多通道射頻接收機(jī)測量噪聲系數(shù)的新方法

在多通道接收機(jī)接收的過程中，噪聲的加入限制了信號(hào)的信噪比和靈敏度，由于射頻接收機(jī)所接收到的信號(hào)較為微弱，其噪聲特性顯得尤為重要。另一方面在多通道成像的過程中，不同通道的接收路徑有可能不同，即使接收路徑一樣，各通道的噪聲特性也不可能完全一樣。故接收機(jī)每個(gè)通道各級(jí)的噪聲系數(shù)的精確測量非常重要。傳統(tǒng)的噪聲系數(shù)測量方法不能滿足測量大噪聲系數(shù)的要求。且在實(shí)際的多通道測量中，需要使得被測通道處在接收狀態(tài)，其他通道不工作以減少通道間的噪聲干擾來保證測量的準(zhǔn)確性?？紤]到接收到射頻信號(hào)的微弱，射頻接收機(jī)的前端通常有一個(gè)用低噪聲放大器來實(shí)現(xiàn)的前置放大級(jí)，本文從接收機(jī)這種特性出發(fā)，以MRI 射頻接收機(jī)為例提出一種多通道切換測量噪聲系數(shù)的方法，通過設(shè)計(jì)1個(gè)八選一的射頻開關(guān)使得噪聲系數(shù)的測試在不同通道切換，并利用控制前置低噪聲放大器直流電源通斷使其處在放大和不放大狀態(tài)。在放大狀態(tài)下，噪聲被放大以提供熱噪聲源，反之提供冷噪聲源。這種放大器開關(guān)測量法優(yōu)化了Y因子測量噪聲系數(shù)法，使得測量較為精確且容易進(jìn)行。
1優(yōu)化測量噪聲系數(shù)的原理

　　射頻接收機(jī)的噪聲主要包括電阻的熱噪聲和PN結(jié)的散彈噪聲，均屬于白噪聲的范疇。白噪聲不包括任何離散成分，其電平符合高斯分布。功率譜在一定的頻率范圍為均勻分布。噪聲系數(shù)是表征線性二端口網(wǎng)絡(luò)或二端口變換器系統(tǒng)噪聲特性的一個(gè)重要參數(shù)。它的標(biāo)準(zhǔn)定義為：接收機(jī)輸入端信噪功率比與輸出端信噪功率比的比值。根據(jù)尼奎斯特定理，處于標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度T0(290 K)的輸入端產(chǎn)生的資用噪聲為功率為kT0 B；k為玻爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23J／K)；B為等效帶寬。設(shè)網(wǎng)絡(luò)的資用噪聲增益為G，對(duì)于線性網(wǎng)絡(luò)來說資用噪聲增益等于資用信號(hào)功率增益，則僅由輸入端所產(chǎn)生的輸出資用噪聲功率為GkT0B，設(shè)端口輸入輸出的信號(hào)及噪聲功率分別為Psi，Pni，Pso，Pno，由此即可得到噪聲系數(shù)(F)2 種互相等效的定義：

　　由于被測的接收機(jī)不是工作在線性區(qū)域，而信號(hào)源法需要知道被測網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲帶寬，要準(zhǔn)確測定等效噪聲帶寬是很困難的，因此信號(hào)源法測試誤差較大，實(shí)際測試中需采用噪聲源法。常用的采用噪聲源法的測量噪聲系數(shù)方法包括：增益法，Y系數(shù)法和噪聲系數(shù)儀法。使用噪聲系數(shù)測試儀是測量噪聲系數(shù)的最直接方法。在大多數(shù)情況下也是最準(zhǔn)確的。且可在特定的頻率范圍內(nèi)測量噪聲系數(shù)，分析儀能夠同時(shí)顯示增益和噪聲系數(shù)幫助測量。但當(dāng)噪聲系數(shù)超過10 dB，測量結(jié)果非常不準(zhǔn)確。對(duì)于MRI的射頻接收機(jī)來說，這種方法所能測量的噪聲系數(shù)的范圍太小，顯然不適用。而增益法和Y系數(shù)法都是利用頻譜儀來測量，所不同的是增益法需要事先知道被測元器件的資用增益，而且受到頻譜儀噪聲基底的限制。Y系數(shù)法是測量噪聲系數(shù)的一種典型方法。在測量中，當(dāng)被測網(wǎng)絡(luò)的輸入端處于2個(gè)不同的資用功率時(shí)(例如：噪聲發(fā)生器的熱態(tài)T和冷態(tài)T)，輸出端可以得到2個(gè)相應(yīng)的資用功率PNO，PNO，通常把這兩個(gè)功率之比記作Y，設(shè)這一個(gè)二端口的網(wǎng)絡(luò)(或是二端口的元器件)等效噪聲溫度為Te，增益為G，被測網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為F，可得：