一种提高等效输出噪声温度稳定性的系统及方法

技术领域

本发明涉及微波噪声测量技术领域。更具体地，涉及一种提高等效输出噪声温度稳定性的方法。

背景技术

低温噪声源用于产生标准微波噪声信号，是微波噪声最高标准的主标准器之一，也常用于高精度的微波噪声参数测量和微波辐射计校准。低温噪声源均是将其输出端口的恒温模块维持在一个固定的温度，低温噪声源的等效输出噪声温度的稳定性主要由匹配负载或辐射体的物理温度、隔热传输线的物理温度分布或耦合天线的物理温度稳定性决定。隔热传输线和耦合天线的损耗短时间内不会有明显的变化。匹配负载或辐射体的物理温度主要由制冷剂的物理温度决定，例如，液氮。

然而，液氮的物理温度会随着液氮的纯度和大气压强的变化而变化。这样在低温噪声源输出端口维持温度恒定的情况下，其等效输出噪声温度会随着液氮的物理温度变化而变化，降低了低温噪声源等效输出噪声温度的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种提高等效输出噪声温度稳定性的系统及方法。

第一方面，本发明提供一种提高等效输出噪声温度稳定性的系统，该系统包括：

低温噪声源，用于产生低温噪声信号，其中，所述低温噪声源的等效输出噪声温度设置为T

温度监测装置，用于监测所述低温噪声源中制冷剂的温度变化，并将所述温度变化发送至控制装置；

控制装置，用于根据所述温度变化控制所述低温噪声源的输出端面的物理温度，以使得所述低温噪声源的等效输出噪声温度T

在一个具体实施例中，所述低温噪声源包括：

匹配负载，用于生成所述低温噪声信号；

制冷剂，用于浸泡所述匹配负载，以使得所述匹配负载的温度与所述制冷剂的温度一致，其中，所述匹配负载的物理温度设置为T

隔热传输线，用于将所述低温噪声信号耦合至输出端面；

恒温模块，用于控制所述隔热传输线的物理温度，所述恒温模块与所述隔热传输线连接，其中，所述隔热传输线的物理温度分布与低温噪声源的输出端面的物理温度相关。

在一个具体实施例中，所述低温噪声源的等效输出噪声温度T

式中，A

在一个具体实施例中，若温度监测装置监测到制冷剂温度上升，控制装置向所述恒温模块发送第一控制指令，恒温模块根据所述第一控制指令控制所述输出端面的物理温度下降；若温度监测装置监测到制冷剂温度下降，控制装置向所述恒温模块发送第二控制指令，恒温模块根据所述第二控制指令控制所述输出端面的物理温度上升。

在一个具体实施例中，所述制冷剂为液氮。

在一个具体实施例中，所述温度监测装置包括温度传感器和温度测量电路。

第二方面，本发明提供一种利用第一方面所述的系统提高等效输出噪声温度稳定性的方法，该方法包括：

低温噪声源产生低温噪声信号，其中，所述低温噪声源的等效输出噪声温度设置为T

温度监测装置实时监测制冷剂的物理温度变化，并将所述温度变化发送至控制装置；

控制装置根据所述温度变化控制所述低温噪声源的输出端面的物理温度，以使得所述低温噪声源的等效输出噪声温度T

在一个具体实施例中，当温度监测装置监测到制冷剂温度上升，控制装置向所述恒温模块发送第一控制指令，恒温模块根据所述第一控制指令控制所述输出端面的物理温度下降；若温度监测装置监测到制冷剂温度下降，控制装置向所述恒温模块发送第二控制指令，恒温模块根据所述第二控制指令控制所述输出端面的物理温度上升。

本发明的有益效果如下：

本发明针对目前存在的问题，制定一种提高等效输出噪声温度稳定性的系统及方法，通过适度逆向改变低温噪声源输出端口物理温度的方式来降低由于液氮温度变化而导致的标准低温噪声源等效输出噪声温度变化的问题，在不明显增加低温噪声源成本的基础上，有效提高了等效输出噪声温度的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本申请的一个实施例的提高等效输出噪声温度稳定性的系统的结构示意图。

图2示出根据本申请的一个实施例的低温噪声源的示意图。

图3示出根据本申请的又一个实施例的低温噪声源的示意图。

图4示出根据本申请的一个实施例的低温噪声源输出噪声温度计算模型示意图。

图5示出根据本申请的又一个实施例的低温噪声源的示意图。

图6示出根据本申请的一个实施例的提高等效输出噪声温度稳定性的方法。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请，下面结合优选实施例和附图对本申请做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本申请的保护范围。

如图1所示，本申请提出了一种提高等效输出噪声温度稳定性的系统，该系统包括低温噪声源、温度监测装置以及控制装置，其中，

低温噪声源，用于产生低温噪声信号，其中，所述低温噪声源的等效输出噪声温度设置为T

温度监测装置，用于监测所述低温噪声源中制冷剂的温度变化，并将所述温度变化发送至控制装置；

控制装置，用于根据所述温度变化控制所述低温噪声源的输出端面的物理温度，以使得所述低温噪声源的等效输出噪声温度T

本实施例针对目前存在的问题，制定一种提高等效输出噪声温度稳定性的系统，通过适度逆向改变低温噪声源输出端口物理温度的方式来降低由于液氮温度变化而导致的标准低温噪声源等效输出噪声温度变化的问题，在不明显增加低温噪声源成本的基础上，有效提高了等效输出噪声温度的稳定性。

在一个具体示例中，温度监测装置为具有温度测量功能的仪器，包括温度传感器和温度测量电路，其中，温度传感器，用于将温度信号转换为电信号；温度测量电路，用于根据所述电信号得到所述温度变化。

如图2所示，低温噪声源包括：

匹配负载，用于生成所述低温噪声信号；

制冷剂，用于浸泡所述匹配负载，以使得所述匹配负载的温度与所述制冷剂的温度一致，其中，所述匹配负载的物理温度设置为T

需要说明的是，制冷剂还可以为液氦或干冰等能够起到制冷作用的试剂，制冷剂的具体选择依据实际情况而定，本申请在此不做限定。

隔热传输线，用于将所述低温噪声信号耦合至输出端面。需要说明的是，隔热传输线有两个作用：一是将匹配负载产生的噪声信号传输给后级的测量系统，二是起隔热作用，将匹配负载处极低温过渡到输出端口的常温，以便于与测量系统连接。

恒温模块，用于控制所述隔热传输线的物理温度，所述恒温模块与所述隔热传输线连接，其中，所述隔热传输线的物理温度分布与低温噪声源的输出端面的物理温度相关。

本领域技术人员应当理解，任何传输线都不可能无损耗，而且传输线在对匹配负载终端所辐射的噪声功率衰减的同时，其本身也会辐射噪声功率，因而最终从标准噪声源输出端口提供的资用噪声功率是一个匹配负载终端和有耗传输线的噪声贡献的合成结果。

图3示出了低温噪声源的又一种表现形式，其隔热传输线水平放置。图2以及图3所示的低温噪声源均为负载法，将匹配负载浸泡在制冷剂，例如液氮中，通过隔热传输线将噪声信号耦合到输出端面。低温噪声源的等效输出噪声温度的大小主要由匹配负载的物理温度确定。因此，要求匹配负载具有良好的温度均匀性和稳定性。

将匹配负载浸泡在液氮中，用于保持匹配负载的温度恒定，低损耗隔热块可以减少空气对流换热。

在一个具体实施例中，所述低温噪声源的等效输出噪声温度T

式(1)中，A

本领域技术人员应当理解，隔热传输线的物理温度不是均匀的，输出端面的物理温度为T

图5所示的低温噪声源为辐射体法，主要由辐射体、绝热容器和耦合天线组成。其中辐射体的作用类似于微波吸收体，用于产生噪声温度；采用液氮浸泡的方式使其工作于低温，之所以采用液氮浸泡的方式，是因为液氮本身的温度稳定性和均匀性都很好，而且成本也较为低廉。耦合天线的作用是将辐射体本身辐射的噪声温度馈出。

本领域技术人员应当理解，低温噪声源的等效输出噪声温度的稳定性主要由匹配负载或辐射体的物理温度、隔热传输线的物理温度分布或耦合天线的物理温度稳定性决定。隔热传输线和耦合天线的损耗短时间内不会有明显的变化，因此，低温噪声源的等效输出噪声温度的大小主要由匹配负载或辐射体的物理温度确定。

在一个具体实施例中，所述低温噪声源的等效输出噪声温度T

式(2)中，M为天线口面与辐射体之间的失配，线性值表示；ε为辐射体的发射率；T

若温度监测装置监测到制冷剂温度上升，控制装置向所述恒温模块发送第一控制指令，恒温模块根据所述第一控制指令控制所述输出端面的物理温度下降；若温度监测装置监测到制冷剂温度下降，控制装置向所述恒温模块发送第二控制指令，恒温模块根据所述第二控制指令控制所述输出端面的物理温度上升。

在一个具体示例中，首先，通过温度传感器实时监控液氮的物理温度，当液氮的温度上升时，如果输出端口恒温模块的物理温度维持不变，则由公式(1)和(2)可知，标准低温噪声源的等效输出噪声温度将升高，本发明通过适当降低输出端口的物理温度，由此降低隔热传输线或天线的噪声贡献，从而补偿由于液氮温度升高而导致标准低温噪声源等效输出噪声温度升高；同理，当液氮的温度下降时，如果输出端口恒温模块的物理温度维持不变，则由公式(1)和(2)可知，标准低温噪声源的等效输出噪声温度将降低，本发明通过适当提高输出端口的物理温度，由此提高隔热传输线或天线的噪声贡献，从而补偿由于液氮温度降低而导致标准低温噪声源输出噪声温度降低。

通过以上的闭环控制，可以有效地降低因为液氮温度变化而导致的标准低温噪声源等效输出噪声温度变化的问题，从而提高其等效输出噪声温度的稳定性。

如图6所示，本申请提出了一种利用上述系统提高等效输出噪声温度稳定性的方法，该方法包括：

S10、低温噪声源产生低温噪声信号，其中，所述低温噪声源的等效输出噪声温度设置为T

S20、温度监测装置实时监测制冷剂的物理温度变化，并将所述温度变化发送至控制装置；

S30、控制装置根据所述温度变化控制所述低温噪声源的输出端面的物理温度，以使得所述低温噪声源的等效输出噪声温度T

当温度监测装置监测到制冷剂温度上升，控制装置向所述恒温模块发送第一控制指令，恒温模块根据所述第一控制指令控制所述输出端面的物理温度下降；若温度监测装置监测到制冷剂温度下降，控制装置向所述恒温模块发送第二控制指令，恒温模块根据所述第二控制指令控制所述输出端面的物理温度上升。

由于本发明实施例提供的提高等效输出噪声温度稳定性的方法与上述实施例提供的提高等效输出噪声温度稳定性的系统相对应，因此在前实施方式也适用于本实施例提供的提高等效输出噪声温度稳定性的方法，在本实施例中不再详细描述。

本实施例针对目前存在的问题，制定一种提高等效输出噪声温度稳定性的方法，通过适度逆向改变低温噪声源输出端口物理温度的方式来降低由于液氮温度变化而导致的标准低温噪声源等效输出噪声温度变化的问题，在不明显增加低温噪声源成本的基础上，有效提高了等效输出噪声温度的稳定性。

需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。