状态下待测试太赫兹接收机的等效噪声温度为Trec_0采用的公式是：，其中：Thot表示高温环境的温度，Tcold表示室温环境下的温度，Thot和Tcold均为华氏温度表示，例如室温为20°，那么Tcold=270+20=290；Y为高温下中频链路的输出功率Phot减去室温下中频链路的输出功率Pcold的值。
第4步中所述的太赫兹接收机整体噪声温度公式为：
。
第4步中所述的二元一次方程式为：
。
第4步中所述计算待测试太赫兹接收机的变频损耗的公式为：
。
本测试系统中，引入第一级可调式衰减器，实现了中频链路不用拆卸便可实现可控式功能；本测试系统就可实现接收机在同一输入，同一状态下两个重要性能的同时测试，避免了传统分开测试引入的不确定性。

Claims (9)

1.一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统，其特征在于：包括中频链路和功率计，中频链路的输出端连接至功率计的检测端口；所述中频链路包括衰减器、隔离器、放大模块、带通滤波器和电缆，衰减器的输入端通过电缆连接待检测的太赫兹接收机的中频信号端口，衰减器的输出端通过电缆连接至隔离器的输入端，隔离器的输出端通过电缆连接至放大模块的输入端，放大模块的输出端通过电缆连接至带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端通过电缆连接至功率计。
2.根据权利要求1所述的一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统，其特征在于：所述衰减器包括第一级衰减器、第二级衰减器、……、第n级衰减器，其中第一级衰减器为可调式衰减器，其他级衰减器均为固定衰减器，其中n为正整数。
3.根据权利要求1所述的一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统，其特征在于：所述放大模块采用两个或两个以上放大器级联的结构。
4.根据权利要求1所述的一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统，其特征在于：所述带通滤波器用于选择中频链路的带宽。
5.适用于权利要求1-4任意一项所述的一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试系统的测试方法，其特征在于具体测试步骤如下：
第1步，采用噪声分析仪测试中频链路对应不同衰减值的噪声系数，记录下第一级衰减器对应不同衰减值时整个中频链路的噪声系数N，并根据公式计算出等效噪声温度分别为TIF_0和TIF_1；
第2步，将中频链路连接至太赫兹接收机的中频信号端口，假使此时中频链路的噪声温度为TIF_0对应的状态；然后将太赫兹接收机的射频信号输入端分别置于室温环境温度及高温环境温度下，分别记录下两种温度环境的中频链路的输出功率P，通过Y因子法计算得到该状态下太赫兹接收机的等效噪声温度为Trec_0；
第3步，将中频链路的第一级衰减器的值改变至TIF_1对应的状态，然后将太赫兹接收机的射频信号输入端分别置于室温环境温度及高温环境温度下，分别记录下两种温度环境的中频链路的输出功率P，通过Y因子法计算得到该状态下太赫兹接收机的另一等效噪声温度为Trec_1；
第4步，通过太赫兹接收机整体噪声温度公式联立二元一次方程式，则计算得到待测试太赫兹接收机的两个重要参数：等效噪声温度TMix和增益GMix；继而，计算出待测试太赫兹接收机的变频损耗LMix。
6.根据权利要求5所述的一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试方法，其特征在于：第2步中所述通过Y因子法计算得到该状态下待测试太赫兹接收机的等效噪声温度为Trec_0采用的公式是：，其中：Ttotal表示太赫兹接收机整体噪声温度，Thot表示高温环境的温度，Tcold表示室温环境下的温度，Thot和Tcold均为华氏温度表示；Y为高温下中频链路的输出功率Phot减去室温下中频链路的输出功率Pcold的值。
7.根据权利要求6所述的一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试方法，其特征在于：第4步中所述的太赫兹接收机整体噪声温度公式为：,其中：Ttotal表示太赫兹接收机整体噪声温度。
8.根据权利要求7所述的一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试方法，其特征在于：第4步中所述的二元一次方程式为：
。
9.根据权利要求5所述的一种适用于太赫兹接收机的噪声温度测试方法，其特征在于：第4步中所述计算待测试太赫兹接收机的变频损耗的公式为：。
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