CN110763926A - 固态噪声源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态噪声源装置，包括顺次电连接的恒流源、微带低通滤波器、噪声二极管、衰减器和波导‑同轴‑微带转换器，所述噪声二极管用于产生原始噪声信号，原始噪声信号经过所述衰减器稳定噪声功率，所述微带低通滤波器置于所述噪声二极管的输入端用于抑制噪声功率的泄露；所述波导‑同轴‑微带转换器用于将噪声信号由波导转换为微带输出，其输出端作为固态噪声源装置的输出；所述衰减器和波导‑同轴‑微带转换器共同协调电路的阻抗匹配，所述恒流源为装置提供稳定电源。本发明所述的固态噪声源装置工作在Ka波段，具有高输出功率、高超噪比，同时还具有低的驻波系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态噪声源，尤其涉及一种工作在Ka波段的固态噪声源装置。
背景技术
目前，信号传输过程中的噪声干扰已经成为现代无线电传输与处理链路的主要干扰，为此器件的抗噪声系数是一项必测项目。由于固态噪声源具有频带宽、开关迅速、功耗低、可靠性高等优点，常用于微波射频领域的噪声测试。近年来随着现代通信技术尤其是卫星通信业务的发展，C、Ku和Ka频段成为卫星直播、新闻采集等业务的常用频段，各种器件对噪声系数都有着更高的要求，现有噪声源的工作频率大部分集中在低频段、窄频带噪声输出，已经不能满足一些待测器件的工作频率。2018年在张永鸿等人的课题中，研究的一种宽带噪声源频率范围为K波段22-32GHz；2018年和2016年董帅等人于《电子学报》发表的两篇论文中，研制的噪声源工作频段仅集中在L/C波段。因此，如何设计与实现工作在更高频段(Ka频段)、高带宽、频谱密度均匀、高输出功率且易于实现的噪声源是一项重要任务。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种固态噪声源装置，工作在Ka波段，具有高超噪比、低驻波系数和宽频带。
技术方案：本发明所采用的技术方案是一种固态噪声源装置，包括顺次电连接的恒流源、微带低通滤波器、噪声二极管、衰减器和波导-同轴-微带转换器，所述噪声二极管用于产生原始噪声信号，原始噪声信号经过所述衰减器稳定噪声功率，所述微带低通滤波器置于所述噪声二极管的输入端用于抑制噪声功率的泄露；所述波导-同轴-微带转换器用于将噪声信号由波导转换为微带输出，其输出端作为固态噪声源装置的输出；所述衰减器和波导-同轴-微带转换器共同协调电路的阻抗匹配，所述恒流源为装置提供稳定电源。
其中，所述波导-同轴-微带转换器包括波导、集成在介质基板上的第一微带线以及连接二者的同轴线；所述同轴线包括埋在波导内的探针、与探针相连的中心导体以及包裹在中心导体外的绝缘套筒，所述探针、中心导体和第一微带线的材质均为铜并焊接为一体，所述绝缘套筒和波导之间(绝缘套筒下缘到波导上表面)留有空气间隙，通过调整所述空气间隙的长度来改变波阻抗。所述波导表面镀金。所述中心导体的半径为 0.5～0.6mm为佳。
所述微带低通滤波器，由集成在介质基片上的四分之一波长阻抗线和两个并联结构的四分之一波长双扇形微带线构成，所述双扇形微带线连接在所述阻抗线中段，由以所述阻抗线为中心轴的两个相对的扇形枝节组成。为节省装置空间并获得较宽的频带，所述微带低通滤波器延阻抗线方向的长度小于5mm。所述阻抗线和双扇形微带线采用铜箔制成，所述铜箔厚度为0.01～0.02mm。
优选的，采用上述电路结构的固态噪声源，所述衰减器优选为采用平衡三通薄膜电阻工艺的固定增益衰减器，所述衰减器的两端还设有隔直电路。所述噪声二极管的型号采用WZ0003H系列。所述恒流源采用输出电压可变的集成三端稳压器LM317作为稳压输出。
为控制噪声源的通断，该装置还包括串联在固定增益衰减器和波导-同轴-微带转换器之间的用于控制电路通断的开关驱动电路。优选的，所述开关驱动电路包括PIN二极管和PIN二极管开关驱动器，通过所述PIN二极管开关驱动器发送驱动信号控制所述 PIN二极管通断。
有益效果：本发明相比现有技术，具有以下优点：本发明基于芯片封装的二极管WZ0003H系列，结合波导-同轴-微带转换器满足了噪声源工作在Ka波段的要求；恒流源电路结合固定增益衰减器，使得噪声源的输出功率稳定；波导-同轴-微带转换器采用绝缘子探针过渡方式，与衰减器共同实现电路的阻抗匹配，以减少功率损耗，降低驻波系数；微带低通滤波器起到防止信号泄露的作用，结构上采用双扇形微带，提高了带宽；双扇形微带低通滤波器的结构能够很好的避免信号的泄露，并为噪声源系统节约了空间。最后的开关型电路结构设计便于在实际使用中控制噪声源的开关，为基于本发明的集成设计和相关参数测试提供便利。本发明所提出的噪声源中的所有电路单元都在介质基片上通过PCB工艺实现，具有更高的加工精度及更低的成本。
附图说明
图1是本发明所述固态噪声源的电路模块图。
图2是本发明所述的外观结构示意图。
图3是本发明所述的恒流源电路图。
图4是本发明所述的微带低通滤波器内部结构图。
图5是本发明所述的波导-同轴-微带转换结构图。
图6是本发明所述的驻波系数测试图。
图7是本发明所述的固态噪声源产品实物图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的固态噪声源的电路模块示意图如图1所示，本实用新型提供一种固态噪声源，包括WZ0003H系列噪声二极管，恒流源电路，微带低通滤波器，衰减器，开关驱动电路和波导-同轴-微带转换器。由恒流源电路为噪声二极管供电，噪声二极管产生的噪声信号经衰减器后具有稳定的输出功率，在驱动电路的开关控制下，经波导-同轴 -微带转换器输出噪声信号。所述衰减器的两端设有隔直电路，本例中采用两个隔直电容 C1和C2。
本发明的外观结构示意图如图2所示。整体部件长6.5cm，宽4cm，高1.2cm，噪声二极管、恒流源、开关驱动电路及匹配电路集成在一块PCB板201上。恒流源202 与匹配电路均置于密闭的腔体203中。实际使用中，将电阻R设置为68Ω，LOAD端接噪声二极管，在噪声源金属腔体外壳Vin端204接+12V电压为噪声管提供恒定的工作电流。本系统实际测得的电流为19mA，满足噪声源+24V的供电要求。此外， ATN3580系列2dB固定增益衰减器采用平衡三通薄膜电阻工艺，集成在噪声二极管输出端与驱动开关205之间，起到了输出阻抗匹配的作用。本发明采用PIN二极管开关 MA4AGSW1控制噪声源的输出。噪声二极管通过外接PIN管驱动器BHD-2P2后接入电感电容网络构成开关电路205防止信号泄露。通过金属腔体外±5V供电端206为驱动开关电路供电，驱动信号端207通过外壳小孔接入集成PCB板201与驱动开关芯片引脚相连，外接工作信号。
本发明的恒流源电路图如图3所示，选用型号为LM317-N的集成三端稳压器，包装型号为SOT-223(4)，整体体积为6.5mm*3.5mm。通过外加一个固定电阻与负载连接，LM317集成三端稳压器可以作为一个精准的恒流源，而且设计简单，输出的恒流电源易控。
本系统所设计的微带低通滤波器如图4所示，由四分之一波长的阻抗线(电感特性) 以及四分之一波长的并联结构双扇形微带线(电容特性)构成，连接在恒流源的输出端和噪声二极管的输入端之间。微带滤波器的前端口401与外电路(恒流源的输出端)连接，阻抗线的中段402处连接有两个并联结构双扇形微带线403，双扇形微带线403由两个相对的扇形枝节组成，两个相对的扇形枝节以阻抗线为中心轴。上述结构集成在厚度为0.127mm，介电常数为2.2的Rogers 5880的介质基片404上，阻抗线和双扇形微带线均采用铜箔制成，铜箔的厚度为0.017mm。左端口至右端口的长度为4.95mm，频带较宽且节约空间。噪声二极管偏置低通滤波器结构能够抑制噪声功率的泄露。
波导-同轴-微带转换器的内部结构示意图如图5所示，采用绝缘子探针过渡方式实现阻抗匹配，信号由波导501的端口进入，通过同轴线最终转换为微带输出，由第一微带线505输出。第一微带线505集成在介电常数为2.2的Rogers 5880的介质基板506 上。其中，同轴线由埋在波导内部的探针502、中心导体503和绝缘套筒504组成，中心导体503穿过介质基板506与上部的阻抗为50Ω的第一微带线505以焊接的方式连接在一起，具有损耗较低，结构紧凑、密封性好以及便于加工制作等优点。波导501的表面是覆金的，绝缘套筒504是空心的圆柱体，包裹在半径为0.55mm的中心导体503 外，相对介电常数为4.1、外半径为0.975mm。探针502、中心导体503、第一微带线 505材质均为铜并焊接为一体。绝缘套筒504的下缘到波导501的上表面之间留有空气间隙，通过调整空气间隙的长度来改变波阻抗，降低驻波系数。
本发明选用直接测试法测量驻波系数如图6所示。可以看出本系统在25-40GHz 的频段内，输出噪声在40GHz的驻波比为1.5∶1左右，在高频段性能良好。
本发明的最终产品实物图如图7所示，其所达到的技术指标如下：
噪声源输出的噪声频段：25-40GHz；
输出噪声信号的超噪比：21±2dB；
噪声源的驻波系数：<1.5∶1；
接口规格：WR-28标准矩形波导；
噪声源电源电压：+24V。
可见，本发明能够为系统提供高达21±2dB的超噪比和更宽的频段，同时噪声源的驻波系数低于1.5。
Claims (10)
1.一种固态噪声源装置，其特征在于，包括顺次电连接的恒流源、微带低通滤波器、噪声二极管、衰减器和波导-同轴-微带转换器，所述噪声二极管用于产生原始噪声信号，原始噪声信号经过所述衰减器稳定噪声功率，所述微带低通滤波器置于所述噪声二极管的输入端用于抑制噪声功率的泄露；所述波导-同轴-微带转换器用于将噪声信号由波导转换为微带输出，其输出端作为固态噪声源装置的输出；所述衰减器和波导-同轴-微带转换器共同协调电路的阻抗匹配，所述恒流源为装置提供稳定电源。
2.根据权利要求1所述的固态噪声源装置，其特征在于：所述波导-同轴-微带转换器包括波导、集成在介质基板上的第一微带线以及连接二者的同轴线；所述同轴线包括埋在波导内的探针、与探针相连的中心导体以及包裹在中心导体外的绝缘套筒，所述探针、中心导体和第一微带线的材质均为铜并焊接为一体，所述绝缘套筒和波导之间留有空气间隙，通过调整所述空气间隙的长度来改变波阻抗。
3.根据权利要求2所述的固态噪声源装置，其特征在于：所述波导表面镀金，所述中心导体的半径为0.5～0.6mm。
4.根据权利要求1所述的固态噪声源装置，其特征在于：所述微带低通滤波器，由集成在介质基片上的四分之一波长阻抗线和两个并联结构的四分之一波长双扇形微带线构成，所述双扇形微带线连接在所述阻抗线中段，由以所述阻抗线为中心轴的两个相对的扇形枝节组成。
5.根据权利要求4所述的固态噪声源装置，其特征在于：所述微带低通滤波器延阻抗线方向的长度小于5mm，所述阻抗线和双扇形微带线采用铜箔制成，所述铜箔厚度为0.01～0.02mm。
6.根据权利要求1所述的固态噪声源装置，其特征在于：所述衰减器为采用平衡三通薄膜电阻工艺的固定增益衰减器，所述衰减器的两端设有隔直电路。
7.根据权利要求1所述的固态噪声源装置，其特征在于：所述噪声二极管的型号采用WZ0003H系列。
8.根据权利要求1所述的固态噪声源装置，其特征在于：所述恒流源采用输出电压可变的集成三端稳压器LM317作为稳压输出。
9.根据权利要求1～8任一项所述的固态噪声源装置，其特征在于：该装置还包括串联在固定增益衰减器和波导-同轴-微带转换器之间的用于控制电路通断的开关驱动电路。
10.根据权利要求9所述的固态噪声源装置，其特征在于：所述开关驱动电路包括PIN二极管和PIN二极管开关驱动器，通过所述PIN二极管开关驱动器发送驱动信号控制所述PIN二极管通断。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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