天线噪声温度的概念组成及测量方法.doc

11.1 天线噪声温度测量11.1.1 天线噪声温度的概念及其组成天线从周围环境接收到噪声功率，通常用噪声温度来度量一个系统产生的噪声功率大小。天线噪声可以用给定频带内与噪声功率有关的等效噪声温度表示。即N=kBTa( k为玻尔兹曼常数；B为接收机带宽；Ta为天线等效噪声温度)。天线噪声可分为内部噪声和外部噪声。内部噪声主要包括天线传输损耗和欧姆损耗等产生的热噪声；外部噪声是由天线所处的环境中的噪声源产生的噪声，如大气衰减噪声、宇宙噪声和地面热辐射噪声等。天空噪声温度由大气衰减噪声和宇宙噪声组成。地面噪声由地面辐射引起的噪声温度。由于天线辐射方向图的旁瓣特性，此影响随天线的仰角而略有变化。如图11-5所示，为天线噪声温度组成图。地面噪声天空噪声 La损耗噪声天线欧姆损耗噪声 图11-5 天线噪声温度的组成若已知天线系统总损耗为La，天线接收环境的噪声温度为Ta，则天线系统的噪声温度TA为： （11-23）式中： T0 环境温度(K)。11.1.2 天线噪声温度的计算由天线理论可知：在球坐标系中，天线噪声温度Ta可用下式进行计算： （11-24）式中：PC(q,f) 天线主极化归一化功率方向图；PX(q,f) 天线交叉极化归一化功率方向图；Tbc(q,f) 天线主极化方向背景噪声温度分布函数；Tbx(q,f) 天线交叉极化方向背景噪声温度分布函数。大家知道，天线交叉极化场相对于主极化来说是很小的，由此引起的噪声温度可忽略不计，则式(11-24)可进一步简化为： （11-25）式中：P(q,f) 天线归一化功率方向图；Tb(q,f) 天线背景噪声温度分布函数。若天线为圆口径对称的，则式（11-25）可进一步简化为： （11-26）式(11-26)为计算天线噪声温度的基本公式，该噪声温度计算结果不包括损耗引起的噪声温度，是由天空噪声和地面噪声引起的。则式（11-26）可表示为： （11-27） （） （11-28） （） （11-29）式中：Tsky(q) 天空噪声温度分布函数；Tground(q) 地面噪声温度分布函数。由式(11-27)、(11-28)和（11-29）可知：只要知道天空和地面噪声温度分布函数，以及天线功率方向图，就可精确计算天线噪声温度的大小。11.1.3 天线噪声温度的测量方法天线噪声温度采用经典的Y因子法进行测量。图 11-6所示，为Y因子法测量天线噪声温度的原理方框图。LNA常温负载TAT0TLNA波导开关待测天线频谱分析仪图11-6 天线噪声温度测量原理方框图由Y因子法测量天线噪声温度原理方法是：首先将波导开关接在常温负载上，频谱分析仪测量的噪声功率为N1(dBm)；然后将波导开关切换到待测天线上，频谱分析仪测量的噪声功率为N2(dBm)，计算二者的差值即得Y因子为： （11-30） 由Y定义得： （11-31）则天馈系统噪声温度为：（11-32）式中： T0 常温负载的噪声温度（K）； TLNA 接收机系统的噪声温度（K）； TA 天馈系统的噪声温度（K）；若扣除天线馈源网络、双工器等插入损耗La引起的噪声温度，则天线接收环境噪声温度Ta为： （11-33）测量方法和步骤如下：第1步：按图11-6连接好测试系统，加电预热，使测试系统仪器设备工作正常，将待测天线转动到技术要求规定的仰角上；第2步：将波导开关打到常温负载上，调整好频谱分析仪的工作状态，测量并记录此时频谱仪测量的噪声功率N1(dBm)；第3步：在测试条件相同情况下，将波导开关打到待测天线上，测量并记录此时频谱分析仪测量的噪声功率N2(dBm)；第4步：由步骤2和3测量的噪