GB/T 11299.5-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量

标准中涉及的相关检测项目

标准《GB/T 11299.5-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量》涉及若干检测项目、检测方法以及相关产品。以下是这些内容的概述：

• 测量噪声温度的基本概念和定义。
• 设备或系统的噪声系数和噪声温度之间的关系。
• 不同分系统和组合系统的噪声温度测量要求。

• 使用已知噪声源进行测量，如热噪声源。
• 利用热噪声与设备噪声分布的相互影响，计算系统噪声温度。
• 采用“Y因子”法，通过测量功率与噪声源之间的比值来估算噪声温度。

• 卫星通信地球站的不同类型接收机。
• 卫星通信终端设备。
• 涉及天线子系统及与之相关的电波传播工具。

这些检测项目和方法帮助确保地球站无线电设备在操作中保持良好的性能和可靠性。

GB/T 11299.5-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量的基本信息

标准名：卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量

标准号：GB/T 11299.5-1989

标准类别：国家标准(GB)

发布日期：1989-03-01

实施日期：1990-01-01

标准状态：现行

GB/T 11299.5-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量的简介

本标准规定了噪声温度和噪声系数的测量方法。本标准适用于测量线性分系统和/或以适当接口分系统组合的噪声温度和噪声系数。特殊系统或分系统的测量在本系列标准的第二和第三部分中给出。GB/T11299.5-1989卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分:分系统和分系统组合通用的测量第五节:噪声温度测量GB/T11299.5-1989

GB/T 11299.5-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量的部分内容

中华人民共和国国家标准

卫星通信地球站无线电设备测量方法第一部分分系统和分系统组合通用的测量第五节噪声温度测量

Methods of measurement for radio equipmentused in satellite earth stationsPart 1: Measurements common to sub-systemsand combinations of sub-systemsSection Five-Noise temperature measurements本标准为《卫星通信地球站无线电设备测量方法》系列标准之一1主题内容与适用范围

本标准规定了噪声温度和噪声系数的测量方法。GB11299.5-89

本标准适用于测量线性分系统和/或以适当接口的分系统组合的噪声温度和噪声系数：特殊系统或分系统的测在本系列标准的第二和第三部分中给出。2引言

噪声是由外部或设备内部产生的，外部噪声主要来自地球以外的噪声源，以及人气层和地球表面的热辐射，内部噪声来源于热噪声和电路噪声，如象真空管内的散弹噪声、互调噪声、以及在半导体内的起伏噪声和铁氧体器件中磁畴界面移动引起的起伏噪声。用噪声温度来量度由…个系统或分系统产生的噪声功率是方使的。噪声温度总是“等效”温度，而不是实际温度，它是所有噪声源(热噪声源和非热噪声源)作用结果的一种量度。3定义

下述各种定义适用于本标准。

3.1噪声功率谱密度

噪南功率谱密度定义为

N(f)dPn(f)

式小：N（f)一噪声功率谱密度，是频率的函数(W/Hz）

dp、（f)在频率间隔df内所包含的总噪声功率.注：在实际应用时，可将噪声功率谱密度认为是1Hz带宽内所包含的噪声功率，用N表示。3.2资用噪声功率密度

资用噪声功率密度是指噪声源传递到匹配负载的噪声功率密度。3.3噪声温度

噪声温度是资用噪声功率密度与玻尔兹曼常数之比：中华人民共和国电子工业部1989-03-01批准（1)

1990-01-01实施

GB 11299.5-

式中：。—一噪声温度，且是频率的函数；N

k———玻尔兹曼常数，k1.3805×10-2J/K。89

噪声温度总是“等效”温度而不是实际温度，即使当噪声功率来自热源时，噪声温度也不仅是山单个物体在单一温度下的热辐射。T，保留下标表示等效温度、省略下标则表示实际温度，3.4平均噪声温度

平均噪声温度T,定义为：

式中：B-

噪声带宽（见3.5条）；

PN-一噪声带宽(B)内的总噪声功率。3.5噪声带宽

假如G()代表·个无噪声线性网络与频率有关的资用功率增益，而G.是该网络在标称中心频率或参考频率上的资用功率增益，则其噪声带宽（B)定义为：一个具有矩形辐频特性和资用功率增荒G，以及噪声功率输出与实际滤波器的输出相等的理想无噪声滤波器的带宽（见图1）。这里假定噪而功率密度不随频率变化。于是，滤波器输出端的噪声功率可用卜式表示：N·G(f)df = NBG。(W)

式中：N

一滤波器输入端的资用噪声功率密度由式(4)得出噪声带宽(B)为：

\G(f)df(Hz)

**(4）)

这里应注意：噪声带宽（B)之值不是滤波器的一个恒定参数，它取决于中心频率（)的选择，而中心频率（f)又确定资用功率增益(G,）。3.6工作噪声温度或系统噪声温度个分系统或分系统组合的工作噪声温度，是指由外部的和内部的（即被测设备内的）所有噪声源产生的噪声所构成的噪声温度以T。p表示。对于·个二端口器件或多个串联的二端II器件，反映到第·一级输入端口的工作噪声温度由下式给出：

T =T +T。

式中：T—输入端门的噪声温度；T。一由器件或器件链组成的被测设备的等效输入噪声温度。“系统噪声温度”常用来表示一个完整的通信系统的噪声温度，以T。表示。6

“工作噪声温度”不仅应用于完整的通信系统，而丑也常用于包括个噪声源、·个被测的系统或分系统以及负载任意配置的更普遍情况。3.7基准噪声源

基准噪声源指在测量期间噪声温度保持恒定的噪声源，通常不需知道基准噪声源的噪声温度。如渠基准噪声源的噪声温度是已知的，则称其为标准噪声源。基准噪声源的噪声温度可能是环境温度，处于环境温度下的热负载即是一个典型例下。基准噪声源常常由…个热负载或一个冷负载及一个处于或接近环境温度的衰减器（基衰减值为1）组成（见图2）。在这种情况下基准噪声温度（T)由下式给定：44

式中：T.--基准噪声源的噪声温度；T…衰减器所处的坏境温度。

3.8二端「1器件的等效输入噪卢温度GB 11299.5---

个一端口器件的等效输入噪声温度是个假想的噪声温度，当加到·个与实际器件具有相同的输入阻抗和增益、理想的无噪声二端器件时，该噪声温度将产生与实际器件相同的输出噪声功率密度。

当等效输入噪声温度为T，的一个二端口器件与…-台温度为T…u的噪声源连接时，该器件输出的噪声功率密度（N.）为：

N。-- (Tu + T)hG(W/Hz)

武中：—一端目器件的增益。

如果T。是在给定的带宽（B)内的平均等效输入噪声温度，则二端口器件的输出噪声功率（P)为：Ph -- (Tsou -+ T,)kGB

式中：B噪声带宽；

T—假定在噪声带宽(B)内为常数。（9）

除非另有规定，等效输入噪声温度均指在一给定带宽内的平均噪声温度，以T。表示，输入\参考面”均选在被测设备本身的输入端口。3.9平均噪声系数

\端口器件的平均噪声系数（下），是当其输入端的噪声温度为290K时，该器作传递给匹配负载的总噪声功率（P)与在相同条件下在个理想的无噪声器件输出端可得到的噪声功率（P。）之比Pa

-KT,GB

式中:T,--290K。

（10）

对了在多个频带上（如外差系统的镜象频率）具有增益的设备，分母Ps仅包禽与调制倍号处在相同频带的输入端的噪声功率。这种情况可应用于卫星通信系统，并称为\窄带噪声系数”平均噪声系数(F)与平均等效输入噪声温度(T。)之间的关系可由下列式了得到：P,一290kGB + kT,GB

kGB(290 + T.)

根据式(10)和(11)得到：

AGB(290±T)=1+ 20

290kGB

T, = 290(F -- 1)

长均噪声系数通常简称为噪声系数，以F表示。4—般考虑

（11）

(12）)

噪声系数（F)和等效输入噪声温度（T。）的测量方法，分为宽带法与窄带法：究带法常用噪声发生器作为测量信号发生器，而窄带法则采用连续波信号发生器作为测量信号发生器，通常采用的宽带测量方法是：

a．Y因子法；

b.3dB衰减器法；

自动噪声系数仪（ANFM)法。

GB11299.5—89

利用未调制信号的连续波法足最广泛采用的案带测量方法。从很低的频率到数十「光赫均采用此方法。

在具体情况下选择何种方法将取决于许多因素，它们是：a.

要求的精度；

所需的仪器；

仪器设备的利用率；

频率范围；

被测设备的类型；

是否方便；

测量速度。

表1概括给出各种测量方法的主要特点。被测设备可以是单一一的分系统（例如低噪声放大器）或是：-个分系统组合（例如低噪声放大器和下变频器）.在本系列标准的第二和第三部分中将给出适用于特殊的系统或分系统的测方案，各种测量方法的主要特点

Y因于法

(a)功率计法

(h)可变衰减器法

3d13衰减器法

(a)可变源法

(b)固定源法

自动噪声系数仪（ANFM)法

连续波法

5测量方法

5.1Y因子法

通常采用的Y因子法有两种：

a．功率计法；

b.可变衰减器法

10%～25%

5%～20%

5%～~20%

5%～20%

这两种方法的主要区别在丁对Y因子的测量手段。5.1.1功率计法

频率范围

10kHz～ 30GHz

10kHz-- 30GHz

IMHz~30GHz

10k Hz --- 30Gz

10MHz ~- 30GHz

1kHz～40GH2

测址速度

如图3所示，此方法采用一对随机噪声发生器和一台功率计。热噪声发生器的噪声温度（T）高于冷噪声发生器的噪声温度（T\）。热、冷噪声发生器对被测设备提供已知的资用功率，输出功率用功率计测量，与两输入功率相对应的两输出功率之比即是Y因子，根据测得的Y因子和己知的两个噪声源的噪声温度便可计等效输入噪声温度（T)和噪声系数（F）。这种方法精度高，特别是当测量配置自动化时，在最佳条件下测量误差可小到1%（0.(4dB）；典型误差是2%~8%（0.1～0.36dB）因此，当要求高准确度与高精度测量且具备精密的功率计时.通常选择这种方法。

测步骤如下：

参照图3，热噪声发生器与被测设备的输入端口相连，并记录功率计读数1h。GB11299.5--89

断开热噪声发生器，将冷噪声发生器与被测设备的输入端口连接，记录功率计读数。。b.

由式（14)计算Y因子：

等效输入噪声温度(T。)可按下式计算：(T+T)KGB

P=(T+ TOKGB

式中：G—一被测设备的增益；

B-——被测设备的噪声带宽；

Th-——热噪声发生器的噪声温度；T.

冷噪声发生器的噪声温度。

由式(15)得到：

根据T。值可从下式计算噪声系数（F）：F=1+

Th—YT

TYT。

= 1 + 290(Y=1)

以分表示的噪声系数F(dB)为：

F(dB) - 10 logioF

5.1.2可变衰减器法

.（16)

（18)

如图4所示，这种测量方法除广用一台精密可变衰减器和一台信号电平指示器来测量Y因了之外：其余与5.1.1条类似。这种方法可达到的精度与用功率计法可达到的精度相近，但这种方法不需要精密的功率计，主要的测量误差来自衰减器误差而不是噪声源或信号电平指示器的误差，因此，必须确保所用的可变衰减器具有足够高的精度。测量步骤如下：

参照图4，将冷噪声发生器与被测设备的输入端口连接，调整可变衰减器，使指示器的指示接近满刻度.记录指示器读数T和以分贝表示的衰减器读数A.（dI3)。b。断开冷噪声发生器，将热噪声发生器与被测设备的输入端口连接。c.

调整衰减器，使指示器得到相同的读数T。，记录分贝表示的衰减器读数A（dB)考虑到下列情况可计算Y因子：

P,(dB)— An(dB) = P(dB) - A(dB)19）

式中：P':(dB)和P(dB)为当被测设备的输入端口分别与热和冷噪声发生器连接时其输出端I1的噪声功率。

山式（19)得到：

Y(dB) P,(dB) - P(dB)

=Ar(dB) A(dB)

根据Y(dB)得到Y因子：

Y= 1or

知道『Y因子，则可按5.1.1条计算等效输入噪声温度（T。)和噪声系数（F）此方法不适用于测量低增益的被测设备，因为衰减器的噪声影响太大而使测量精度降低。5.23dB衰减器法

（20）

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此方法与5.1.2条的方法类似，区别在于用·只3dB的精密固定衰减器代替可变衰减器，并用固定的Y因子值2（即3dB），因此，必须使用输出电平可连续调整的噪声源。有两种方法可以采用，最常用的方法是利用一只限温热离子真空二极管作为散弹噪声源，这种噪出源的输出电平是容易调整的

另·种方法是利用一台电平固定的噪声发生器和“台可变衰减器，后者用来调整加到被测设备的噪声电平。但此方法不常用。

选择何种方法，取决于可供使用的仪器和被测设备的频率范围。5.2.1可变源法

如图5所示，二极管噪声发生器对被测设备提供一个可调的已知输入功率，噪声带宽应大十被测设备的带宽。

信号电平指示器提供输出功率的一个参考电平，但其绝对值并不重要。出于受到散弹噪声发生器的可用频率范用的限制，这种方法通常只用于1MHz3GHz的锁率范围，测量精度可达5%（0.2dB）。测量步骤始下：

a，参照图5，被测设备的输出端口与信号电平指示器相连，二极管噪声发生器的发射电流降（发生器仍与被测设备相连）。在这种状态下，出于残余的输入热噪声引起的被测设备输出端噪声功率是：P=(T+T)IGB

式中：G和B一被测设备的增益与带宽；T。—一被测设备的等效输入噪声温度；T--发生器源阻抗的环境温度。

b。调整信号电平指示器的灵敏度，使其指示接近满刻度，记录指示器读数I.。c将被测设备与信号电平指示器断开，并将3dB衰减器接入测试系统，（22）

d．增大噪声发生器的发射电流，直到在指示器上得到相同的读数I.，在这种状态下，被测设备输出端的噪声功率是：

P, = (T + T)kGB = 2P

式中：T，—二极管噪声发生器的总（散弹和热)噪声温度。e。记录噪声发生器上所指示的以分贝为单位的噪声系数F的读数。如果发射电流不是按噪声系数（分贝）标定，则T。值由式（22)和（23)计算：(T, +T)RGB

(T, +T)AGB

T = T. - 2T.

噪声系数（F)从下式求得：

5.2.2固定源法

(24）)

（26）

如图6所示，使用台固定电平噪声发生器，台已校准的可变衰减器，只3dB固定衰减器和台信号电平指示器，发生器/衰减器组合与5.2.1条中所述的二极管噪声发生器起相同作用，当采用高度精密的噪声发生器和衰减器时，此方法具有高的精度，在最佳条件下测量溪可小创2%（0.1dB），典型误差是5%～20%（0.2～1dB）。此方法适用于10kHz～30GHz的频率范围测量步骤如下：

参照图6，被测设备的输出端口与信号电平指示器连接，关断噪声发生器，们仍衰减器连接a.

GB 11299. 5 -- 89

在这种状态下，被测设备输出端的噪声功率是：P, =(T+T)KGB

式: Te

被测设备的等效输入噪声温度；T\,---发生器源阻抗的环境温度。调整信号电平指示器的灵度，使其指示接近满刻度，记录指示器读数1。h.

将被测设备与信号电平指示器断开，并将3d3衰减器接入测试系统。C

接通噪声发生器，并调整可变衰减器直到在指示器上得到相同的读数I。d

在这种状态下，被测设备输出端的噪声功率是：P2= {T,α+T,(1

式中：Th

噪声发生器的噪声温度；

可变衰减器的透射系数；

T-可变衰减器的环境温度;

T—被测设备的等效输入噪声温度。- α) + TJkGB - 2P

e。记录以分贝标定的可变衰减器的衰减值A，并利用式（29)换算成透射系数α，α = 1o=4at

T值从式(27)和(28)求得：

T + T( α) +TKGB

T + TJGB

因此：

T=(T, T)αT,

5.3自动噪声系数仪（ANFM)法

(27）

（28）

（30）

（31）

如图7所示，此方法采用一台开关型随机噪声发生器和一台白动噪声系数仪（ANFM)来自动测量噪声系数

白动噪声系数仪在两个已知的输出功率电平之间周期性地开关噪声发生器，并白动计算噪声系数（F），其值在面板上直接显示。这种方法具有中等精度，因为开关型噪声发生器和自动噪声系数仪中的模拟电路难以校准。

在最佳条件下测量误差可小到5%(0.2dB），典型误差是5%～20%（0.2~1dB）.商品化仪器的标称可用频段是10MHz～30GHz。

测最步骤如下：

参照图7，噪声发生器电流和其他控制旋纽按厂家说明书调定，置前面板开关使面板上显示噪声系数，如果需要，F值可用下式计算：F 10

式中：F(dB)以分贝表示的噪声系数。而T。则按式（33)计算：

T。 - 290(F - 1)

5.4连续波法

(32）

（33）

连续波法属窄带测量法，如图8所示，主要利用一台可变频率的正弦波信号发生器，若被测设备的噪声带宽是已知的，则这种方法可用来代替那些使用噪声发生器的方法。在测试频率（f)上，信号发生器输入到被测设备的功率已知为P、，输出功率的两种状态下测量：切断连续波信号，在这种情况下的输出功率(P,)完全是噪声。a.

b．接通连续波信号，在这种情况下的输出功率（P2)是噪声与所加连续波信号的混合，GB 11299. 5—89

根据信号发生器输出功率（P)和测出的被测设备输出功率便可计算噪声系数1测量步骤如下：

参照图8，将连续波发生器调谐于频率了。，具输出电平置于岑（发生器仍与被测设备连接）.评a.

记下系统的输出功率(P）。在这种状态下，被测设备输出端的噪声功率（P)是：P=(T+T)KGB

武: T

被测设备的等效输入噪声温度；一连续波发生器源阻抗的环境温度。.（31）

b．连续波信号发生器的频率仍为，输出电平至少比P大20dB，但不得使被测设备饱和，记录信号发生器的资用功率电平(P)和被测设备的输出功率P2。P2=PG+(T.+T)KGB

T。值由下列式了计算：

P=(T.+ T)kGB + PG

(T+ TRGB

1+(T+T)KB

噪声系数（F)出下式求得：

这意味着必须知道被测设备的噪声带宽，否则，应采用附录A所给的方法测量。6结果表示法

测量结果应按下述表示：

等效输入噪声温度(T。)以绝对温度（K)为单位表示；噪声系数（F)以分贝（dB)为单位表示。7

要规定的细节

当要求进行本项测量时，设备技术条件中应包括下列内容：所用的测量方法：

所需的测量设备配置精度：

测基的频率范围；

加到被测设备的最大输入电平；进行测量时所选的参考面。

(36）

热噪声

滤波器

GB11299.5-89

带宽(B）

内的噪声

图1平坦噪声带宽的示意图

嵘声源

可变衰减器

（环境温度为T。

衰减器调整基准源的噪声温度

热噪声

发生器

被测设备

玲噪声

发生器

功率计

图3功率计法测量Y因子的设备配置热噪声

发生器

冷噪声

发生器

被测设备

衰减器

信号电平

指示器

图4用衰减器法测量Y因子的设备配置限溫极管

噪声发生器

被测设备

3dB冏定

度减器

信号电平

指示器

图5可变电平噪声源的3dB衰减器法测量噪声系数的设备配置51

噪声发生器

可变衰减器

GB11299.5

被测设备

3dB周定

衰减器

信号电书

指示器

图6固定电平噪声源的3dB衰减器法测量噪声系数的设备配置开关型噪声

发生器

被测设备

自动噪声

系数仪

图7噪声系数的自动测量配置

连续波信号

发生器

分路器

计数器

图8连续波法测量噪声系数的设备配置功率计

GB 11299.5-89

附录A

噪声带宽测量

（补充件）

被测设备的噪声带宽（B）可通过数值积分得到。因A1示出相应的测量设备配罩。当采用图A1(a)的方法时，需要工作于线性方式的频谱分析仪。测基步骤如下：

a．X·Y记录仪采用线性图纸，被测设备与频谱分析仪不连接，在记录上绘出零信号基线。b．被测设备的输出端与频谱分析仪连通并绘出线性振幅/频率特性，此特性曲线应从中心频率的两侧延伸直到与基线相交。

利用扫频发生器内的计数器在基线上建立两个频率基准点，以便确定每分度的频率增量对于在基线上的每分度（频率刻度），记录幅度的刻度（A:)及其平方（A）。d，

为了求出噪声带宽，先算出所有振幅的平方和，除以最大振幅的平方，再将此值乘以每分度的e

频率增量（A)，便得到噪声带宽（B)MAN

图A1(b)示出另-·种可供选择的测量设备配置，测量过程同上，不同之处在于输入题率是手动调整和射频电压按线性标度记录，频率增量应这样选取：在被测设备通带中心频率两侧的30dB下降点之间取得大约100个读数。

在上述两种测量设备配置中，被测设备均需端接标称负载阻抗，同时还要确保输入到被测设备的电平在每个测试频率是不变的

应注意，当在被测设备中出现频率变换时不可用第一种方法。带频率计数器的射

频扫频信号发生器

射频输出

射巅输入

x输出，

频谱分析仪

(线性方式）

射频信号

放大器

Y输出

计数器

分路器

被测设备

记录仪

被测设备

图A1噪声带宽的测量

附加说明：

本标准由电了工业部第五十四研究所负责起草。射频

电压表

北检院检验检测中心能够参考《GB/T 11299.5-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量》中的检验检测项目，对规范内及相关产品的技术要求及各项指标进行分析测试。并出具检测报告。

检测范围包含《GB/T 11299.5-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量》中适用范围中的所有样品。

测试项目

按照标准中给出的实验方法及实验方案、对需要检测的项目进行检验测试，检测项目包含《GB/T 11299.5-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第一部分: 分系统和分系统组合通用的测量 第五节:噪声温度测量》中规定的所有项目，以及出厂检验、型式检验等。

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