[发明专利]一种3mm波段噪声系数单边带高精度扩频测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及噪声系数测试技术领域，具体涉及一种3mm波段噪声系数单边带高精度扩频测量装置及方法。

背景技术

噪声系数是表征接收机及其组成部件在有热噪声存在的情况下处理微弱信号能力的关键参数之一，随着电子设备占用的频谱资源向3mm波段扩展，对3mm波段高精度噪声系数测试设备的需求日益迫切。

毫米波段噪声系数测量普遍采用Y因子法，该方法是固态噪声源和高灵敏接收机的杰出融合。固态噪声源输出宽带白噪声信号作为测量的标准激励源，高灵敏接收机用于微弱随机噪声的功率测量。由于固态噪声源输出宽带白噪声信号，3mm波段噪声系数扩频测量首先需要滤除镜频响应，同时要求噪声系数分析仪必须具备极低的本机噪声系数和优良的输入匹配特性，因此一体化实现3mm波段无缝覆盖的高精度噪声系数测试装置技术难度很大。

已有的3mm波段噪声系数测试桌面系统方案如图1所示，由微波噪声系数分析仪、3mm本振信号源和3mm波段基波混频器组成的。其中基波混频器采用固定低中频输出、本振扫描的混频方案，频率范围覆盖75～110GHz，本振信号源的频率范围覆盖75～110GHz；微波噪声系数分析仪通过GPIB总线控制3mm本振信号源，本振信号源和射频同步扫描，实现噪声系数的自动测量，本方案仅能进行双边带噪声系数测量。

美国安捷伦公司推出了K系列扩频模块，和微波噪声系数分析仪组成分体式的扩频测试系统，通过三个下变频模块实现3mm波段全覆盖，提供3mm波段单边带噪声系数测量。

K系列3mm扩频模块的方案如图2所示。扩频模块采用扫描高中频输出，固定本振的混频方案，用内部点频本振(LO)信号把3mm输入信号的频率变频到微波噪声系数分析仪测量范围之内的中频(IF)信号，内置耿氏振荡器产生点频本振(LO)信号。

3mm波段K系列扩频模块型号、频率范围、输入接头形式、本振频率及中频输出频率范围汇总如表1所示：

表1

现有的桌面系统方案的缺点：

1)体积庞大、连接复杂、要求本振信号源全频段大功率输出，测试成本高；

2)提供噪声系数双边带测量方案，测量精度差；

3)本振信号源的输出功率在75～110GHz全波段范围内难以满足基波混频的最佳工作要求，不同频率点需要调整本振信号源输出功率的大小，测量效率低，测量的重复性和稳定性差。

K系列扩频模块方案的缺点：

1)需要三扩频模块才能覆盖整个3mm波段，3mm测试系统连接复杂，价格昂贵，测试和维护成本高；

2)内置的点频本振信号源采用耿氏振荡器自由振荡输出，在15～35℃范围内频率准确度为±50MHz，噪声系数测量的精度和频率分辨率差。

发明内容

为克服现有3mm噪声系数测试方案的缺点，本发明的目的是推出一种3mm波段噪声系数单边带高精度扩频测量装置及方法，和微波噪声系数分析主机组成一套测试系统，实现75～110GHz的单边带、高精度的噪声系数测量，满足3mm波段噪声系数日益增长的测试需求。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种3mm波段噪声系数单边带高精度扩频测量装置，包括：

下变频器模块、微波本振合成模块、控制接口模块以及电源模块；

所述下变频器模块用于完成3mm信号的输入匹配、分段滤波和下变频；还用于实现本振信号倍频、滤波和放大，产生基波混频器所需的毫米波本振信号；以及用于完成混频输出中频信号的放大和变频通道增益平坦度补偿；

所述微波本振合成模块，包括YIG调谐振荡器(YTO)和驱动控制电路，用于产生合成扫描本振信号源；

所述控制接口模块，用于通过USB智能接口总线实现微波噪声系数分析仪主机和本扩频测量装置的信息交互；

所述电源模块，用于提供本扩频测量装置所需的各路电源。

优选的，所述下变频器模块包括波导开关，用于将所述3mm信号分为两个频段，分别进行滤波。

优选的，所述下变频器模块包括倍频器、带通滤波器和功率放大器，分别用于将所述本振信号倍频、滤波和放大。

另一方面，本发明提供了一种3mm波段噪声系数单边带高精度扩频测量方法，包括：

被测件在3mm噪声源的激励下，将射频信号输出至3mm扩频装置的射频输入端口；

所述射频信号在扩频装置内部经第一隔离器、波导开关和抑制镜频响应的带通滤波器滤除镜频响应后，输入至3mm基波混频器；