[发明专利]一种K波段接收机噪声温度测试方法

说明书

本发明涉及一种K波段接收机噪声温度测试方法，该方法涉及的装置是由K波段接收机、座架、固定架、旋转轴、旋转台、常温黑体、转动轴、U型螺栓、第一转动轴固定板、第二转动轴固定板、第一固定销钉、第二固定销钉、滑块、滑块连接杆、滑动导轨、角度固定螺杆、角度固定螺帽、角度固定滑槽组成，该方法使用冷空代替不易操作的冷负载，测试装置可以在馈源口面引入或者移除常温黑体负载，并可以将K波段接收机及其波束方向在0‑90度仰角任意调节，通过结合当前仰角下K波段对应的天空亮温度，便可完成该接收机噪声温度的测算。该方法模拟了在观测过程中对K波段接收机进行快速噪声温度测试，避免了传统冷热负载法中必须要将天线仰角保持在90度测试及使用低温液氮所带来的安全隐患，使测试效率及安全性有了明显提升。

技术领域

本发明涉及一种在观测过程中对K波段接收机进行精确、快速的噪声温度测试方法，专门用于K波段接收机的噪声温度测试。

背景技术

射电天文是用射电望远镜观测宇宙天体辐射而来的无线电波的一门学科，而微波接收机是射电望远镜中专门用于接收射电信号的设备。现在关于微波接收机的定义，有将馈源列为接收机的一部分，也有认为馈源是天线系统的一部分。原始射电信号经天线主反射面一次反射、再经副反射面二次反射至接收机馈源处，然后再经接收机的正交模耦合器、低噪声放大器等器件后传输至数据终端。

微波接收机最主要的技术指标是灵敏度，灵敏度越高，可探测微弱信号的能力就越强。当原始射电信号经接收机传输时，接收机自身的噪声会添加到信号中，导致弱的信号无法被探测到。一般将接收机自身产生的热噪声称之为接收机等效的噪声温度。噪声温度越低，也就意味着接收机的灵敏度越高。

提升接收机灵敏度、降低其噪声温度是每一个接收机的设计目标。将整个接收机低噪声放大器及前级的微波器件制冷是降低接收机噪声温度的最佳途径。以新疆天文台南山站K波段接收机为例，该波段接收机制冷后的噪声温度为16K，而常温状态下的噪声温度则为600K。由于观测的科学目标不同，也有相当部分射电望远镜使用常温接收机，比如南山站主要用于全息法测量的Ku波段接收机。比起制冷接收机，常温接收机不用为制冷部件专门设计杜瓦，接收机整体结构相对简单。但不论是常温还是制冷接收机，噪声温度都是其性能好坏的直接指标，故而对接收机噪声温度的测试尤为重要。

对于接收机噪声温度的测试，最常用也是最经典的方法是冷热负载法，也就是Y因子法。该方法就是使用两个不同物理温度、宽带的辐射源(比如冷、热黑体)，将它们分别放置在接收机第一级放大器或者混频器的前级，使其辐射注入到接收机的馈源或者波导里。

在冷、热负载分别覆盖至接收机馈源口面时，记录冷负载温度T_cold和热负载温度T_hot及冷负载强度输出V_cold和热负载强度输出V_hot，根据公式1便可计算出接收机的噪声温度T_Rx，即接收机自身强度响应的等效的温度值。而公式2即为“Y因子”，也就是当热、冷负载被放置到馈源前级时接收机的功率响应比率，其中V_Rx为接收机自身的强度输出。

常规的冷热负载法测试中，热负载一般使用常温状态下的黑体，冷负载则采用将黑体放置于盛满液氮的泡沫器皿内，以此将黑体温度降至液氮温度(77-80K)。由于冷负载在观测过程中不方便使用，且噪声温度测试一般在观测前将天线仰角调整到90度，由接收机工程师专门进行相关测试，观测过程中则无法进行。另外，由于不同波段接收机微波器件尺寸不一，长厘米波段馈源尺寸过大，如南山站L波段接收机馈源直径为1.05米，即便在观测前使用冷热负载法也非常困难，因为很难提供一个足够大的冷负载完全覆盖在其馈源口面。