中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第五节噪声温度测量发布实施中华人民共和国电子工业部发布 中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第五节噪声温度测量本标准为卫星通信地球站无线电设备测量方法系列标准之一主题内容与适用范围本标准规定了噪声温度和噪声系数的测量方法本标准适用于测量线性分系统和或以适当接口的分系统组合的噪声温度和噪声系数特殊系统或分系统的测量在本系列标准的第二和第三部分中给出引言噪声是由外部或设备内部产生的外部噪声主要来自地球以外的噪声源以及大气层和地球表面的热辐射内部噪声来源于热噪声和电路噪声如象真空管内的散弹噪声互调噪声以及在半导体内的起伏噪声和铁氧体器件中磁畴界面移动引起的起伏噪声用噪声温度来量度由一个系统或分系统产生的噪声功率是方便的噪声温度总是等效温度而不是实际温度它是所有噪声源热噪声源和非热噪声源作用结果的一种量度定义下述各种定义适用于本标准噪声功率谱密度噪声功率谱密度定义为式中噪声功率谱密度是频率的函数在频率间隔内所包含的总噪声功率注在实际应用时可将噪声功率谱密度认为是带宽内所包含的噪声功率用表示资用噪声功率密度资用噪声功率密度是指噪声源传递到匹配负载的噪声功率密度噪声温度噪声温度是资用噪声功率密度与玻尔兹曼常数之比中华人民共和国电子工业部批准实施 式中噪声温度且是频率的函数玻尔兹曼常数噪声温度总是等效温度而不是实际温度即使当噪声功率来自热源时噪声温度也不仅是由于单个物体在单一温度下的热辐射保留下标表示等效温度省略下标则表示实际温度平均噪声温度平均噪声温度定义为式中噪声 带宽见噪声带宽噪声带宽假如率或参考频率 上的资用功率增益则其噪声带宽条内的总噪声功率代表一个无噪声线性网络与频率有关的资用功率增益而 是该网络在标称中心频定义为一个具有矩形辐频特性和资用功率以及噪声功率输出与实际滤波器的输出相等的理想无噪声滤波器的带宽见图 这里假定增益噪声功率密度不随频率变化于是滤波器输出端的噪声功率可用下式表示式中滤波器输入端的资用噪声功率密度由式得出噪声带宽为这里应注意噪声带宽而中心频率工作噪声温度或系统噪声温度一个分系统或分系统组合的工作噪声温度是指由外部的和内部的即被测设备内的所有噪声源产生的噪声所构成的噪声温度以 表示之值不是滤波器的一个恒定参数它取决于中心频率的选择又确定资用功率增益对于一个二端口器件或多个串联的二端口器件反映到第一级输入端口的工作噪声温度由下式给出式中输入端口的噪声温度由器件或器件链组成的被测设备的等效输入噪声温度系统噪声温度常用来表示一个完整的通信系统的噪声温度以 表示工作噪声温度不仅应用于完整的通信系统而且也常用于包括一个噪声源一个被测的系统或分系统以及负载任意配置的更普遍情况基准噪声源基准噪声源指在测量期间噪声温度保持恒定的噪声源通常不需知道基准噪声源的噪声温度如果基准噪声源的噪声温度是已知的则称其为标准噪声源基准噪声源的噪声温度可能是环境温度处于环境温度下的热负载即是一个典型例子基准噪声源常常由一个热负载或一个冷负载及一个处于或接近环境温度的衰减器基衰减值为组成见图在这种情况下基准噪声温度由下式给定 式中基准噪声源的噪声温度衰减器所处的环境温度二端口器件的等效输入噪声温度一个二端口器件的等效输入噪声温度是一个假想的噪声温度当加到一个与实际器件具有相同的输入阻抗和增益理想的无噪声二端口器件时该噪声温度将产生与实际器件相同的输出噪声功率密度当等效输入噪声温度为 的一个二端口器件与一台温度为的噪声源连接时该器件输出的噪声功率密度为式中式中二端口器件的增益如果 是在给定的带宽内的平均等效输入噪声温度则二端口器件的输出噪声功率为噪声带宽假定在噪声带宽内为常数除非另有规定等效输入噪声温度均指在一给定带宽内的平均噪声温度以 表示输入参考面均选在被测设备本身的输入端口平均噪声系数二端口器件的平均噪声系数是当其输入端的噪声温度为时该器件传递给匹配负载的总噪声功率与在相同条件下在一个理想的无噪声器件输出端可得到的噪声功率 之比式中对于在多个频带上如外差系统的镜象频率具有增益的设备分母仅包含与调制信号处在相同频带的输入端的噪声功率这种情况可应用于卫星通信系统并称为窄带噪声系数平均噪声系数根据式与平均等效输入噪声温度得到之间的关系可由下列式子得到和或平均噪声系数通常简称为噪声系数以表示一般考虑噪声系数和等效输入噪声温度的测量方法分为宽带法与窄带法宽带法常用噪声发生器作为测量信号发生器而窄带法则采用连续波信号发生器作为测量信号发生器通常采用的宽带测量方法是因子法衰减器法自动噪声系数仪法 利用未调制信号的连续波法是最广泛采用的窄带测量方法从很低的频率到数十千光赫均可采用此方法在具体情况下选择何种方法将取决于许多因素它们是要求的精度所需的仪器仪器设备的利用率频率范围被测设备的类型是否方便测量速度表概括给出各种测量方法的主要特点被测设备可以是单一的分系统例如低噪声放大器或是一个分系统组合例如低噪声放大器和下变频器 在本系列标准的第二和第三部分中将给出适用于特殊的系统或分系统的测量方案表各种测量方法的主要特点精度方法频率范围测量速度最好典型因子法功率计法中等中等可变衰减器法衰减器法可变源法固定源法快中等自动噪声系数仪连续波法法快慢测量方法因子法通常采用的因子法有两种功率计法可变衰减器法这两种方法的主要区别在于对因子的测量手段功率计法如图所示此方法采用一对随机噪声发生器和一台功率计热噪声发生器的噪声温度于冷噪声发生器的噪声温度高热冷噪声发生器对被测设备提供已知的资用功率输出功率用功率计测量与两输入功率相对应的两输出功率之比即是因子根据测得的因子和已知的两个噪声源的噪声温度便可计算等效输入噪声温度和噪声系数这种方法精度高特别是当测量配置自动化时在最佳条件下测量误差可小到典型误差是因此当要求高准确度与高精度测量且具备精密的功率计时通常选择这种方法测量步骤如下参照图热噪声发生器与被测设备的输入端口相连并记录功率计读数