[发明专利]一种具有超大相对带宽的分布式有源冷热噪声源

说明书

本发明公开了一种具有超大相对带宽的分布式有源冷热噪声源，包括：分布式噪声网络、分布式上开关、分布式下开关和功率合成结构；分布式噪声网络包括：N级低噪声放大网络，用于将噪声信号进行多级放大；分布式上开关包括：N个并联连接的开关和共同连接的传输线，用于切换噪声源产生的热噪声信号；分布式下开关包括：N个并联连接的开关和共同连接的传输线，用于切换噪声源产生的冷噪声信号；功率合成结构用于连接热噪声源和冷噪声源。本发明利用分布式结构，显著提升了冷热噪声源的工作带宽，通过分布式噪声网络结构的复用，同时实现了冷噪声与热噪声，提升了电路的紧凑性。

技术领域

本发明属于噪声源技术领域，更具体地，涉及一种具有超大相对带宽的分布式有源冷热噪声源。

背景技术

噪声源是一种可以在特定频带内输出稳定噪声功率的装置，在辐射计天线系统及接收机定标、放大器参数测量以及噪声检测等许多应用中不可或缺。在一些辐射计系统和噪声测量系统中，需要同时具备两个具有不同噪声温度的“热”和“冷”噪声源，噪声源的宽带要求也随着实际应用越来越高。

图1是常规噪声源负载的简化原理图，虚线框中是噪声源的典型电路拓扑结构。有源热噪声源是通过反接晶体管的基极并在集电极进行匹配，或利用反向偏置齐纳二极管中的散粒噪声来实现的，而有源冷噪声源一般是通过将晶体管的集电极与无源负载连接并在基极进行匹配来实现的。噪声源产生的热噪声信号和冷噪声信号可以通过单刀双掷开关进行切换，而后输出进入辐射计系统。单刀双掷开关通常使用λ/4传输线来实现，两个并联开关本质上是窄带的。因此，总的噪声源负载被限制在有限的带宽下。

然而，具有校准功能的辐射计的有效带宽同时受到接收通道带宽和噪声源带宽的限制。事实上，噪声源的带宽可以直接影响辐射计系统的灵敏度，等效噪声温差可以表示为：

其中，T_s是辐射计系统的噪声温度，B_RF和τ分别是射频带宽和积分时间，(ΔG/G)是增益不确定度。除了天线端口与噪声源之间的功率平衡外，噪声源的带宽也直接决定了等式(1)中(ΔG/G)的抵消效果。因此，需要具有足够带宽以覆盖辐射计工作频率的噪声源。

2010年，E.de la Jarrige等人利用SiGe异质结双极型晶体管实现了具有65K噪声温度的冷噪声源负载，题目名为：“SiGe HBT-based active cold load for radiometercalibration”，但其表现出的工作频率范围相对较窄。2014年，S.Diebold等人实现了基于GaAs的噪声负载可以在冷噪声和热噪声之间切换，题目名为：“A W-band monolithicintegrated active hot and cold noise source”，但仅在94GHz中心频率附近实现最佳性能。

综上所述，当前的噪声源存在工作带宽窄，冷热噪声源紧凑度和集成度低等问题，仍有很大的改进空间。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种具有超大相对带宽的分布式有源冷热噪声源，其目的在于提高噪声源的工作带宽，并实现热噪声与冷噪声之间的切换；提高了冷热噪声源的紧凑度和集成度。

本发明提供了一种具有超大相对带宽的分布式有源冷热噪声源，包括：分布式噪声网络、分布式上开关、分布式下开关和功率合成结构；所述分布式噪声网络包括：N级低噪声放大网络，依次记为第一级低噪声放大单元、……、第i级低噪声放大单元、……和第N级低噪声放大单元，用于将噪声信号进行多级放大；所述分布式上开关包括：N个并联连接的开关，用于切换噪声源产生的热噪声信号；所述分布式下开关包括：N个并联连接的开关，用于切换噪声源产生的冷噪声信号；所述功率合成结构用于连接热噪声源和冷噪声源；其中，N表示单级低噪声放大单元的个数，i表示单级低噪声放大单元的序号，N为大于等于2的整数，1≤i≤N。