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0 引 言
3 mm由于其波長短，在軍事應(yīng)用中有許多優(yōu)點，因此被廣泛用于精確制導(dǎo)和點到點通信中。作為各種軍用電子裝備其接收端的靈敏度是關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，而接收機靈敏度主要取決于接收機的噪聲電平、因此，測量系統(tǒng)的噪聲系數(shù)是評估電子裝備系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)之一。軍事預(yù)研的3 mm低噪聲單片放大電路，需要測量其噪聲系數(shù)。建立3 mm噪聲系數(shù)測量系統(tǒng)，研究其測量方法，實現(xiàn)準(zhǔn)確測量是當(dāng)務(wù)之急。為此本文建立了92～97 GHz在片噪聲系數(shù)測量系統(tǒng)。
1 噪聲系數(shù)測量原理
本文設(shè)計系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。
式中：F為被測件的噪聲因子(即噪聲系數(shù)的線性表示)；NF為被測件的噪聲系數(shù)(即噪聲系數(shù)的對數(shù)表示)；Th為噪聲源開態(tài)的噪聲溫度；Tc為噪聲源關(guān)態(tài)的噪聲溫度(即室溫)；To=290 K為標(biāo)準(zhǔn)溫度；
為Y因子，噪聲源開和關(guān)兩種狀態(tài)下被測件輸出噪聲功率之比；為噪聲源的超噪比。
本文采用平衡混頻器，把3 mm噪聲信號下變頻至噪聲系數(shù)分析儀的頻率范圍內(nèi)，采用Y因子法測量噪聲系數(shù)。
2 系統(tǒng)設(shè)計方案
2．1 系統(tǒng)構(gòu)成
本設(shè)計的系統(tǒng)框圖和實物照片如圖2和圖3所示。
2．2 關(guān)鍵技術(shù)
(1)加偏置的平衡混頻器技術(shù)
本文采用平衡混頻器，用基波混頻的方式，把3 mm噪聲信號變成中頻信號。但一般的3 mm平衡混頻器的變頻損耗在10 dB左右，而且要求本振信號達到+13 dBm。由于3 mm信號發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)是輸出大于+3 dBm，因此，很難使混頻器正常工作，在這樣的電平下，混頻器的變頻損耗增大了很多，將大于15 dB。固態(tài)噪聲源的ENR均小于15 dB，因此系統(tǒng)無法正常工作。為此，考慮給混頻器的本振端用直流信號加偏置，以減小對本振信號功率電平的要求。解決了本振信號功率小，無法工作的難題。同時，平衡混頻器還具有端口隔離度好的優(yōu)點，使本振相位噪聲的影響也減小了。
(2)減小本振信號發(fā)生器相位噪聲的影響
3 mm信號發(fā)生器的相位噪聲采用Agilent 8563E頻譜分析儀和3 mm諧波混頻器和相位噪聲測量軟件85671A構(gòu)成測量系統(tǒng)，能測量的offset頻率最大到300 MHz，本振信號發(fā)生器相位噪聲測量結(jié)果如圖4所示。
噪聲系數(shù)測量對本振相位噪聲的要求應(yīng)滿足下述任何一種表述：
a偏離載波一個中頻處的相位噪聲電平不超過-130 dBm／Hz；
b本振相位噪聲電平不超過[-174 dBm／Hz+NFdut+Gdut]。
實測本振信號發(fā)生器AV1482A相位噪聲在偏離載波大于50MHz時均為-11O dBc／Hz，由于采用平衡混頻器，其對本振噪聲有20 dB的抑制度，且本振至輸入端隔離為20 dB，因此，本振相位噪聲在混頻器輸入端引起的噪聲電平為：
式中：Pt(dBm／Hz)為本振相位噪聲漏至混頻器輸入端的功率；Pc(dBm)為本振載波功率；L(dBc／Hz)為本振相位噪聲；Im(dB)為混頻器本振輸入端至射頻輸入端的隔離度；Sm(dB)為混頻器對本振的相位噪聲的抑制度；NFdut(dB)為DUT的噪聲系數(shù)；Gdut(dB)為DUT的增益。
在最壞條件下，NFdut=3 dB，Gdut=0 dB，NFsys=5 dB，Gsys=30 dB。
被測件在輸入阻抗為50 Ω時產(chǎn)生的噪聲功率與本身的噪聲和系統(tǒng)低噪聲放大器的噪聲在混頻器輸入端產(chǎn)生的噪聲功率：
Pn=KT0+NFdut+GdutNFsys+Gsys=-174 dBm+3 dB+0 dB+5 dB+30 dB=-136 dBm／Hz
式中：NFsys(dB)為低噪聲放大器的噪聲系數(shù)；Gsys(dB)為低噪聲放大器的增益；B(Hz)為噪聲帶寬；T0(K)為標(biāo)準(zhǔn)溫度(290 K)；K為波爾茲曼常數(shù)(1．38×10-23)。
結(jié)論：本系統(tǒng)本振相位噪聲在混頻器輸入端產(chǎn)生的噪聲電平均不超過要求：
-147 dBm／Hz<<-130 dBm／Hz滿足a項要求；
-147dBm／Hz<<-136 dBm／Hz滿足b項要求。
由于噪聲系數(shù)測量時要做系統(tǒng)校準(zhǔn)，對系統(tǒng)二級噪聲進行修正，因此滿足上述條件就不會對噪聲系數(shù)測量不確定度產(chǎn)生影響。
