CN107294617A - 一种基于y因子法的接收机噪声系数修正方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法，涉及卫星转发器测试领域，步骤为：(1)获取所述接收机的镜像抑制度；(2)对Y因子法测试仪器进行校准后，通过Y因子法获取所述接收机工作频段内的噪声系数值；(3)根据步骤(1)得到的所述接收机的镜像抑制度，获取所述步骤(2)中噪声系数值对应的噪声系数补偿因子；(4)根据步骤(3)中得到的所述噪声系数补偿因子，对步骤(2)中噪声系数值进行修正。

Description

一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法

技术领域

本发明属于卫星转发器测试领域，涉及一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法。

背景技术

通信卫星转发器中的接收机作为转发器分系统第一级有源单机，其主要功能是将天线接收到的微弱射频信号进行预选、放大、变频、滤波等处理，使输出信号满足后级功率放大或信号处理的需要。噪声系数是接收机的关键性能指标之一，其决定了有效载荷的整体噪声性能和信号接收能力，也直接影响着模拟卫星系统的信噪比和数字卫星系统的误码率。因此，对接收机噪声系数的准确测量至关重要，其对卫星载荷的整体设计、地面应用系统的设计、星地通信链路的设计以及在轨实际业务的设计都具有十分重要的意义。

目前，接收机噪声系数的测试多采用Y因子法，测试原理框图如图1所示。实施过程包含校准和测试两部分：校准时，将噪声源和频谱分析仪的射频输入口直连，以测量频谱仪自身的噪声系数；测试时，将噪声源连接被测接收机的输入口，接收机输出口连接频谱分析仪的射频输入口，以测量被测接收机增益及其与频谱仪级联的噪声系数，然后通过频谱仪内置算法计算得出被测接收机的噪声系数。

接收机理论上为理想单边带变频系统，其链路中有多级射频器件，其中镜像抑制滤波器位于低噪声放大器之后、混频器之前，用来抑制镜像频段的噪声及杂散信号等。然而在实际工程中，由于微带镜像抑制滤波器调试困难，且设计人员往往更关注其工作频带内的插损、群时延和增益平坦度，因此滤波器的镜像抑制能力很难做到理想甚至会较差，这就将造成接收机的输出噪声中既包含来自射频工作频段的噪声也包含来自镜像频段的噪声。总的输出噪声功率加大，对接收机整体的噪声系数产生影响，并且对于这种影响，现有Y因子法无法准确测出，导致测量结果不同程度失真。因此针对镜像抑制度非理想的接收机来说，现有Y因子法具有很大局限性，且接收机的镜像抑制度越差，Y因子法测量结果失真越严重。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法，通过测量接收机镜像抑制度，并据此修正Y因子法测量结果，进而测算得出更为真实准确的接收机噪声系数，有效解决现有Y因子法针对镜像抑制不理想接收机噪声系数测量的局限性。对于镜像抑制度很好甚至理想的接收机，本发明也同样适用。

本发明的技术解决方案是：一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法，包括如下步骤：

(1)获取接收机的镜像抑制度；

(2)通过Y因子法获取所述接收机工作频段内的噪声系数值；

(3)根据步骤(1)得到的所述接收机的镜像抑制度，获取所述噪声系数值对应的噪声系数补偿因子；

(4)根据步骤(3)中得到的所述噪声系数补偿因子，对步骤(2)中噪声系数值进行修正。

进一步地，所述获取接收机的镜像抑制度的方法为：

获取所述接收机射频链路的增益G_r和镜像链路的增益G_m；

根据公式α＝[G_m]-[G_r]计算所述接收机的镜像抑制度，其中，α为所述接收机的镜像抑制度，[G_m]＝10lgG_m，[G_r]＝10lgG_r。

进一步地，所述获取噪声系数值对应的噪声系数补偿因子的方法为：

根据公式β＝10lg(1+10^0.1α)进行计算，其中，β为噪声系数补偿因子。

进一步地，所述对噪声系数值进行修正的方法为：

根据公式NF_实际＝NF_Y因子+β进行计算，其中，NF_实际为修正后的噪声系数值，NF_Y因子为通过Y因子法得到的噪声系数值。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明通过准确测量接收机的射频增益和镜像增益，计算得出镜像抑制度，并据此对现有Y因子法测量结果进行修正，通过测算的方式得出更为真实、可靠、精确的接收机噪声系数。该方法使得噪声系数测算结果的精确度不受镜像抑制度非理想的影响，始终能较为真实客观地反映出接收机的整体噪声性能这为卫星载荷整体研制及星地通信链路设计提供更为有力的技术支撑，为在轨工作时的通信业务质量评估提供更加可靠的参考依据。同时，本发明也可为其他非航天射频系统噪声性能评估及噪声系数测试方案设计提供技术参考与工程指导。

附图说明

图1为现有Y因子法测试方案原理框图；

图2为本发明的噪声系数测试改进方案原理框图；

图3为本发明提供的接收机内部基本结构框图。

具体实施方式

在具体说明的实现过程之前，结合图2和图3对本发明中噪声系数补偿因子的算法及补偿方式的具体推导过程进行一下解释说明：

接收机内部基本结构如图3所示，其由低噪放、镜像抑制滤波器、混频器、本振电路、中频滤波器、温度电路及高功率放大器等组成。其中，镜像抑制滤波器主要作用是抑制镜像频带内的干扰、杂波以及噪声等。若镜像抑制非理想，则镜像频段的噪声功率会混频至中频，和来自射频频段即工作频段的噪声叠加，使接收机总的输出噪声功率加大，从而对接收机噪声系数产生影响。

当镜像抑制非理想时，根据噪声系数的定义可以得出接收机实际的噪声系数为：

其中，S_i为接收机输入信号功率，S_o为接收机输出信号功率，N_i为接收机输入噪声功率，N_o为接收机输出噪声总功率，N_or为射频频段引入的中频噪声输出功率，N_om为镜像频段引入的中频噪声输出功率，T_er为接收机射频链路的等效噪声温度，T_em为接收机镜像链路的等效噪声温度，G_r为接收机射频链路的增益，G_m为接收机镜像链路的增益，B为中频滤波器带宽，T_i为接收机输入等效噪声温度，即T_i＝T₀＝290K。

而当利用现有Y因子法测试时，测试结果取决于测得的Y因子，即噪声源加、断电时，接收机输出噪声功率之比，以及噪声源固有的超噪比ENR，其中测得的Y因子为：

上式中，N_h表示噪声源加电时接收机输出噪声总功率，N_c表示噪声源断电时接收机输出噪声总功率，N_hr与N_hm分别表示噪声源加电状态下接收机的射频输出噪声功率和镜像输出噪声功率，N_cr与N_cm分别表示噪声源断电状态下接收机的射频输出噪声功率和镜像输出噪声功率。

进一步地，通过Y因子法得到的噪声系数测试结果为：

上式中，T_h为噪声源加电时的等效噪声温度，T_c为噪声源断电时的等效噪声温度，当测量处于室温时，即有T_c＝T_i＝T₀＝290K。

对比上述推导可知，Y因子法的测量结果并不完全与被测接收机实际的噪声系数相同，且有：

转化为对数形式则为：

定义接收机的镜像抑制度α为其镜像链路增益与射频链路增益之差，单位为dB，即有α＝[G_m]-[G_r]，则上式可以转化为：

NF_实际＝NF_Y因子+10lg(1+10^0.1α)

从上式可以看出，接收机实际噪声系数与Y因子法测量结果之间存在偏差，且此偏差与接收机镜像抑制度满足一定数学关系，可以算得，当镜像抑制度仅为-5dB时，Y因子法测量结果的失真达到了1.2dB，失真非常严重。因此本发明提出通过准确测得接收机镜像抑制度，从而利用其对Y因子法测试结果进行补偿，最终得出更为精确可信的噪声系数。

下面以实施例的形式对本发明的实现过程进行详细阐述：

以下实施例中，噪声源选用Agilent 346A；频谱仪选用Agilent PSA E4447A，并且带有Noise Figure选件；信号源选用Agilent E8257D。如若采用其他型号测试设备，需注意：噪声源的ENR要求选择为5-8dB，信号源要求产生信号的频率覆盖接收机的射频输入频段及镜像频段，频谱仪要求具备噪声系数测量选件，且测量频率要求覆盖接收机中频频段，实现步骤和下文所述类似。

本发明的实现步骤如下：

1、获取所述接收机的镜像抑制度。

其中，本发明通过求取接收机的镜像链路增益与射频链路增益之差来获得镜像抑制度。

首先连接测试仪器。将信号源前面板的RF输出端口通过电缆1连接至待测接收机的RF输入端口，将待测接收机的IF输出端口通过电缆2连接至频谱仪的RF输入端口，将信号源后面板的Ref In端口通过BNC线缆连接至频谱仪后面板的10MHz OUT端口，同时在频谱仪的<system>中将<Reference>设置为<Int>，将<10MHz Out>设置为<On>，以为信号收发仪器建立统一时基。

接着分别测量接收机射频链路和镜像链路的增益。将信号源的输出信号频率设置为接收机射频输入频段即上行工作频段的工作频率，将信号源的输出信号电平设置为待测接收机线性工作段的输入电平，将信号源射频状态设置为<RF on>。将频谱仪的中心频率设置为待测接收机的输出中频频率，将<Span>设置为5MHz，将<RBW>设置为10KHz，将<VBW>设置为1KHz，将频谱仪设置<Peak Search>，读取频谱仪peak点的功率值，记为A(dBm)；将信号源的输出信号频率更改设置与接收机工作频率相对应的镜像频率，其余设置不变，频谱仪重新设置<Peak Search>，读取频谱仪peak点的功率值，记为B(dBm)。

最后计算B-A，并将结果记为α，单位为dB，因此α即可认为是待测接收机的镜像链路增益与射频链路增益之差，也即为接收机镜像抑制度。其中，电缆1要求尽可能短，以降低电缆1在射频频率与镜像频率下插损的略微差别对接收机镜像抑制度测量结果带来的误差。

镜像抑制度的测量结果将用于后续步骤中的噪声系数结果补偿。

2、对Y因子法测试仪器进行校准

需要说明的是，利用Y因子法测量接收机噪声系数前，需要对测试仪器进行校准，以剔除测试系统自身的噪声系数。

首先连接测试仪器。将噪声源的BNC的接口通过BNC电缆连接至频谱仪后面板上的Noise Source DRIVE OUT+28V(Pulsed)端口，将噪声源的射频接头通过电缆2连接至频谱仪的RF输入端口。

然后进行频谱仪设置。对频谱仪进行复位Preset，将频谱仪的<Mode>设置为<Noise Figure>测量模式，在<Mode Setup→DUT Setup>中设置为<DownConv>，将<LOFrequency>设置为待测接收机的内嵌本振频率，将<Side band>设置为<USB>，将<Frequency Context>设置为<IF Context>，在<Frequency Channel>中设置<Freq mode>为<Sweep>，设置<start freq>为待测接收机输出中频的起始频率，设置<stop freq>为待测接收机输出中频的终止频率，设置<Point>为11。

接着录入噪声源的超噪比。在<measure setup>中选择<ENR>，将<ENR Mode>设置为<Table>格式，在<Meas&Cal Table>中将噪声源各个频点处的超噪比，在噪声源表面贴有标识，录入频谱仪。

最后进行校准。在<measure setup→ENR>中，点击<Cal ibrate>，频谱仪开始进行自动校准。校准完成后，频谱仪显示屏右上方显示绿色的“corr”。

3、用Y因子法获取所述接收机工作频段内的噪声系数值。

首先将待测接收机连入测试系统。保持噪声源BNC接口与频谱仪后面板NoiseSource DRIVE OUT+28V(Pulsed)端口的连接不变，将噪声源的射频接头与待测接收机的RF输入端口直连，将待测接收机的IF输出端口通过电缆2连接至频谱仪的RF输入端口。

接着保持频谱仪的设置不变，与步骤2中校准完成后的状态一致，同时开启测量平均，在<Meas Setup→Average>中将平均状态设置为On，将平均次数设置为10。

最后显示测量结果。在<View/Display>中选择<Table>格式，以列表的方式显示接收机工作频段内的各个点的噪声系数值，并记录待测工作频点的值为NF_Y因子，单位为dB。

4、计算噪声系数补偿因子，并根据噪声系数补偿因子计算修正后的噪声系数值。

步骤1中得出待测接收机的镜像抑制度α，由此按照如下公式计算噪声系数补偿因子β。

β＝10×lg(1+10^0.1α)

步骤3中得出接收机噪声系数的Y因子法测量结果NF_Y因子，由此及β按照如下公式修正噪声系数测试值。

NF_实际＝NF_Y因子+β

因此，最终的NF_实际即为修正完之后的准确且真实的接收机噪声系数，其能有效反映出镜像抑制非理想对噪声系数带来的影响。

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 (4)

1.一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取接收机的镜像抑制度；

(2)通过Y因子法获取所述接收机工作频段内的噪声系数值；

(3)根据步骤(1)得到的所述接收机的镜像抑制度，获取所述噪声系数值对应的噪声系数补偿因子；

(4)根据步骤(3)中得到的所述噪声系数补偿因子，对步骤(2)中测得的所述噪声系数值进行修正。

2.根据权利要求1所述的一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法，其特征在于，所述获取接收机的镜像抑制度的方法为：

获取所述接收机射频链路的增益G_r和镜像链路的增益G_m；

根据公式α＝[G_m]-[G_r]计算所述接收机的镜像抑制度，其中，α为所述接收机的镜像抑制度，[G_m]＝10lgG_m，[G_r]＝10lgG_r。

3.根据权利要求2所述的一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法，其特征在于，所述获取噪声系数值对应的噪声系数补偿因子的方法为：

根据公式β＝10lg(1+10^0.1α)进行计算，其中，β为噪声系数补偿因子。

4.根据权利要求3所述的一种基于Y因子法的接收机噪声系数修正方法，其特征在于，所述对噪声系数值进行修正的方法为：

根据公式NF_实际＝NF_Y因子+β进行计算，其中，NF_实际为修正后的噪声系数值，NF_Y因子为通过Y因子法得到的噪声系数值。