【正文】 microwave radio frequency measurement techniques. Key words: sol id state noise source。在遙感、噪聲測(cè)量、雷達(dá)整機(jī)性能的自動(dòng)監(jiān)測(cè)獲得了廣泛的應(yīng)用。在測(cè)量線(xiàn)性二端口網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)時(shí)，使用噪聲發(fā)生器法有如下優(yōu)點(diǎn) :(1)噪聲發(fā)生器的輸出電平很小，能直接給出待測(cè)網(wǎng)絡(luò)所需要的電平，又不需要采取更為嚴(yán)密的屏蔽措施。對(duì)噪聲源的要求，應(yīng)在規(guī)定的帶寬內(nèi)有均勻的功率譜密度和一定的輸出噪聲功率。 自從 1966 年到 1969 年，雪崩二極管第一次被用做微波噪聲源，就因其具有極寬覆蓋頻率范圍，體積小，重鼓輕，功耗低，噪聲功率輸出人等特點(diǎn)而逐漸取代飽和二極管噪聲源，氣體放電二極管噪聲源，廣泛應(yīng)用于微波噪聲測(cè)量中。 2）導(dǎo)線(xiàn)或器件中電荷的漂移運(yùn)動(dòng)。 由于噪聲在時(shí)間上表現(xiàn)為隨機(jī)且不相關(guān)的特點(diǎn)，因此最適合用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)噪聲有如下特點(diǎn)： 1）噪聲電壓（或者電流）幅度的均值為 0 2）噪聲電壓的均放值為常數(shù) 噪聲的種類(lèi) 目前在電路設(shè)計(jì)中 用到的噪聲主要分為以下兩大類(lèi)： 1）和頻率無(wú)關(guān)的噪聲：如熱噪聲和散彈噪聲 2）和頻率相關(guān)的噪聲：如低頻噪聲和高頻噪聲 下面分別敘述上述噪聲的定義 熱噪聲 又稱(chēng) 白噪聲 。 或稱(chēng) 約翰遜噪聲 （ Johnson noise）。 熱噪聲是指處于一定熱力學(xué)狀態(tài) F 的導(dǎo)體中所出現(xiàn)的無(wú)規(guī)律電漲落，它是由導(dǎo)體中自由電子的無(wú)規(guī)律熱運(yùn)動(dòng)引起的，其大小取決于物體的熱力學(xué)狀態(tài)。需要說(shuō)明的是當(dāng) 在極高的頻率和極低的溫度下時(shí)，由于量子效應(yīng)，公式 ()將有一定的 近似性，這時(shí)需要運(yùn)用由 量子理論導(dǎo)出的 Nyquist 定理完全表達(dá)式。 在高于絕對(duì) 0176。電阻熱噪聲的幅度和其阻值有下列關(guān)系； TRBKV bn 42 ? (24) 式中， Vn 是噪聲電壓，以 V 為單位； Kb 是玻爾茲曼常數(shù)， 10(23)J/K； T 是溫度，以 K 為單位； R 是電阻，以 Ω 為單位； B 是帶寬，以 Hz 為單位。 帶寬越寬，總功率越大，因此即使 dBm／ Hz 的功率幅度看上去很小，但給定帶寬內(nèi)的總功率也會(huì)很高。電子運(yùn)動(dòng)的途徑，由于和其他粒子碰撞，是隨機(jī)的和曲折的，即呈現(xiàn)布朗運(yùn)動(dòng)。這個(gè)交流成分稱(chēng)為熱噪聲。 高頻噪聲 與熱噪聲和散彈噪聲相比，高頻噪聲是指和頻率相關(guān)而不是與電流相關(guān)的噪聲，通常與電容伴隨出現(xiàn)，如場(chǎng)效應(yīng)管中的柵極感應(yīng)噪聲等。 閃爍噪聲幾乎在所有器件中均可以發(fā)現(xiàn)，一些無(wú)源器件中也可以看到。 從上式可以看出， 2/1fi 的對(duì)數(shù)和頻率的對(duì)數(shù)為線(xiàn)性關(guān)系 )lg (10)lg (10lg (20 )/1 ffIki fff ??? ? （ 212） 等效噪聲帶寬 白噪聲 n(t)的頻率密度在所有頻率范圍內(nèi)都是平坦的，其頻譜密度為一個(gè)常數(shù)，令 2)( ??fGn （ 213） 式中， ? 為常數(shù)，系數(shù) 1/2 是指功率一半與正頻率相關(guān)，另一半與負(fù)頻率相關(guān)。表征二端口網(wǎng)絡(luò)的噪聲特性的參數(shù)通常有兩個(gè) :一是噪聲因子 F，另外一個(gè)是噪聲系數(shù) NF。 從式（ 216）可以看到，噪聲系數(shù)的物理含義是信號(hào)從網(wǎng)絡(luò)的輸入端傳輸?shù)捷敵龆藭r(shí)信噪比下降的數(shù)值，顯然一個(gè)理想的無(wú)噪聲放大器在放大了輸入信號(hào)的同時(shí)也放大了輸入的噪聲，因此系統(tǒng)的信噪比（ dB）保持不變，亦即 )(01 dBS N RS N RF outin ??? (220) 9 然而，實(shí)際的放大器內(nèi)部器件存在著各種噪聲，如熱噪聲、散彈噪聲、低頻噪聲 等等，這些都會(huì)引起系統(tǒng)輸出信噪比的惡化，噪聲系數(shù)的高低意味著由網(wǎng)絡(luò)本身引起的噪聲的大小。因此，用來(lái)表征（ FM）接收機(jī)靈敏度的靜噪抑制或數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率（ BER）相比，噪聲系數(shù)更具普遍性。采用 Y 因子方法通常需要一個(gè)精確的噪聲源，以產(chǎn)生所需的高頻噪聲。根據(jù) H ines 的理論 , 當(dāng)負(fù) 載為純電阻 R L 時(shí) , 處于雪崩擊穿狀態(tài)的噪聲極管傳輸?shù)截?fù)載的功率譜密度為 : 22222)()1(1)(LSPSCLabn RRR RIVaW ??????? （ 223） 式中 , ?????????????222223 xthmqKa ??， V b 為擊穿電壓 , I 為雪崩電流 , X 為角頻率 , Xa 為雪崩頻 11 率 , Rsc 為擊穿狀態(tài)空間電荷區(qū)電阻 , Rsp 為串聯(lián)電阻 , q 為電子電荷 , K =V a/Vb ,V a 為雪崩區(qū)兩端的電壓 ,m 為電離系數(shù)與電場(chǎng)冪關(guān)系中的指數(shù) , Sh 為載流子以飽和漂移速度通過(guò)空間電荷層的渡越時(shí)間 , Sx 為雪崩區(qū) 內(nèi)一個(gè)載流子發(fā)生兩次電離之間的平均時(shí)間 ]5[ 。白噪聲平均功率無(wú)窮大 , 物理上無(wú)法實(shí)現(xiàn) , 實(shí)際研究的是白噪聲通過(guò)限制帶寬的濾波器輸出的噪聲 , 稱(chēng)之為限帶噪聲或有色噪聲 。 這樣等效輸入噪聲 溫度 Th 可以由 ENR 獲得，有 )110( 10/0 ?? E NRh TT (225) 表 22 給出了常用噪聲源 HP346C 的 ENR 隨頻率變化的數(shù)據(jù)。令 Y 表示上述兩個(gè)噪聲輸出功率的比值： ecehch TT TTNNY ???? （ 228） 則噪聲網(wǎng)絡(luò)等效輸入噪聲溫度可以直接獲得，即 13 1??? Y YTTT che （ 229） 被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)公式為 1 )1/()1/( 00 ? ???? Y TTYTTF ch （ 230） 當(dāng) Tc ? T0 時(shí)，有 1??YENRF （ 231） 3 固態(tài)噪聲源的測(cè)試 電路設(shè)計(jì) 處于雪崩擊穿狀態(tài)的噪聲二極管 ]7[ 等效電路如圖 31 所示。對(duì)于特性阻抗為 50? 的 傳輸線(xiàn) , 當(dāng) R sc= RL? R sp 時(shí) , 傳輸?shù)截?fù)載 R L 的噪聲功率最大。 R為限流電阻 ,當(dāng) 28VDC穩(wěn)定時(shí) , 可為固態(tài)噪聲二極管 D提供恒流偏置 ,使 D工作在雪崩擊穿區(qū)。 14 圖 32 帶匹配 網(wǎng)絡(luò)的固態(tài)噪聲源電路結(jié)構(gòu) 常用偏置電路，如圖 33 圖 33 本次設(shè)計(jì)所用噪聲源偏置電路結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)應(yīng)用的就是不帶匹配網(wǎng)絡(luò)的噪聲源電路，設(shè)計(jì)中噪聲二極管用的是SDCL，其工作頻段為 10Hz110Hz，工作電壓為 711V,電流為 35MA左右， ENR為2530dB。 脈沖調(diào)制波形如圖 34 圖 35 射頻開(kāi)關(guān)調(diào)制信號(hào)圖 圖 35 中 ， rt? 為射頻開(kāi)關(guān)由關(guān)閉到導(dǎo)通轉(zhuǎn)換時(shí)的過(guò)渡時(shí)間， dt? 為射頻開(kāi)關(guān)由導(dǎo)通到關(guān)閉轉(zhuǎn)換時(shí)的過(guò)渡時(shí)間， onwt? 為射頻開(kāi)關(guān)工作在完全導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間，并且 16 有 dr tt ?? ? ， Bdoff ttt ??? ?? ，調(diào)制周期 moffonm ftt /1??? ?? 。并且通過(guò)改變調(diào)制頻率能夠得到不同的等效噪聲溫度，能夠?qū)邮諜C(jī)進(jìn)行定標(biāo)，提高整機(jī)的穩(wěn)定性。 2使用雙屏蔽電纜。 2若存在不連續(xù)點(diǎn)，在基波混頻器前加一只低噪聲，高增益放大器，這樣可減小系統(tǒng)噪聲系數(shù)對(duì)測(cè)試影響。第一個(gè)誤差源是雙邊帶測(cè)量中兩個(gè)主下變頻噪聲頻帶 f )(? +fIF ，和 IFff ?)(? 。 5 (2) : 97～ 107 [6] 程耀沃 . 18～ 26. 5GHz 固態(tài)噪聲二極管 [J ]. 固體電子學(xué)研究與進(jìn)展 , 1983。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。 論文密級(jí)： □ 公開(kāi) □ 保密 （ ___年 __月至 __年 __月） (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 作者簽名： _______ 導(dǎo)師簽名： _______ _______年 _____月 _____日 _______年 _____月 _____日 23 獨(dú) 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解 濱州學(xué)院 關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。沒(méi)有他們的幫助，我將無(wú) 法順利完成這次設(shè)計(jì)。再次對(duì)周巍老師表示衷心的感謝。 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無(wú)盡的難舍與眷戀。 學(xué)友情深，情同兄妹。是他們?cè)谖耶厴I(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì)，給了我很多解決問(wèn)題的思路，在此表示衷心的感激。 25