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实现高频信号（500GHz）的另一种方法

马舍科技，www.mathisci.com.cn

对于大多数用户来说，产生的高频信号并不一定要求是正弦信号，关键在于信号的频率和功率是否满足要求。目前业界主流的高频信号实现方法是普通信号源加混频，这样的方式可能会产生如下问题：

1） 位于射频信号相对本振频率的镜像频率处的干扰信号将会通过混频器下变频到中频频带，且无法用信道选择滤波器滤除，恶化了接收信号质量；

2） 由于混频器的本振频率与射频信号频率相同，本振信号容易泄露到射频链路中产生干扰，甚至通过接收天线反向辐射到空间中，形成对邻近信道的干扰；

3） 成本很高。

本文介绍的是另外一种直接产生高频信号（目前最大可至500GHz）的方法：Noisecom公司的NBS系统。NBS基于基本物理常量的热噪声和黑体辐射,在极低噪声系数（噪声温度）条件下提供精度极高的测量数据。NBS使用极为简单，是噪声源校准、辐射仪测试和验证、以及低噪声放大器测试的理想选择。黑体作为一个热源，当接触液态氮导致液氮蒸发，产生大量的氮气。通过一个毫米波喇叭天线对照黑体，天线的噪声温度其实也就是黑体的温度。NBS的物理系统使用液态氮的沸点来准确定义黑体温度和NBS的噪声温度。

NBS系统的特点：1）18-325GHz频率范围；2）可更换的频带（只需要增加很少的费用）；3）低压LN自动填充；4）控制器可显示噪声温度和精度；5）可选临时负载和开关。

精密波导喇叭与已知的插入损耗对应一个部分浸入在低温液氮的黑体。这种结构的好处是可以获得更好的精度、降低噪声温度和更高的可重复性。

这种喇叭的插入损耗通常比在液氮中的传统波导终端要小。较低的插入损耗也提供了一个所需的比较低的有效噪声温度。反过来，由于较低的损失和事实上喇叭还处于室温中，这个准确度能够提到2-3倍。收到的热噪声来自于液氮所吸收的微波辐射，从而消除与任何温度梯度相关的不确定性。反射损失是在室温环境下产生的，因此与开关和室温终端的集成也会更简单些。

NBS的设计思路是蒸发液氮里的空气、水分和微波腔体外的二氧化碳。这种自动氮清洗的设计消除了潜在的危险和节省了昂贵的氦设备的费用。

系统组成：NBS系统结构图如图1所示。系统可详细分解为如下几个部分：

NBS-000微波腔体组件（图2）。包含了黑体、液氮和喇叭，它的功能是可以精确地设置黑体温度。

NBS-001控制单元（图3）。它的功能是：1）当黑体温度与大气压力直接相关时，控制器内的气压计将会测量大气压力并确定黑体的温度。2）它同时也会实时监测水浴和喇叭之间的水流，当水流停止时，一个错误提醒会显示在控制器上。3）通过控制自动填充系统，该控制器也会监测液氮来保证有充足的液氮。4）噪声温度和大气压力也都会显示在控制器上。

NBS-002水洗、真空保温、低噪填充系统（图4）。功能：1）保持温度一直在25摄氏度。2）液氮储层和自动灌装系统确保液氮能够被不断填满。

NBA-40（图5）。功能：1）可以提供不同频段的喇叭，这些喇叭是用来计量不同频段的频率范围。2）喇叭天线是用来对照黑体，接收在液氮与黑体接触时蒸发的大量氮气。指标：频率：26.5-500GHz；冷负载物理温度：75.98K（液氮致冷）；冷负载等效输出噪声温度定标不确定度：+0.25K/-0.39K。

注：由于图都没有标题，将“图*”放在图片的左上角即可。

图1

图2

图3

图4

图5