CN108802510A - 一体化噪声参数测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化噪声参数测量装置及测量方法，属于电子测试技术领域，本装置包括S参数测量模块、电子阻抗调配器Zx、噪声测量模块和本振源；S参数测量模块，包括信号源、参考耦合器CR1、参考耦合器CR2、参考测量接收机R1、参考测量接收机R2、端口耦合器CP1、端口耦合器CP2、测量接收机A和测量接收机B；噪声测量模块，包括开关电路SW和噪声功率测量电路NR；端口耦合器CP1连接端口1，端口耦合器CP2连接端口2；本方法将S参数测量模块、噪声测量模块、电子阻抗调配器和本振源集成到一个机箱中，可同时实现被测件的噪声参数、噪声系数和S参数快速精确测量，具有校准方便、测量精度高、速度快等优点。

Description

一体化噪声参数测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于电子测试技术领域，具体涉及一种一体化噪声参数测量装置及测量方法。

背景技术

任何电路系统都会产生噪声，从而限制电路和系统接收和处理微弱信号的能力。噪声系数是量化接收机处理微弱信号能力最为重要的参数之一，微波毫米波通信、雷达、导航、精密制导等电子设备和装备的技术进步都和日益改良的接收机技术密切相关，其中很重要的一个方面就是尽可能减少接收机自身产生的噪声，降低噪声系数。而要实现这一目标就必须清楚影响噪声系数大小的各相关因素，这些因素可以用等式(1)所示的模型来描述：

等式(1)描述了电路网络源端口实际呈现的反射系数为Γ_S时，网络噪声系数F的大小。在等式(1)中,F_min称为最小噪声系数，是一个标量，表示通过采用最优匹配设计后电路网络所能达到的最小噪声系数。Γ_opt称为最优源反射系数，表示网络呈现最小噪声系数时源端口对应的反射系数的大小，Γ_opt＝Γ_optr+Γ_opti,是一个矢量，包含实部和虚部信息。R_n称为噪声电阻，表示当源端口反射系数Γ_s偏离最优源反射系数Γ_opt时，网络噪声系数恶化的速度。Z_O为系统特性阻抗，为确定已知值。

F_min、R_n、Γ_opt称为网络的噪声参数，为了对网络噪声系数的优化设计提供指导，提取网络的噪声参数模型信息是非常必要。提取网络的噪声参数时需要同时测量网络输出的噪声功率大小和网络的S参数。S参数可以通过采用矢量网络分析仪测量得到，因为通常网络输出的噪声功率非常小，一般利用噪声系数分析仪的高灵敏度接收机测量噪声功率的大小。因为噪声参数实际包含4个参量，因此测量噪声参数时需要在电路网络的源端口至少呈现4种不同的源阻抗，源阻抗对应的反射系数可通过矢量网络分析仪进行测量。为了提高噪声参数测量的效率和自动化程度，一般噪声参数的测量都采用由矢量网络分析仪、噪声源、阻抗调配器、切换开关、噪声系数分析仪、测试连接电缆组成的复杂自动测试系统实现。

传统的典型自动噪声参数测量系统的组成如图1所示，其中偏置T1和偏置T2、探针1 和探针2、外控计算机为可选配件，其他为必选配件。偏置T1和偏置T2为被测件提供电源偏置，如果被测件内部自带电源偏置电路，则无需偏置T1和偏置T2电路、探针1和探针2 用于在片被测件测量，如果被测件具有标准同轴和波导测量端口，则不要探针1和探针2。外控计算机用来运行自动测控程序，如果自动测控程序可运行在矢量网络分析仪和噪声系数分析仪上，则无需外控计算机。

噪声参数测量过程包括校准和预测量、噪声功率测量、S参数测量和数据处理4个步骤，噪声系数分析仪接收到的噪声功率P_n如等式(2)所示:

P_n＝((T_NS+T₀(F_DUT-1))G_aDUT+T₀(F₂-1))kBG_t2(2)

上面等式中，T_NS为被测件源端口的等效噪声温度，T_O为标准噪声温度，等于290K。F_DUT为被测件的噪声系数，具体取值由等式(1)确定，也就是由被测件的噪声参数和被测件源端口反射系数确定。G_aDUT为被测件的资用增益，由被测件的S参数S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂和被测件源端口的反射系数确定。F₂为噪声系数分析仪的噪声系数，具体取值由等式(1)确定,同理由噪声系数分析仪的噪声参数和噪声系数分析仪接收端口呈现的源反射系数确定,KBG_t2为噪声系数分析仪的增益带宽积。下面详述传统噪声参数的测量步骤：

(1)校准与与预测量

(a)矢量网络分析仪进行校准后，分别测量噪声源冷热状态的反射系数、偏置T1和偏置T2的二端口S参数，阻抗调配器不同阻抗状态的二端口S参数、探针1和探针2的二端口S参数，开关1和开关2在不同开关状态下的S参数，所有测量连接电缆的二端口S参数、噪声系数分析仪输入端口的匹配状态。

(b)如图2所示连接，进行噪声系数分析仪校准，根据等式(1)和等式(2)，阻抗调配器选取至少5个不同的阻抗状态，可确定噪声系数分析仪的4个噪声参数和增益带宽积kBG_t2。

(2)噪声功率测量

如图1所示连接系统，测控软件将开关1和开关2分别设置与噪声源和噪声系数分析仪相连，噪声源处于开状态，阻抗调配器至少置于4个不同的阻抗状态，噪声系数分析仪分别测量被测件对应输出的噪声功率。

(3)S参数测量

测控软件设置开关1和开关2分别与矢量网络分析仪的两个端口连接，测量阻抗调配器直通状态下矢量网络分析仪测量平面上两个端口间的S参数。

(4)数据处理

根据前面3个步骤的测量数据、等式(1)和等式(2)，经过计算和处理，就可以获取被测件的噪声参数。

现有的噪声参数测量方法通过机械的阻抗调配器改变被测件的输入源阻抗，通过将几台分立的测量仪器组成测量系统的方法实现被测件噪声参数的自动测量和提取，主要有以下几个缺点：

(1)无法进行自动在线校准，测量精度差。在搭建系统前需要采用矢量网络分析仪测量出阻抗调配器不同阻抗状态、偏置T、噪声源冷热状态、开关各切换状态、测量探针、噪声系数分析仪输入端口、测量连接电缆的全部S参数，然后在噪声参数自动测量软件中通过进一步计算和处理，才能去除各种测量误差，精确测量出被测件的噪声参数。而当系统的各组成部件参数发生漂移时，必须分拆测量系统，重新测量各组成部件的S参数。另外系统中的开关和阻抗调配器因采用机械结构存在切换的重复性误差。因此这种自动噪声参数测量系统的测量精度不高，使用非常不便。

(2)测量的速度慢。这主要由两个方面的因素引起：首先是由于采用机械结构的阻抗调配器实现源阻抗的变化，具体实现时利用步进电机移动导纳元件的位置实现阻抗变化，受机械结构自身的缺陷和不足限制，无法实现高速测量。另外测量系统的总线速度，等待测量数据稳定所需要的额外时间开销也会影响测量速度。

(3)无法单次实现跨多倍频程的宽带测量，系统组成庞大。这主要受机械阻抗调配器自身实现原理的限制。阻抗调配器的工作频段直接与自身物理尺寸有关，一个机械阻抗调配器只能覆盖几个倍频程频段，有时需要采用多个阻抗调配器才能覆盖整个测量频段。另外频率越低机械阻抗调配器的体积越大，受体积限制目前机械的阻抗调配器一般无法覆盖到500MHz 以下频段。

(4)目前进行噪声系数测量时主要采用Y因子法，因无法修正被测件自身和测量系统的噪声参数效应误差和失配误差，具有测量不确定度大的缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一体化噪声参数测量装置及测量方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种一体化噪声参数测量装置，包括S参数测量模块、电子阻抗调配器Zx、噪声测量模块和本振源；S参数测量模块，包括信号源、参考耦合器CR1、参考耦合器CR2、参考测量接收机R1、参考测量接收机R2、端口耦合器CP1、端口耦合器CP2、测量接收机A和测量接收机B；噪声测量模块，包括开关电路SW和噪声功率测量电路NR；端口耦合器CP1连接端口1，端口耦合器CP2连接端口2；其中，

信号源，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提供测量激励信号，在噪声功率测量过程中，关闭源信号输出，输出端口与其内部的负载电阻连接；

参考耦合器CR1和参考耦合器CR2，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提取端口1和端口2的测量参考信号；

参考测量接收机R1和参考测量接收机R2，被配置为用于检测参考耦合器CR1和参考耦合器CR2所提取的测量参考信号的幅值和相位信息；

电子阻抗调配器Zx，被配置为用于通过控制其内部开关切换，在S参数测量和校准过程中，呈直通状态，保证信号源的激励信号可以输出到端口1；在噪声功率测量过程中，在CP1 连接的端口1，呈现开路、短路、匹配负载和多个失配负载的不同反射阻抗状态，为被测件的噪声参数测量提供不少于4种的不同源阻抗状态；

端口耦合器CP1和端口耦合器CP2，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提取被测件在信号源输出的源信号激励下的响应信号；

测量接收机A和测量接收机B，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，检测端口耦合器CP1和端口耦合器CP2所提取的被测件响应信号的幅值和相位信息；

开关电路SW，被配置为用于在S参数测量和校准过程和噪声功率测量过程中，切换电路状态，其中，在进行S参数测量和校准过程中，开关电路SW与参考耦合器CR2的直通端口连接，保证信号源输出的源信号，经过参考耦合器CR2和开关电路SW在端口2输出；在噪声功率测量过程中，开关电路SW与噪声功率测量电路NR连接；

噪声功率测量电路NR，被配置为被测件源端口呈现不同源阻抗状态时，测量被测件对应输出的噪声功率大小；

本振源，被配置为用于为参考测量接收机R1、参考测量接收机R2、测量接收机A、测量接收机B和噪声功率测量电路NR提供本振信号。

此外，本发明还提到一种一体化噪声参数测量方法，该方法采用如上所述的一体化噪声参数测量装置，包括如下步骤：

步骤1：S参数校准和预测量，具体包括如下步骤：

步骤1.1：噪声测量模块中的开关电路SW与参考耦合器CR2连接，电子阻抗调配器Zx 处于直通状态，分别在端口1、端口2连接机械或电子校准件，进行单端口反射校准；端口1 和端口2连接，进行直通校准，求解出在S参数测量过程中存在的各种系统误差，通过S参数校准后的一体化噪声参数测量装置，可精确进行S参数测量；

步骤1.2：使用经过S参数校准的一体化噪声参数测量装置分别测量噪声源在冷态和热态的反射系数Γ₁和Γ₂；

步骤1.3：将噪声测量模块中的开关电路SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，端口 1处于单端口S参数测量状态，端口2处于噪声功率测量状态，电子阻抗调配器Zx处于直通状态，通过端口1，测量端口2在噪声功率测量状态的负载匹配大小；

步骤1.4：将噪声测量模块中的开关电路SW重新切换到与参考耦合器CR2连接，端口2 处于单端口S参数测量状态，电子阻抗调配器Zx切换到不少于4种不同的源阻抗状态，此时，端口1处于源阻抗调谐状态，通过端口2，测量端口1不同源阻抗状态下对应的反射系数Γ₃～Γ_i(i≥6)；同时，电子阻抗调配器Zx内部的温度监测电路，测量出电子阻抗调配器Zx的物理温度，此温度即为电子阻抗调配器Zx的等效噪声温度，记为T_NS3～T_NS6；

步骤2：噪声功率测量状态校准，具体包括如下步骤：

步骤2.1：噪声测量模块的开关电路SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，此时，端口2处于噪声功率测量状态；

步骤2.2：连接噪声源到端口2，分别测量噪声源在冷态和热态下的噪声功率P_n1和P_n2；此时，端口1处于源阻抗调谐状态，端口2处于噪声功率测量状态，将端口1和端口2连接，端口1分别调谐到已测量的不同源阻抗状态，端口2分别测量对应源阻抗状态下的噪声功率P_n3～P_ni(i≥6)；以上测量的某一噪声功率P_nk可以用等式(1)表示，下标中的k代表测量步骤序号：

P_nk＝(T_NSk+T₀(F_2k-1))kBG_t2 (1)；

其中，T_NSk为噪声源或端口1处于源阻抗调谐状态时的等效噪声温度，噪声源的冷态等效噪声温度T_NS1等于环境温度，热态时的等效噪声温度T_NS2由噪声源生产厂家提供的定标超噪比数据确定，端口1在不同源阻抗调谐状态下的等效噪声温度等于电子阻抗调配器Zx内部的物理温度，通过电子阻抗调配器内部的温度监测电路测量得到，T₀为标准噪声温度，等于 290K；kBG_t2为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的增益带宽积；F_2k为一体化噪声参数测量装置在进行噪声功率P_nk测量时具体的噪声系数，由等式(2)所示的噪声参数方程确定；

其中，F_min2、Γ_opt2、R_n2分别为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的最小噪声系数、最优源反射系数和噪声电阻，Γ_opt2＝Γ_optr2+i*Γ_opti2，是一个矢量，他们统称为噪声参数； Z₀为系统特性阻抗，为确定已知值；

因为在噪声功率测量状态至少得到6个不同源阻抗激励状态下的噪声功率，将等式(2) 代入等式(1)，得到至少6个由等式(1)确定的测量等式组成的方程组，求解这个方程组能够求出一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的最小噪声系数F_min2、最优源反射系数实部Γ_optr2、最优源反射系数虚部Γ_opti2、噪声电阻R_n2和kBG_t2共5项参数，至此完成噪声功率测量状态校准；

步骤3：被测件的S参数测量，具体包括如下步骤：

步骤3.1：信号源处于源功率输出状态，电子阻抗调配器Zx处于直通状态，噪声接收模块的开关SW切换到与CR2连接，即此时一体化噪声参数测量装置处于S参数测量状态；

步骤3.2：信号源的源激励信号分别在端口1和端口2输出，A、B、R1和R2接收机分别检测CP1、CP2、CR1和CR2提取信号的幅度和相位信息；结合S参数校准时获取的一体化噪声参数测量装置的误差信息，可以精确测量出被测件的S₁₁、S₁₂、S₂₁和S₂₂共4个S参数；

步骤4：被测件的噪声功率测量，具体包括如下步骤：

步骤4.1：信号源关闭源信号输出，噪声接收模块中的开关SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，电子阻抗调配器Zx切换到阻抗调谐状态，此时一体化噪声参数测量装置处于噪声功率测量状态；

步骤4.2：电子阻抗调配器Zx分别在被测件源端口，呈现步骤1.4中所呈现的源阻抗状态，电子阻抗调配器Zx内部的温度监测电路，测量出等效噪声温度T_NS1～T_NSi(i≥4)，一体化噪声参数测量装置测量被测件输出的对应噪声功率P_Dn1～P_Dni(i≥4)；

步骤5：数据处理

步骤4.2测量的某一噪声功率P_Dnk的具体大小可以用等式(3)表示，下标k为测量步骤序号：

P_Dnk＝((T_NSk+T₀(F_DUTk-1))G_aDUTk+T₀(F_2k-1))kBG_t2 (3)；

其中，F_DUTk为被测件的噪声系数，由被测件的噪声参数：F_minDUT、R_nDUT、Γ_optDUT＝Γ_optrDUT+i*Γ_optiDUT及被测件源端口反射系数Γ_k确定，如等式(4)所示；

其中，G_aDUTk为被测件的资用增益，由被测件的S参数S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂，被测件源端口反射系数Γ_k，被测件输出端口呈现的反射系数Γ_OUTk确定，G_aDUTk和Γ_OUTk取值如等式(5) 和等式(6)所示：

其中,kBG_t2为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的增益带宽积，已在步骤 2中确定，F_2k为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的噪声系数，由在步骤2中确定的最小噪声系数F_min2、最优源反射系数Γ_optr2、噪声电阻R_n2和Γ_OUTk确定，如等式(7) 所示：

将测量等式(4)～等式(7)代入测量等式(3)，根据步骤4.2测量得到的不同状态下的噪声功率P_Dn1～P_Dni，得到不少于4个测量方程，将这些方程组成方程组，就可以求解出被测件的4个噪声参数，分别为：F_minDUT、R_nDUT、Γ_optrDUT、Γ_optiDUT，同时根据等式(4)确定了被测件的噪声系数。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种一体化噪声参数测量装置，将S参数测量模块、噪声测量模块、电子阻抗调配器和本振源集成到一个机箱中，单次连接可同时实现被测件的噪声参数、噪声系数和S参数快速精确测量；可以快速方便的进行在线校准，解决传统噪声参数测量系统测量前需要对系统各组成部件分别进行预测量时过程繁琐，以及重新校准不便等缺点，具有测量覆盖的频段宽，测量校准方便、测量精度高、速度快等优点；

本发明可以进行精确的在线校准，对阻抗调配器的不同阻抗状态进行精确标定，降低了对阻抗调配器阻抗分布状态的要求，可以使用电子阻抗调配器代替机械阻抗调配器，大大提高了噪声参数测量的速度；本发明解决了传统Y因子噪声系数测量方法不能修正失配误差和噪声参数效应误差，测量不确定度大的缺点。

附图说明

图1为传统自动噪声参数测量系统的结构示意图。

图2为噪声系数分析仪校准平面示意图。

图3为本发明一体化噪声参数测量装置的结构示意图。

图4为耦合器端口定义示意图。

图5为本发明中电子阻抗调配器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

一种一体化噪声参数测量装置，其结构如图3所示，包括S参数测量模块、电子阻抗调配器Zx(其结构如图5所示)、噪声测量模块和本振源；S参数测量模块，包括信号源、参考耦合器CR1、参考耦合器CR2、参考测量接收机R1、参考测量接收机R2、端口耦合器CP1、端口耦合器CP2、测量接收机A和测量接收机B；噪声测量模块，包括开关电路SW和噪声功率测量电路NR；端口耦合器CP1连接端口1，端口耦合器CP2连接端口2；耦合器端口定义如图4所示，其中，

信号源，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提供测量激励信号，在噪声功率测量过程中，关闭源信号输出，输出端口与其内部的负载电阻连接；

参考耦合器CR1和参考耦合器CR2，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提取端口1和端口2的测量参考信号；

参考测量接收机R1和参考测量接收机R2，被配置为用于检测参考耦合器CR1和参考耦合器CR2所提取的测量参考信号的幅值和相位信息；

电子阻抗调配器Zx，被配置为用于通过控制其内部开关切换，在S参数测量过程中，呈直通状态，保证信号源的激励信号可以输出到端口1；在噪声功率测量过程中，在CP1连接的端口1，呈现开路、短路、匹配负载和多个失配负载的不同反射阻抗状态，为被测件的噪声参数测量提供不少于4种的不同源阻抗状态；

端口耦合器CP1和端口耦合器CP2，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提取被测件在信号源输出的源信号激励下的响应信号；

测量接收机A和测量接收机B，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，检测端口耦合器CP1和端口耦合器CP2所提取的被测件响应信号的幅值和相位信息；

开关电路SW，被配置为用于在S参数测量和校准过程和噪声功率测量过程中，切换电路状态，其中，在进行S参数测量过程中，开关电路SW与参考耦合器CR2的直通端口连接，保证信号源输出的源信号，经过参考耦合器CR2和开关电路SW在端口2输出；在噪声功率测量过程中，开关电路SW与噪声功率测量电路NR连接；

噪声功率测量电路NR，被配置为用于被测件源端口呈现不同源阻抗状态时，测量被测件对应输出的噪声功率大小；

本振源，被配置为用于为参考测量接收机R1、参考测量接收机R2、测量接收机A、测量接收机B和噪声功率测量电路NR提供本振信号。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本发明还提到一种一体化噪声参数测量方法，包括如下步骤：

步骤1：S参数校准和预测量，具体包括如下步骤：

步骤1.1：噪声测量模块中的开关电路SW与参考耦合器CR2连接，电子阻抗调配器Zx 处于直通状态，分别在端口1、端口2连接机械或电子校准件，进行单端口反射校准；端口1 和端口2连接，进行直通校准，求解出在S参数测量过程中存在的各种系统误差，通过S参数校准后的一体化噪声参数测量装置，可精确进行S参数测量；

步骤1.2：使用经过S参数校准的一体化噪声参数测量装置分别测量噪声源在冷态和热态的反射系数Γ₁和Γ₂；

步骤1.3：将噪声测量模块中的开关电路SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，端口 1处于单端口S参数测量状态，端口2处于噪声功率测量状态，电子阻抗调配器Zx处于直通状态，通过端口1，测量端口2在噪声功率测量状态的负载匹配大小；

步骤1.4：将噪声测量模块中的开关电路SW重新切换到与参考耦合器CR2连接，端口2 处于单端口S参数测量状态，电子阻抗调配器Zx切换到不少于4种不同的源阻抗状态，此时，端口1处于源阻抗调谐状态，通过端口2，测量端口1不同源阻抗状态下对应的反射系数Γ₃～Γ_i(i≥6)；同时，电子阻抗调配器Zx内部的温度监测电路，测量出电子阻抗调配器Zx的物理温度，此温度即为电子阻抗调配器Zx的等效噪声温度，记为T_NS3～T_NS6；

步骤2：噪声功率测量状态校准，具体包括如下步骤：

步骤2.1：噪声测量模块的开关电路SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，此时，端口2处于噪声功率测量状态；

步骤2.2：连接噪声源到端口2，分别测量噪声源在冷态和热态下的噪声功率P_n1和P_n2；此时，端口1处于源阻抗调谐状态，端口2处于噪声功率测量状态，将端口1和端口2连接，端口1分别调谐到已测量的不同源阻抗状态，端口2分别测量对应源阻抗状态下的噪声功率P_n3～P_ni(i≥6)；以上测量的某一噪声功率P_nk可以用等式(1)表示，下标中的k代表测量步骤序号：

P_nk＝(T_NSk+T₀(F_2k-1))kBG_t2 (1)；

其中，T_NSk为噪声源或端口1处于源阻抗调谐状态时的等效噪声温度，噪声源的冷态等效噪声温度T_NS1等于环境温度，热态时的等效噪声温度T_NS2由噪声源生产厂家提供的定标超噪比数据确定，端口1在不同源阻抗调谐状态下的等效噪声温度等于电子阻抗调配器Zx内部的物理温度，通过电子阻抗调配器内部的温度监测电路测量得到，T₀为标准噪声温度，等于 290K；kBG_t2为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的增益带宽积；F_2k为一体化噪声参数测量装置在进行噪声功率P_nk测量时具体的噪声系数，由等式(2)所示的噪声参数方程确定；

其中，F_min2、Γ_opt2、R_n2分别为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的最小噪声系数、最优源反射系数和噪声电阻，Γ_opt2＝Γ_optr2+i*Γ_opti2，是一个矢量，他们统称为噪声参数； Z₀为系统特性阻抗，为确定已知值；

因为在噪声功率测量状态至少得到6个不同源阻抗激励状态下的噪声功率，将等式(2) 代入等式(1)，得到至少6个由等式(1)确定的测量等式组成的方程组，求解这个方程组能够求出一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的最小噪声系数F_min2、最优源反射系数实部Γ_optr2、最优源反射系数虚部Γ_opti2、噪声电阻R_n2和kBG_t2共5项参数，至此完成噪声功率测量状态校准；

步骤3：被测件的S参数测量，具体包括如下步骤：

步骤3.1：信号源处于源功率输出状态，电子阻抗调配器Zx处于直通状态，噪声接收模块的开关SW切换到与CR2连接，即此时一体化噪声参数测量装置处于S参数测量状态；

步骤3.2：信号源的源激励信号分别在端口1和端口2输出，A、B、R1和R2接收机分别检测CP1、CP2、CR1和CR2提取信号的幅度和相位信息；结合S参数校准时获取的一体化噪声参数测量装置的误差信息，可以精确测量出被测件的S₁₁、S₁₂、S₂₁和S₂₂共4个S参数；

步骤4：被测件的噪声功率测量，具体包括如下步骤：

步骤4.1：信号源关闭源信号输出，噪声接收模块中的开关SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，电子阻抗调配器Zx切换到阻抗调谐状态，此时一体化噪声参数测量装置处于噪声功率测量状态；

步骤4.2：电子阻抗调配器Zx分别在被测件源端口，呈现步骤1.4中所呈现的源阻抗状态，电子阻抗调配器Zx内部的温度监测电路，测量出等效噪声温度T_NS1～T_NSi(i≥4)，一体化噪声参数测量装置测量被测件输出的对应噪声功率P_Dn1～P_Dni(i≥4)；

步骤5：数据处理

步骤4.2测量的某一噪声功率P_Dnk的具体大小可以用等式(3)表示，下标k为测量步骤序号：

P_Dnk＝((T_NSk+T₀(F_DUTk-1))G_aDUTk+T₀(F_2k-1))kBG_t2 (3)；

其中，F_DUTk为被测件的噪声系数，由被测件的噪声参数：F_minDUT、R_nDUT、Γ_optDUT＝Γ_optrDUT+i*Γ_optiDUT及被测件源端口反射系数Γ_k确定，如等式(4)所示；

其中，G_aDUTk为被测件的资用增益，由被测件的S参数S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂，被测件源端口反射系数Γ_k，被测件输出端口呈现的反射系数Γ_OUTk确定，G_aDUTk和Γ_OUTk取值如等式(5) 和等式(6)所示：

其中,kBG_t2为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的增益带宽积，已在步骤 2中确定，F_2k为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的噪声系数，由在步骤2中确定的最小噪声系数F_min2、最优源反射系数Γ_optr2、噪声电阻R_n2和Γ_OUTk确定，如等式(7) 所示：

将测量等式(4)～等式(7)代入测量等式(3)，根据步骤4.2测量得到的不同状态下的噪声功率P_Dn1～P_Dni，得到不少于4个测量方程，将这些方程组成方程组，就可以求解出被测件的4个噪声参数，分别为：F_minDUT、R_nDUT、Γ_optrDUT、Γ_optiDUT，同时根据等式(4)确定了被测件的噪声系数。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种一体化噪声参数测量装置，其特征在于：包括S参数测量模块、电子阻抗调配器Zx、噪声测量模块和本振源；S参数测量模块，包括信号源、参考耦合器CR1、参考耦合器CR2、参考测量接收机R1、参考测量接收机R2、端口耦合器CP1、端口耦合器CP2、测量接收机A和测量接收机B；噪声测量模块，包括开关电路SW和噪声功率测量电路NR；端口耦合器CP1连接端口1，端口耦合器CP2连接端口2；其中，

信号源，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提供测量激励信号，在噪声功率测量过程中，关闭源信号输出，输出端口与其内部的负载电阻连接；

参考耦合器CR1和参考耦合器CR2，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提取端口1和端口2的测量参考信号；

参考测量接收机R1和参考测量接收机R2，被配置为用于检测参考耦合器CR1和参考耦合器CR2所提取的测量参考信号的幅值和相位信息；

电子阻抗调配器Zx，被配置为用于通过控制其内部开关切换，在S参数测量和校准过程中，呈直通状态，保证信号源的激励信号可以输出到端口1；在噪声功率测量源阻抗调谐过程中，在CP1连接的端口1，呈现开路、短路、匹配负载和多个失配负载的不同反射阻抗状态，为被测件的噪声参数测量提供不少于4种的不同源阻抗状态；

端口耦合器CP1和端口耦合器CP2，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，提取被测件在信号源输出的源信号激励下的响应信号；

测量接收机A和测量接收机B，被配置为用于在S参数测量和校准过程中，检测端口耦合器CP1和端口耦合器CP2所提取的被测件响应信号的幅值和相位信息；

开关电路SW，被配置为用于在S参数测量和校准过程和噪声功率测量过程中，切换电路状态，其中，在进行S参数测量和校准过程中，开关电路SW与参考耦合器CR2的直通端口连接，保证信号源输出的源信号，经过参考耦合器CR2和开关电路SW在端口2输出；在噪声功率测量过程中，开关电路SW与噪声功率测量电路NR连接；

噪声功率测量电路NR，被配置为被测件源端口呈现不同源阻抗状态时，测量被测件对应输出的噪声功率大小；

本振源，被配置为用于为参考测量接收机R1、参考测量接收机R2、测量接收机A、测量接收机B和噪声功率测量电路NR提供本振信号。

2.一种一体化噪声参数测量方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一体化噪声参数测量装置，包括如下步骤：

步骤1：S参数校准和预测量，具体包括如下步骤：

步骤1.1：噪声测量模块中的开关电路SW与参考耦合器CR2连接，电子阻抗调配器Zx处于直通状态，分别在端口1、端口2连接机械或电子校准件，进行单端口反射校准；端口1和端口2连接，进行直通校准，求解出在S参数测量过程中存在的各种系统误差，通过S参数校准后的一体化噪声参数测量装置，可精确进行S参数测量；

步骤1.2：使用经过S参数校准的一体化噪声参数测量装置分别测量噪声源在冷态和热态的反射系数Γ₁和Γ₂；

步骤1.3：将噪声测量模块中的开关电路SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，端口1处于单端口S参数测量状态，端口2处于噪声功率测量状态，电子阻抗调配器Zx处于直通状态，通过端口1，测量端口2在噪声功率测量状态的负载匹配大小；

步骤1.4：将噪声测量模块中的开关电路SW重新切换到与参考耦合器CR2连接，端口2处于单端口S参数测量状态，电子阻抗调配器Zx切换到不少于4种不同的源阻抗状态，此时，端口1处于源阻抗调谐状态，通过端口2，测量端口1不同源阻抗状态下对应的反射系数Γ₃～Γ_i(i≥6)；同时，电子阻抗调配器Zx内部的温度监测电路，测量出电子阻抗调配器Zx的物理温度，此温度即为电子阻抗调配器Zx的等效噪声温度，记为T_NS3～T_NS6；

步骤2：噪声功率测量状态校准，具体包括如下步骤：

步骤2.1：噪声测量模块的开关电路SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，此时，端口2处于噪声功率测量状态；

步骤2.2：连接噪声源到端口2，分别测量噪声源在冷态和热态下的噪声功率P_n1和P_n2；此时，端口1处于源阻抗调谐状态，端口2处于噪声功率测量状态，将端口1和端口2连接，端口1分别调谐到已测量的不同源阻抗状态，端口2分别测量对应源阻抗状态下的噪声功率P_n3～P_ni(i≥6)；以上测量的某一噪声功率P_nk可以用等式(1)表示，下标中的k代表测量步骤序号：

P_nk＝(T_NSk+T₀(F_2k-1))kBG_t2 (1)；

其中，T_NSk为噪声源或端口1处于源阻抗调谐状态时的等效噪声温度，噪声源的冷态等效噪声温度T_NS1等于环境温度，热态时的等效噪声温度T_NS2由噪声源生产厂家提供的定标超噪比数据确定，端口1在不同源阻抗调谐状态下的等效噪声温度等于电子阻抗调配器Zx内部的物理温度，通过电子阻抗调配器内部的温度监测电路测量得到，T₀为标准噪声温度，等于290K；kBG_t2为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的增益带宽积；F_2k为一体化噪声参数测量装置在进行噪声功率P_nk测量时具体的噪声系数，由等式(2)所示的噪声参数方程确定；

其中，F_min2、Γ_opt2、R_n2分别为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的最小噪声系数、最优源反射系数和噪声电阻，Γ_opt2＝Γ_optr2+i*Γ_opti2，是一个矢量，他们统称为噪声参数；Z₀为系统特性阻抗，为确定已知值；

因为在噪声功率测量状态至少得到6个不同源阻抗激励状态下的噪声功率，将等式(2)代入等式(1)，得到至少6个由等式(1)确定的测量等式组成的方程组，求解这个方程组能够求出一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的最小噪声系数F_min2、最优源反射系数实部Γ_optr2、最优源反射系数虚部Γ_opti2、噪声电阻R_n2和kBG_t2共5项参数，至此完成噪声功率测量状态校准；

步骤3：被测件的S参数测量，具体包括如下步骤：

步骤3.1：信号源处于源功率输出状态，电子阻抗调配器Zx处于直通状态，噪声接收模块的开关SW切换到与CR2连接，即此时一体化噪声参数测量装置处于S参数测量状态；

步骤3.2：信号源的源激励信号分别在端口1和端口2输出，A、B、R1和R2接收机分别检测CP1、CP2、CR1和CR2提取信号的幅度和相位信息；结合S参数校准时获取的一体化噪声参数测量装置的误差信息，可以精确测量出被测件的S₁₁、S₁₂、S₂₁和S₂₂共4个S参数；

步骤4：被测件的噪声功率测量，具体包括如下步骤：

步骤4.1：信号源关闭源信号输出，噪声接收模块中的开关SW切换到与噪声功率测量电路NR连接，电子阻抗调配器Zx切换到阻抗调谐状态，此时一体化噪声参数测量装置处于噪声功率测量状态；

步骤4.2：电子阻抗调配器Zx分别在被测件源端口，呈现步骤1.4中所呈现的源阻抗状态，电子阻抗调配器Zx内部的温度监测电路，测量出等效噪声温度T_NS1～T_NSi(i≥4)，一体化噪声参数测量装置测量被测件输出的对应噪声功率P_Dn1～P_Dni(i≥4)；

步骤5：数据处理

步骤4.2测量的某一噪声功率P_Dnk的具体大小可以用等式(3)表示，下标k为测量步骤序号：

P_Dnk＝((T_NSk+T₀(F_DUTk-1))G_aDUTk+T₀(F_2k-1))kBG_t2 (3)；

其中，F_DUTk为被测件的噪声系数，由被测件的噪声参数：F_minDUT、R_nDUT、Γ_optDUT＝Γ_optrDUT+i*Γ_optiDUT及被测件源端口反射系数Γ_k确定，如等式(4)所示；

其中，G_aDUTk为被测件的资用增益，由被测件的S参数S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂，被测件源端口反射系数Γ_k，被测件输出端口呈现的反射系数Γ_OUTk确定，G_aDUTk和Γ_OUTk取值如等式(5)和等式(6)所示：

其中,kBG_t2为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的增益带宽积，已在步骤2中确定，F_2k为一体化噪声参数测量装置在噪声功率测量状态时的噪声系数，由在步骤2中确定的最小噪声系数F_min2、最优源反射系数Γ_optr2、噪声电阻R_n2和Γ_OUTk确定，如等式(7)所示：

将测量等式(4)～等式(7)代入测量等式(3)，根据步骤4.2测量得到的不同状态下的噪声功率P_Dn1～P_Dni，得到不少于4个测量方程，将这些方程组成方程组，就可以求解出被测件的4个噪声参数，分别为：F_minDUT、R_nDUT、Γ_optrDUT、Γ_optiDUT，同时根据等式(4)确定了被测件的噪声系数。