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液氮校准的噪声源及其在噪声系数测量中的应用

Eravant，formerly SAGE Millimeter Inc.，www.eravant.com

噪声源在各种测试和测量应用中扮演着关键角色。其产生的定标噪声功率，主要用来测量元件、子系统和系统内部产生的噪声系数。这些噪声源被用来为雷达和通信系统中的内置测试功能提供宽带激励信号，并有助于评估高功率放大器的线性和稳定性。此外，它们是微波辐射计和射电天文接收机校准电路中的不可或缺的部件。噪声源通过向接收机注入定标的已知噪声功率来测试接收机的输出功率从而确定接收机的增益。噪声源可以通过加电和不加电来提供两种不同的定标功率来完成接收机的增益和噪声系数的测量以实现对接收系统的完全校准。表1列出了Eravant噪声源产品。

随着毫米波和亚太赫兹技术的进步，市场和业界对工作频率高于W波段（75-110GHz）噪声源的需求正在增长。目前，D波段（110-170GHz）的6G技术正在蓬勃发展，这促进了各种应用系统的研发。为了验证和测试这些系统的增益和噪声系数，D波段噪声源正吸引着学术界和工业界越来越多的关注。然而，目前市面上并没有广泛可用于覆盖亚太赫兹频段的商用噪声源。Eravant推出了STZ系列噪声源以满足市场需求。Eravant的STZ噪声源系列覆盖0.5-220GHz频率范围以支持各种测试要求。图1给出了一个由液氮校准的波导噪声源的实物照片。

通常，同轴接口的噪声源可覆盖67GHz以下的频率范围，而波导接口的噪声源可分波地段覆盖18-220GHz的频率范围。STZ系列噪声源的超噪比（ENR）范围为12-20dB。对于波导接口噪声源，在波导全频带内，其超噪比的典型平坦度为±2dB。Eravant波导噪声源的超噪比的定准采用基于液氮（LN2）和室温的冷热负载法。所有STZ系列的噪声源均采用业界通用的28V直流电源供电。同时，所有波导型号均配备法拉第隔离器或内部衰减器，以减少因其输出阻抗和被测件的失配而造成的额外误差。STZ噪声源系列产品的详细参数见表1。

图1 用液氮校准的Eravant噪声源

表1 Eravant噪声源

此外，Eravant噪声源有两种控制模式：手动开关和TTL遥控。TTL可达1kHz的调制频率。以D波段STZ噪声源为例，其详细电参数见表2。超噪比在110-170GHz频率范围内的频响曲线如图2所示。

表2 D波段STZ噪声源的电参数

图2 D波段STZ噪声源超噪比频响曲线。

Eravant不仅生产噪声源，还提供噪声源超噪比校准服务。Eravant采用Y因子法校准各类噪声源。对同轴接口噪声源，Eravant采用比对标准定标噪声源和待定标噪声源(DUT)的超噪比来校准。对波导接口噪声源，Eravant采用经定标的“冷”、“热”负载的噪声温度来校准待定标噪声源(DUT)的超噪比。定标中使用的“冷”负载利用液氮制冷，其噪声温度典型值为77K，而“热”负载则为室温负载，其噪声温度典型值为290K。从参考负载的状态收集到的噪声功率，用来获得测量系统的噪声系数。这种校准方法的好处是其校准精度非常可靠、准确。主要误差来源来自“冷”、“热”负载的温度误差。这个误差通过定标好的温度计来控制，因此比较准确，然后，通过收集待定标噪声源(DUT)的噪声功率就可以计算出它的超噪比，从而完成校准过程。

目前市面上可用的标准信号发生器、信号分析仪或噪声系数分析仪的工作频率大都限制在50GHz，一般缺乏直接测量毫米波和亚太赫兹频段内噪声功率的能力。为了便于在这些频率范围内进行噪声系数的测量，Eravant同时提供覆盖全波导带宽的变频器，将分析仪的操作频率扩展到220GHz，它们的转换增益通常在20至30dB。

面对毫米波和亚太赫兹的挑战，Eravant提供了全方位的解决方案。而在这些方案中，噪声源是一款不可缺或的测试仪器。Eravant不仅提供优秀带内平坦度的噪声源，以及噪声源的校准服务，还提供下变频器，以扩充噪声测量频率到220GHz。