CN113655301A - 一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法及测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法及测试系统，测试方法采用频谱仪，基于冷态热态的方式对噪声源进行温度参数进行等效测试，直接对被测单元进行噪声测试及算法修正，最终获得噪声系数的测试结果。本发明支持接收机噪声系数测试为典型的变频模式下噪声系数测试和低噪放噪声系数测试为典型的非变频模式下噪声系数测试两种，在此基础上实现了非变频和变频模式下噪声系数的测试，从而大大提升了该测试方法的应用场合。

Description

一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法及测试系统

技术领域

本发明涉及一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法及测试系统，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着现代无线通信、雷达的普及和发展，其相关射频系统的设计测试和日常维护需求也愈发普遍。噪声系数作为影响无线通信距离的重要指标，同时在无线通信、雷达系统中该指标最容易产生故障，故对该指标的快速测试对射频系统的保障和维修具有重要的作用。

在传统的噪声系数测试中，对噪声系数测试前需要将宽带噪声源接入测量系统进行温度校准，以修正测量系统的噪声温度，然后才能将被测单元接入，进行噪声系数测试，修正噪声温度，校准系统需要消耗一定时间，如果没有完全消除噪声温度会降低测试的精确度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明通过一种对频谱仪设备自身参数的提取计算折算出相关噪声，从而减少了该校准步骤，极大的提升了测试准确度和速度。

本发明方法具体包括：一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，所述测试方法采用频谱仪，基于冷态热态的方式对噪声源进行温度参数进行等效测试，直接对被测单元进行噪声测试及算法修正，最终获得噪声系数的测试结果。

进一步的，所述测试方法包括以下步骤：

步骤一，频谱仪接匹配负载或者开路，初始化测试获取频谱仪各频点内的噪声功率，并换算噪声密度；

步骤二，依次级联固态噪声源到被测单元输入口，被测单元输出口到频谱仪模块射频输入口，然后根据被测单元的特性选择测试模式非变频或变频模式，输入相关频点；

步骤三，测试被测单元在固态噪声源开、关状态下的噪声值，并换算噪声系数。

进一步的，所述步骤一具体为：

采用频谱仪噪声功率测试方法，在频谱仪射频端口未连接其他东西的情况下，直接获取频谱仪的噪声功率，进而得到频谱仪噪声功率密度，并与当前温度下的自然噪声密度进行比较换算，将其噪声增量折算获得频谱仪等效测试噪声温度。

进一步的，所述测试方法包含两种测试场景模式：非变频和变频模式，所述非变频和变频模式分别用以实现接收机等变频场景下和低噪放等非变频场景下的噪声系数测试。

更进一步的，在被测单元输出频率不等于输入频率时选择变频模式，固态噪声源选择测试频率ENR输入给所述被测单元，打开、关闭所述固态噪声源，依次检测所述频谱仪的输出。

更进一步的，在被测单元输出频率等于输入频率时选择非变频模式，固态噪声源选择输入频率ENR输入给所述被测单元，打开、关闭所述固态噪声源，依次检测所述频谱仪的输出。

作为本申请的一种优选实施方式，采用三种方式对噪声的功率测试进行了修正，第一种是频率域上的平均，通过在对一个连续频率范围内的噪声测试结果进行求和平均，消除噪声起伏的频率上的影响；第二种是时间域上的平均，通过在对一个频点处的不同时刻下的噪声测试结果平均，消除噪声起伏在时间上的起伏变化；第三种是多点取样，对多个离散的频点进行取样。

更进一步的，采用多点取样的方式对测试结果进行修正的基础上，再通过第一种方法或第二种方法对测试结果进行进一步修正，并比对各个取样点的测试结果，排除异常点。

本申请还提供一种基于频谱仪的噪声系数快速测试系统，所述测试系统包括频谱仪模块、宽带固态噪声源、固态噪声源程控上电系统；

其中，所述频谱仪模块用于实现对被测单元在工作情况下噪声功率的测量；

所述宽带固态噪声源用于提供设定的噪声功率发生器输入到所述被测单元，使所述频谱仪模块测试噪声源打开、关闭的前后噪声变化，并根据变化换算获得噪声系数；

所述固态噪声源程控上电系统连接在所述固态噪声源上，用于实现其上电下电控制。

有益效果：

采用本发明方法，在被测单元增益大于10dB时：

a.噪声系数0～5dB范围下，测得的噪声系数误差不大于0.3dB；

b.噪声系数5～10dB范围下，测得的噪声系数误差不大于0.5dB。

基于本申请提供的测试方法，能够在快速得到噪声系数，将现有技术中的测试步骤由4 步减少为2步，测试时间和效率提升30％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图进行简单地介绍，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，可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本申请系统组成图；

图2是非变频模式下噪声系统的测试框图；

图3是变频模式下噪声系数的测试框图；

图4系统测试流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书附图对本发明的实施方式做进一步地详细叙述。

本申请的发明目的为：本发明所要解决的技术问题包含1、提升传统噪声系数测试的效率； 2、获取一种从频谱仪等效测试噪声温度的方法；3、对测试过程中的噪声起伏等引入的随机性误差进行修正，从而提升其测试精度。并在此基础上实现了非变频和变频模式下噪声系数的测试，从而大大提升了该测试方法的应用场合。

实施例1

如图1所示，本申请提供一种基于频谱仪的噪声系数快速测试系统包括频谱仪模块、宽带固态噪声源、固态噪声源程控上电系统；

其中频谱仪模块用于实现对被测单元在工作情况下噪声功率的测量；

宽带固态噪声源用于提供一个经过计量的噪声功率发生器输入到被测的单元，从而让频谱仪模块测试噪声源打开、关闭情况下的前后噪声变化，并根据变化换算获得噪声系数；

固态噪声源程控上电系统用于实现固态噪声源的上电下电控制。

实施例2

基于生疏噪声系数测试系统，本实施例提供一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，通过一种快速的频谱仪等效测试噪声温度参数提取方法直接对被测的模块进行噪声测试及算法修正，并最终获得噪声系数的测试结果。该方法分两种测试场景模式：非变频和变频模式，分别用以实现接收机等变频场景下和低噪放等非变频场景下的噪声系数测试。

所述频谱仪等效测试噪声温度提取，采用频谱仪噪声功率测试方法，在频谱仪射频端口未连接其他东西的情况下，直接获取频谱仪的噪声功率读数并减去分10logBW，BW为频谱仪分辨率带宽，从而得到频谱仪噪声功率密度，并与当前温度下的自然噪声密度进行比较换算，将其噪声增量折算获得频谱仪等效测试噪声温度T2，换算方式如公式1所示，其中

为自然温度噪声功率，

为频谱仪噪声功率。

T_S ^ON、T_S ^OFF分别为打开固态噪声源时以及关闭噪声源时噪声温度。

所述对测试过程中的噪声测试及算法修正，在实际噪声功率测试过程中，因为噪声的随机性，其功率测试结果总是在随机起伏，其起伏结果对噪声系数的测试影响最坏情况可高达1dB 至2dB，这会导致较大的测试误差。故对噪声测试结果进行算法上的修正与统计上的平均尤为重要。在本专利方法中，共采用了三种方式对噪声的功率测试进行了修正。第一种是频率域上的平均，通过在对一个连续频率范围内的噪声测试结果进行求和平均，消除噪声起伏的频率上的影响；第二种是时间域上的平均，通过在对一个频点处的不同时刻下的噪声测试结果平均，消除噪声起伏在时间上的起伏变化；第三种是多点取样，为防止外来的突发干扰和频谱仪内自身干扰，对多个离散的频点进行取样，并通过方法1、方法2进行噪声测试，并比对各个取样点的测试结果，排除异常点。从而获取可信的测试结果。

所述噪声系数的测试模式包括变频模式和非变频模式：

变频模式主要是依据被测单元的噪声输出频率不等于输入频率而进行选定，此时，用户设定被测单元需要测试的频率f1。测试变频模式噪声系数时，测试系统会根据设置的测试频率值 f1输出频率值f2，将带入公式计算的固态噪声源ENR值选择为f1下的固态噪声源ENR参数，被测单元输出噪声的测试则是通过频谱仪分别获取f1频点下，分别打开固态噪声源时的噪声测量结果和关闭噪声源时的噪声测量结果，然后换算成相关的噪声温度

和

然后依据公式(2)换算成被测单元的噪声温度，最终换算成噪声系数。

非变频模式主要是依据被测单元测试的噪声输出频率等于输入频率而进行选定，测试非变频模式噪声系数时，测试系统会根据输入频率，将带入计算的固态噪声源ENR选择为该频率下对应的固态噪声源ENR参数，同时通过频谱仪分别获取测试频率下，打开固态噪声源时的噪声测量结果和关闭噪声源时的噪声测量结果。

基于频谱仪的噪声系数快速测试方法的噪声系数测试硬件架构采用频谱仪+固态噪声源方案，频谱仪主要性能如下：

(1)频率范围：10MHz～18GHz；

(2)频率步进：10Hz；

(3)参考电平范围：20dBm～-40dBm；

(4)显示噪声电平：≤-155dBm/Hz；

(5)剩余假相应：≤-115dBm/Hz。

固态噪声源主要性能如下：

(6)频率范围：10MHz～18GHz；

(7)ENR：≥11dB。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供了一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法。在进入到噪声系数测试模式时，需要先行连接频谱仪模块并对其模块噪声温度进行自检测试。

待自检测试完成后，用户选择使用的固态噪声源编号，此时系统自动录用加载固态噪声源的ENR系数表，并作为噪声系数计算的带入参数

用户根据被测的单元选择噪声系数测试模式：非变频模式或者变频模式。

如果在非变频模式下，此时，用户需输入测试频率，然后按照图2的方式连接被测单元输出口到频谱仪输入口、固态噪声源输出口到被测单元输入口。然后点击噪声系数测试。此时，测试程序会调用测试频点处的固态噪声源ENR，并通过相关测试算法获取测试频点处的噪声功率，约10S后，界面将会返回噪声系数和增益的测试结果。

如果在变频模式下，此时，用户需输入输入频率和输出频率参数，然后按照图3的方式连接被测单元输出口到频谱仪输入口、固态噪声源输出口到被测单元输入口。然后点击噪声系数测试。此时，测试程序会调用输入频点处的固态噪声源ENR，并通过相关测试算法获取输出频点处的噪声功率，约10S后，界面将会返回噪声系数和增益的测试结果。

整个测试流程需耗费时间约30S，用户仅需连接测试环境和输入测试参数即可获得结果。相比较传统测试流程，其需要两次连接测试环境，并在参数设置上更为复杂。

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

Claims (9)

1.一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，其特征在于，所述测试方法采用频谱仪模块，基于冷态热态的方式对噪声源进行温度参数进行等效测试，直接对被测单元进行噪声测试及算法修正，最终获得噪声系数的测试结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：

步骤一，频谱仪接匹配负载或者开路，初始化测试系统，标定频谱仪各频点内的噪声功率，并换算噪声密度；

步骤二，依次级联固态噪声源到被测单元输入口，被测单元输出口到频谱仪模块射频输入口，然后根据被测单元的特性选择测试模式为非变频或变频模式，输入相关频点；

步骤三，测试被测单元在固态噪声源开、关状态下的噪声值，并换算噪声系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，其特征在于，所述步骤一具体为：

采用频谱仪噪声功率测试方法，在频谱仪射频端口未连接其他东西的情况下，直接获取频谱仪的噪声功率，进而得到频谱仪噪声功率密度，并与当前温度下的自然噪声密度进行比较换算，将其噪声增量折算获得频谱仪等效测试噪声温度。

4.根据权利要求2所述的一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，其特征在于，所述测试方法包含两种测试场景模式：非变频和变频模式，所述非变频和变频模式分别用以实现接收机等变频场景下和低噪放等非变频场景下的噪声系数测试。

5.根据权利要求4所述的一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，其特征在于，在被测单元输出频率不等于输入频率时选择变频模式，固态噪声源选择测试频率ENR输入给所述被测单元，打开、关闭所述固态噪声源，依次检测所述频谱仪的输出。

6.根据权利要求4所述的一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，其特征在于，在被测单元输出频率等于输入频率时选择非变频模式，固态噪声源选择输入频率ENR输入给所述被测单元，打开、关闭所述固态噪声源，依次检测所述频谱仪的输出。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，其特征在于，采用三种方式对噪声的功率测试进行了修正，第一种是频率域上的平均，通过在对一个连续频率范围内的噪声测试结果进行求和平均，消除噪声起伏的频率上的影响；第二种是时间域上的平均，通过在对一个频点处的不同时刻下的噪声测试结果平均，消除噪声起伏在时间上的起伏变化；第三种是多点取样，对多个离散的频点进行取样.。

8.根据权利要求7所述的一种基于频谱仪的噪声系数快速测试方法，其特征在于，采用多点取样的方式对测试结果进行修正的基础上，再通过第一种方法或第二种方法对测试结果进行进一步修正，并比对各个取样点的测试结果，排除异常点。

9.一种基于频谱仪的噪声系数快速测试系统，其特征在于，所述测试系统包括频谱仪模块、宽带固态噪声源、固态噪声源程控上电系统；

其中，所述频谱仪模块用于实现对被测单元在工作情况下噪声功率的测量；

所述宽带固态噪声源用于提供设定的噪声功率发生器输入到所述被测单元，使所述频谱仪模块测试噪声源打开、关闭的前后噪声变化，并根据变化换算获得噪声系数；

所述固态噪声源程控上电系统连接在所述固态噪声源上，用于实现其上电下电控制。

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