技術領域

本發明涉及噪聲系數測量儀器校準技術領域。

背景技術

在微波電路中，除了有用信號外，還不可避免地存在噪聲信號。一般來講，噪聲是干擾信號，是工程師竭盡所能希望減小的信號，特別是在有用信號比較微弱的情況下，噪聲的有害作用極為明顯，為了減小和衡量噪聲的影響，科學家不斷研究表征與測量噪聲的新方法。

1944年Friis在其論文中提出了使用資用信號-噪聲功率比來定義兩端口網絡噪聲系數的方法，其定義如下：一個線性兩端口網絡規定輸入端處于290K時，其噪聲系數是指輸入端的信噪比除以輸出端的信噪比，即

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式中：S_i表示網絡輸入端資用信號功率，單位為W；

???N_i表示網絡輸入端資用噪聲功率，單位為W；

???S_o表示網絡輸出端資用信號功率，單位為W；

???N_o表示網絡輸出端資用噪聲功率，單位為W。

這是微波噪聲測量領域表征線性兩端口網絡噪聲中使用最普遍的定義。在微波測量儀器校準行業，由于端口阻抗都設計為50歐姆，而50歐姆也是獲得資用信號功率和資用噪聲功率的一種方式。因此，噪聲校準業內選取50歐姆阻抗狀態下的噪聲系數（F₅₀）作為校準參數。

當前使用最普遍的噪聲系數測量系統由噪聲源和噪聲系數儀組成，其中噪聲源提供標準的噪聲信號，噪聲系數儀測量噪聲源處于兩個不同的資用噪聲功率(或不同噪聲溫度)時的標準噪聲信號經過被測件（DUT）之后的總的噪聲信號，然后經過運算得到DUT?的噪聲系數。這種測量系統依據的測量方法稱作Y因子法，其測量精度依賴于“測試系統與DUT”的四個假設條件（我們將其稱作“噪聲測量默認假設”）：（1）源端匹配假設，即假設連接DUT的噪聲源呈現一個良好的50Ω匹配，這個假設在噪聲源直接連接被測件時是相對合理的（但不是完美的，即其駐波比接近于1但不等于1），如果噪聲源與被測件之間存在其他微波網絡（如矩陣開關、探針臺、測試夾具等），將會增加損耗以及額外的反射，從而使得測試系統有效源匹配進一步退化，“噪聲測量定義假設”將不再成立，進而帶來較大的測量誤差，一般稱之為失配誤差，且這種失配誤差不易消除；（2）負載端匹配假設，即假設連接DUT輸出端的噪聲系數儀呈現一個良好的50Ω匹配，噪聲系數測量需要測量被測件的可資用增益，而Y因子法是測量一個標量增益，并假設二者相當，這種假設只有在被測件輸入輸出都匹配良好的時候才近似成立；（3）假設噪聲源冷/熱兩態的反射系數是一樣的，但實際上由于噪聲二極管的不同偏壓下阻抗狀態的變化，其反射系數也是不同的；（4）假設噪聲系數儀在連接噪聲源和被測件的時候，噪聲系數是一樣的；實際上，兩次連接在噪聲系數儀源端呈現了不同的阻抗，依據噪聲參數原理，噪聲系數儀的噪聲系數會隨著源阻抗變化，這意味著，在測量被測件噪聲系數的時候，應該依據被測件的輸出端反射系數，調整噪聲系數儀的噪聲系數。

綜上所述，Y因子法的噪聲系數測量系統整體講是一個標量測量系統。它的校準方式是采用噪聲源和噪聲系數儀分別校準，校準過程中也遵守“噪聲測量默認假設”，因此噪聲系數測量準確度較低。

高精度噪聲系數測量系統采用的是一種具有源端失配誤差修正，且能夠降低噪聲系數儀（或者噪聲選件）的噪聲參數影響量的嶄新測量技術，它通常由矢量網絡分析儀、噪聲系數儀（或者噪聲選件）、噪聲源和阻抗調配器等四部分組成，其工作原理依據線性兩端口網絡的噪聲系數和源反射系數之間的數學函數關系，該函數一般被稱為噪聲參數方程，即

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式中：F――噪聲系數；F_min――最小噪聲系數；R_n――等效噪聲電阻（表示噪聲系數隨源反射系數變化的快慢）；Γ_S――源反射系數；Γ_opt――最佳源反射系數（對應最小噪聲系數時的源反射系數）。