多通道射频接收机测量噪声系数的新方法

在多通道接收机接收的过程中，噪声的加入限制了信号的信噪比和灵敏度，由于射频接收机所接收到的信号较为微弱，其噪声特性显得尤为重要。另一方面在多通道成像的过程中，不同通道的接收路径有可能不同，即使接收路径一样，各通道的噪声特性也不可能完全一样。故接收机每个通道各级的噪声系数的精确测量非常重要。传统的噪声系数测量方法不能满足测量大噪声系数的要求。且在实际的多通道测量中，需要使得被测通道处在接收状态，其他通道不工作以减少通道间的噪声干扰来保证测量的准确性。考虑到接收到射频信号的微弱，射频接收机的前端通常有一个用低噪声放大器来实现的前置放大级，本文从接收机这种特性出发，以MRI 射频接收机为例提出一种多通道切换测量噪声系数的方法，通过设计1个八选一的射频开关使得噪声系数的测试在不同通道切换，并利用控制前置低噪声放大器直流电源通断使其处在放大和不放大状态。在放大状态下，噪声被放大以提供热噪声源，反之提供冷噪声源。这种放大器开关测量法优化了Y因子测量噪声系数法，使得测量较为精确且容易进行。
1优化测量噪声系数的原理

　　射频接收机的噪声主要包括电阻的热噪声和PN结的散弹噪声，均属于白噪声的范畴。白噪声不包括任何离散成分，其电平符合高斯分布。功率谱在一定的频率范围为均匀分布。噪声系数是表征线性二端口网络或二端口变换器系统噪声特性的一个重要参数。它的标准定义为：接收机输入端信噪功率比与输出端信噪功率比的比值。根据尼奎斯特定理，处于标准噪声温度T0(290 K)的输入端产生的资用噪声为功率为kT0 B；k为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J／K)；B为等效带宽。设网络的资用噪声增益为G，对于线性网络来说资用噪声增益等于资用信号功率增益，则仅由输入端所产生的输出资用噪声功率为GkT0B，设端口输入输出的信号及噪声功率分别为Psi，Pni，Pso，Pno，由此即可得到噪声系数(F)2 种互相等效的定义：

　　由于被测的接收机不是工作在线性区域，而信号源法需要知道被测网络的等效噪声带宽，要准确测定等效噪声带宽是很困难的，因此信号源法测试误差较大，实际测试中需采用噪声源法。常用的采用噪声源法的测量噪声系数方法包括：增益法，Y系数法和噪声系数仪法。使用噪声系数测试仪是测量噪声系数的最直接方法。在大多数情况下也是最准确的。且可在特定的频率范围内测量噪声系数，分析仪能够同时显示增益和噪声系数帮助测量。但当噪声系数超过10 dB，测量结果非常不准确。对于MRI的射频接收机来说，这种方法所能测量的噪声系数的范围太小，显然不适用。而增益法和Y系数法都是利用频谱仪来测量，所不同的是增益法需要事先知道被测元器件的资用增益，而且受到频谱仪噪声基底的限制。Y系数法是测量噪声系数的一种典型方法。在测量中，当被测网络的输入端处于2个不同的资用功率时(例如：噪声发生器的热态T和冷态T)，输出端可以得到2个相应的资用功率PNO，PNO，通常把这两个功率之比记作Y，设这一个二端口的网络(或是二端口的元器件)等效噪声温度为Te，增益为G，被测网络的噪声系数为F，可得：