天线噪声温度的概念组成及测量方法

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1、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

2、而略有变化。如图 11-5所示，为天线噪声温度组成图。天空噪声图 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：AL11-23)式中：T 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：J2小p （0 ,）J加卜P （0,）+ P （0,）00 CXT（0,）+ P（0,Q）T（0,）sin0d0d00 - CffbcXbxsin 0 d0 d11-24）式中：PC(0,) 天线主极化归一化功率方向图；PX(0,) 天线交叉极化归一化功率方向图；Tbc(0,)

3、 天线主极化方向背景噪声温度分布函数；Tbx(0,) 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）J 2J兀 P（0, ）T（0, ）sin 0 d0 d a J2 J兀 P（0 ,）sin 0 d0 d 00式中：P(0,) 天线归一化功率方向图；Tb(0,) 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：JK P(0)T(0)sin0d01 JK P(0)sin0d0(11-26)0式(11-26)为计算天线噪声温度的基本公式，该噪

4、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：T=(T)+(T)(Iskyground(、卜2 p (e)T (e)sine de (T賈卜 p (e)sin e de0卜 p (e)T(e )sin e de 兀 / 2ground卜 p (e)sin e dea sky(T )a ground兀(0 9-)211-28)11-29)式中：Tsky(e)天空噪声温度分布函数；Tground(e)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

5、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。待测天线ALNA波导开关频谱分析仪常温负载ToLNA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：Y 10 (n1 - n 2 )/io(11-30)由 Y 定义得：T + TY LNA 0(11 31)T + TLNA A则天馈系统

6、噪声温度为：T Ua + T -T(1132)AYLNA式中：T0 一常温负载的噪声温度(K)；Tlna 一接收机系统的噪声温度(K)；TA一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T为:aT L T - (L - 1)T( 11-33)a aA a 0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测量的噪声功率，利用下式计算 Y 因子的大小。Y 10(n1 -N2)/10第 5 步:由测量的 Y 因子，利用下式计算天馈系统的噪声温度:T +TT LNA 0 TAYLNA第 6 步:改换测试频率，重复上述步骤，同理测量其它频率的噪声温度。