一种测量电磁干扰噪声环境中天线噪声温度的方法与流程

1.本发明涉及天线噪声温度领域，特别是指一种适用于电磁干扰噪声环境的天线噪声温度的测量方法。


背景技术：

2.随着无线电技术的快速发展，空间电磁环境日益恶化。在地面站天线性能测量中，当测试场存在电磁干扰时，电磁干扰信号或电磁干扰噪声将会影响天线性能的测量精度。对于电磁干扰信号，可通过电磁干扰信号频谱的测量，确定干扰信号频率，合理选择天线测试频率，避开干扰信号的影响。但是对于天线噪声温度测量，除避开电磁干扰信号外，电磁干扰噪声也影响天线噪声温度的测量，采用经典的y因子法测量的天线噪声温度，其结果包含了电磁干扰噪声的贡献。则传统的天线噪声温度测量方法测量电磁干扰噪声环境中天线噪声温度存在以下局限性：
3.1、在电磁干扰噪声环境中，采用传统的方法测量天线噪声温度，其结果包含了电磁干扰噪声的贡献，因此其测量的结果不是真正的天线噪声温度；
4.2、在传统的天线噪声温度测量方法中，由于存在电磁干扰信号，测量系统的常温负载不可采用微波吸波材料制作，因为电磁干扰信号会通过吸波材料的衰减进入测试系统，影响系统测量精度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提出一种测量电磁干扰噪声环境中天线噪声温度的方法。该方法利用波导匹配负载作为常温负载，可屏蔽电磁干扰对系统定标的影响，有效测量电磁干扰噪声环境中的天线噪声温度，适用于任何电磁干扰噪声环境中天线噪声温度的测量。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种测量电磁干扰噪声环境中天线噪声温度的方法，包括以下步骤：
8.(1)测量电磁干扰噪声温度：将标准增益喇叭置于金属反射器中，喇叭口指向晴空天顶方向，接收天空噪声和电磁干扰噪声，用频谱分析仪测量低噪声放大器分别与常温负载和标准增益喇叭连接时，系统输出的归一化噪声功率的大小，分别用n0和n
horn
表示，单位为dbm/hz；利用下式计算电磁干扰噪声温度：
[0009][0010]
式中：
[0011]
t
emi
—电磁干扰噪声温度，单位为k；
[0012]
t0—常温负载噪声温度，单位为k；
[0013]
t
lna
—低噪声放大器的噪声温度，单位为k；
[0014]
n0—低噪声放大器接常温负载时系统输出的归一化噪声功率，单位为dbm/hz；
[0015]nhorn
—低噪声放大器与标准增益喇叭连接时系统输出的归一化噪声功率，单位为dbm/hz；
[0016]
t
sky
—晴空天顶方向的天空噪声温度，单位为k；
[0017]
(2)测量含电磁干扰噪声的天线噪声温度：将测试仪器设备与待测天线连接，待测天线指向晴空天顶方向，用频谱分析仪测量低噪声放大器和待测天线连接时，系统输出的归一化噪声功率的大小，用n
ant
表示，单位为dbm/hz；利用下式计算含电磁干扰噪声的天线噪声温度：
[0018][0019]
式中：
[0020]
t
ant emi
—含电磁干扰噪声的天线噪声温度，单位为k；
[0021]nant
—低噪声放大器与待测天线连接时系统输出的归一化噪声功率，单位为dbm/hz；
[0022]
(3)计算待测天线的噪声温度：由测量的电磁干扰噪声温度和含电磁干扰噪声的天线噪声温度，利用下式计算待测天线的噪声温度：
[0023]
t
ant
＝t
ant emi-t
emi
[0024]
完成电磁干扰噪声环境中天线噪声温度的测量。
[0025]
进一步地，所述的金属反射器用于屏蔽地面噪声的影响，其尺寸能够确保标准增益喇叭安装在金属反射器内，且标准增益喇叭口对金属反射器边缘的张角大于或等于标准增益喇叭的十分之一半功率波束宽度。
[0026]
进一步地，所述低噪声放大器的增益大于或等于60db。
[0027]
进一步地，所述常温负载为标准波导匹配负载。
[0028]
进一步地，步骤(1)和步骤(2)中，系统输出的归一化噪声功率的测量在晴天条件下进行。
[0029]
本发明与背景技术相比具有如下优点：
[0030]
1、该方法可测量电磁干扰噪声环境中的天线噪声温度。
[0031]
2、该方法利用波导匹配负载作为常温负载，可屏蔽电磁干扰对系统定标的影响。
[0032]
3、该方法适用于任何电磁干扰噪声环境中天线噪声温度的测量，因此本发明具有较好的推广和应用价值。
附图说明
[0033]
图1为测量电磁干扰噪声温度的原理示意图。
[0034]
图2为电磁干扰噪声环境中天线噪声温度测量的原理示意图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0036]
一种测量电磁干扰噪声环境中天线噪声温度的方法，包括以下步骤：
[0037]
(1)测量电磁干扰噪声温度。将标准增益喇叭置于金属反射器中，喇叭口指向晴空天顶方向，接收天空噪声和电磁干扰噪声，用频谱分析仪测量低噪声放大器分别与常温负
载和标准增益喇叭连接时，系统输出的归一化噪声功率的大小，分别用n0和n
horn
表示，单位为dbm/hz。利用下式计算电磁干扰噪声温度。
[0038][0039]
式中：
[0040]
t
emi
—电磁干扰噪声温度，k；
[0041]
t0—常温负载噪声温度，k；
[0042]
t
lna
—低噪声放大器的噪声温度，k；
[0043]
n0—低噪声放大器接常温负载时系统输出的归一化噪声功率，dbm/hz；
[0044]nhorn
—低噪声放大器与标准增益喇叭连接时系统输出的归一化噪声功率，dbm/hz；
[0045]
t
sky
—晴空天顶方向的天空噪声温度，k。
[0046]
(2)测量含电磁干扰噪声的天线噪声温度。将测试仪器设备与待测天线连接，待测天线指向晴空天顶方向，用频谱分析仪测量低噪声放大器与待测天线连接时，系统输出的归一化噪声功率的大小，用n
ant
表示，单位为dbm/hz。利用下式计算含电磁干扰噪声的天线噪声温度。
[0047][0048]
式中：
[0049]
t
ant emi
—含电磁干扰噪声的天线噪声温度，k；
[0050]nant
—低噪声放大器与待测天线连接时系统输出的归一化噪声功率，dbm/hz。
[0051]
(3)计算待测天线的噪声温度。由测量的电磁干扰噪声温度和含电磁干扰噪声的天线噪声温度，利用下式计算待测天线的噪声温度。
[0052]
t
ant
＝t
ant emi-t
emi
[0053]
式中t
ant
为待测天线的噪声温度。
[0054]
其中，步骤(1)中电磁干扰噪声温度的测量方法为：建立电磁干扰噪声温度的测试系统，将标准增益喇叭置于金属反射器中，喇叭口指向晴空天顶方向，接收来自天空噪声和电磁干扰噪声，合理设置频谱分析仪的状态参数，如在噪声功率测量中，频谱分析仪的射频衰减应设置为0db，用频谱分析仪的噪声测量功能，测量低噪声放大器分别与常温负载和标准增益喇叭连接时，系统输出的归一化噪声功率的大小，分别用n0和n
horn
表示。
[0055]
步骤(2)中含电磁干扰噪声的天线噪声温度测量方法为：完成步骤(1)测量后，将测试仪器设备与待测天线连接，待测天线指向晴空天顶方向，保持频谱分析仪测量状态参数同步骤(1)，用频谱分析仪的噪声测量功能，测量低噪声放大器和待测天线连接时，系统输出的归一化噪声功率的大小，用n
ant
表示，单位为dbm/hz。
[0056]
电磁干扰噪声测量装置中的金属反射器，用于屏蔽地面噪声的影响，其尺寸应足够大，确保标准增益喇叭安装在金属反射器内，且要求标准增益喇叭口对金属反射器边缘的张角大于或等于标准增益喇叭的十分之一半功率波束宽度。
[0057]
测量中所用低噪声放大器具有高增益、低噪声，且具有良好的稳定性。低噪声放大器的增益要求大于或等于60db，这样可忽略低噪声放大器后级噪声的贡献。
[0058]
测量中所用的常温负载为标准波导匹配负载。
[0059]
归一化噪声功率测量应在晴天条件下进行。
[0060]
以下为一个更具体的例子：
[0061]
参照图1和图2，测试系统由标准增益喇叭、金属反射器、待测天线、常温负载、低噪声放大器、射频测试电缆和频谱分析仪组成。通过分别电磁干扰噪声温度和含电磁干扰噪声的天线噪声温度，由此确定待测天线的噪声温度。
[0062]
具体实施例中，待测天线为c波段6.2米天线，工作频率范围3.4ghz～4.2ghz。标准增益喇叭为bj-40的角锥喇叭，测试频率为4ghz，环境噪声温度t0＝300k，低噪声放大器的噪声温度t
lna
＝60k，晴空天顶方向的天空噪声温度t
sky
＝5k。则电磁干扰噪声环境中天线噪声温度测量方法步骤如下：
[0063]
第1步：测量电磁干扰噪声温度。将标准增益喇叭置于金属反射器中，喇叭口指向晴空天顶方向，接收天空噪声和电磁干扰噪声，用频谱分析仪测量低噪声放大器分别与常温负载和标准增益喇叭连接时，系统输出的归一化噪声功率的大小，分别用n0和n
horn
表示，单位为dbm/hz。利用下式计算电磁干扰噪声温度。
[0064][0065]
实施例当中，当常温负载直接与低噪声放大器连接时，合理设置频谱分析仪的状态参数，如在噪声功率测量中，频谱分析仪的射频衰减应设置为0db，用频谱分析仪的噪声测量功能，测量系统输出的归一化噪声功率n0为-121.6dbm/hz；然后，去掉低噪声放大器输入端口的常温负载，将低噪声放大器与金属反射器中的标准增益喇叭连接，喇叭指向晴空天顶方向，接收天空噪声和电磁干扰噪声，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率n
horn
为-124.7dbm/hz。则测量的电磁干扰噪声温度为：
[0066][0067]
第2步：测量含电磁干扰噪声的天线噪声温度。将测试仪器设备与待测天线连接，待测天线指向晴空天顶方向，用频谱分析仪测量低噪声放大器和待测天线连接时，系统输出的归一化噪声功率的大小，用n
ant
表示，单位为dbm/hz。利用下式计算含电磁干扰噪声的天线噪声温度。
[0068][0069]
实施例当中，将低噪声放大器与待测天线连接，待测天线指向晴空天顶方向，用频谱分析仪测量系统输出的归一化噪声功率n
ant
为-124.0dbm/hz。则含电磁干扰噪声的天线噪声温度为：
[0070][0071]
第3步：计算待测天线的噪声温度。由测量的电磁干扰噪声温度和含电磁干扰噪声的天线噪声温度，利用下式计算待测天线的噪声温度。
[0072]
t
ant
＝t
ant emi-t
emi
[0073]
实施例当中的待测天线噪声温度为：
[0074]
t
ant
＝147.16-111.32＝35.84k
[0075]
本方法工作原理如下：
[0076]
该方法首先利用标准增益喇叭，将其置于金属反射器中，喇叭指向晴空天顶方向，接收天空噪声和电磁干扰噪声，用频谱分析仪测量低噪声放大器分别与常温负载和标准增益喇叭连接时，系统输出的归一化噪声功率，由此确定电磁干扰噪声温度的大小；然后，将测试仪器设备接入待测天线系统，用频谱分析仪测量低噪声放大器和待测天线连接时，系统输出的归一化噪声功率，由此确定含电磁干扰噪声的天线噪声温度，扣除电磁干扰噪声温度，即可获得待测天线噪声温度的大小。