《微波毫米波模塊噪聲溫度測試方法》

ICS33.060.99

CCSM34

團體標(biāo)準(zhǔn)

T/MJMXXXX-2021

微波毫米波模塊噪聲溫度測試方法

MeasurementMethodonNTRformicrowaveandmillimeter-wavemodule

（征求意見稿）

2021.XX.XX

2021-XX-XX發(fā)布2021-XX-XX實施

東莞市數(shù)字產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布

T/MJMXXX-2021

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)

則》的規(guī)定起草。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利，本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(zé)任。

本文件由東莞市數(shù)字產(chǎn)業(yè)協(xié)會提出。

本文件主要起草單位：華南理工大學(xué)、廣東省通訊終端產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、中國泰

爾實驗室、廣東省智能終端工業(yè)設(shè)計研究院、西可通信技術(shù)設(shè)備(河源)有限公司、中山香山

微波技術(shù)有限公司

本文件主要起草人：陳海東、薛泉、黃輝雄、王帥、車文荃、王洪博、袁明義、唐錕、

汪鵬、楊直曉。

本文件為首次制定。

1

T/MJMXXX-2021

微波毫米波模塊噪聲溫度測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了微波毫米波模塊噪聲溫度（NTR）定義，以及基于傳導(dǎo)法和空口法的測試方法。

本文件適用微波毫米波模塊、接收機、發(fā)射機、封裝天線等器件和系統(tǒng)的噪聲溫度（NTR）的測試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文

件。

ETSITS138104V16.4.0——20205G;NR;基站(BS)無線發(fā)送和接收(5G;NR;BaseStation(BS)

radiotransmissionandreception)；

IEEERecommendedPracticeforAntennaMeasurements；

3術(shù)語和定義、縮略語

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

噪聲溫度（NTR）

表示噪聲源（熱源﹑噪聲管﹑射電源﹑接收機系統(tǒng)或其他有源多端網(wǎng)絡(luò)）所發(fā)出的噪聲功率的量度。

它等于一個電阻在與這個噪聲源相同的帶寬內(nèi)﹐給出相同的功率時﹐所具有的絕對溫度。NTR是衡量接收

機系統(tǒng)靈敏度的重要指標(biāo),通常以dB的形式表示，NTR越小，系統(tǒng)靈敏度越高。

3.2

超噪比（ENR)

噪聲源的ENR即ExcessNoiseRatio，用于描述噪聲源的噪聲功率特性。

3.3

儀表本底噪聲（NoiseFloor)

在測量中與信號存在與否無關(guān)的一切干擾，主要是由環(huán)境噪聲信號和儀表自身的產(chǎn)生的噪聲信號組成。

3.4

噪聲源(NS)

滿足測試設(shè)備的需要，為待測儀器提供噪聲，并具有具體的ENR指標(biāo)。

3.5

2

矢量信號分析儀(VSA)

測量和處理系統(tǒng)噪聲的儀器，通過NTR測量衡量接收機的靈敏度。

3.6

待測器件（DUT）

所需測量噪聲溫度的模塊（Deviceundertest)，可以是接收機、發(fā)射機、集成天線等。

3.7

1dB壓縮點

增益下降到比線性增益低1dB時的輸出概率值，用P1dB表示

4測試方法

4.1測試環(huán)境要求

測試環(huán)境要求如下：

——溫度：15℃～35℃；

——相對濕度：45%～75%；

——大氣壓力：86kPa～106kPa。

當(dāng)不能在大氣條件下進行測試時，應(yīng)在測試報告上寫明測試環(huán)境條件。測試報告中應(yīng)表明測試時環(huán)境

的溫度T。

4.2測試儀表要求

4.2.1儀表類型

測試儀表可以是噪聲源和信號（頻譜）分析儀的組合，也可以是其它噪聲發(fā)生設(shè)備和接收系統(tǒng)。

4.2.2精度要求

測試所用的儀表應(yīng)在規(guī)定的有效校準(zhǔn)期內(nèi)，如無特殊說明，其精度應(yīng)高于所測參數(shù)精度至少一個數(shù)量

級。

噪聲源輸出功率設(shè)置不超過1dB壓縮點，接收噪聲平均值必須大于儀表本底噪聲10dB以上。

噪聲源的ENR應(yīng)小于DUT噪聲系數(shù)10dB左右。

4.3測試原理

對于級聯(lián)系統(tǒng)來講，系統(tǒng)整體噪聲溫度可以用公式1表示：

(1)

其中，T1和G1分別表示相對于參考平面上的第一級模塊的噪聲溫度和增益，T2和G2分別表示相對于參

考平面上的第二級模塊的噪聲溫度和增益，以此類推。

3

T/MJMXXX-2021

被測射頻組件通過同軸線纜將其輸入輸出兩端分別連接噪聲源和數(shù)字接收機（信號分析儀），所測的

總的噪聲溫度分為接收端的噪聲溫度和被測件的噪聲溫度兩個部分。

????????

若接收端?的可以被校準(zhǔn)，且被測?件的增益GDUT已知，則被?測件可以由公式2計算：

???????(2)

???

由于測試時的環(huán)境溫度不一定為290K，而噪聲源的ENR值為290K時測得的標(biāo)準(zhǔn)值，故在測試前需

????=?????????

要對噪聲源進行溫度校正。即當(dāng)時,根據(jù)式（3）進行校正。

???

?

?≠290?(3)

式3中，表示修正后噪聲源的超噪比;表示修正前噪聲源的超噪比標(biāo)準(zhǔn)值;為標(biāo)準(zhǔn)參

考溫度290K?;????為??噪聲源處于關(guān)閉狀態(tài)時噪聲源?的??噪??聲?溫度，即測試時噪聲源的物理溫度；?0

???

空口法測試?中?發(fā)射端天線與接收端天線之間的水平距離必須滿足天線遠(yuǎn)場距離，如公式4所示，其中

R代表測試距離，D表示天線的孔徑，代表測試信號的工作頻率。

?

2(4)

2?

4.4NTR測試方法?≥?

4.4.1傳導(dǎo)法

4.4.1.1測試框圖

測試框圖如圖1所示。

(a)

(b)

圖1基于傳導(dǎo)法的NTR測試框圖

4.4.1.2測試框圖說明

4.4.1.2.1測試系統(tǒng)(a)

測試系統(tǒng)(a)中包含NS，VSA，兩者用同軸連接線相連，共同構(gòu)成(a)測試系統(tǒng)。

4

通過開啟/關(guān)閉噪聲源測得該系統(tǒng)的Y因子，記為，可用公式5表達為；

?1

????(5)

???+???

1??????

其中為噪聲源處于開啟狀態(tài)時噪聲源?的=噪?聲溫=度??；+???為噪聲源處于關(guān)閉狀態(tài)時噪聲源的噪聲溫度，

?????

即測試時噪??聲源的物理溫度；為矢量信號分析儀VSA的?噪?聲溫度；其中可由噪聲源的ENR根據(jù)式6

??

得到。?????

(6)

根據(jù)式5、6可得到儀表自身的,其中設(shè)備指VSA，如公式7所示。

???

?????(7)

????1???

???=?1?1

4.4.1.2.2測試系統(tǒng)(b)

測試系統(tǒng)(b)中包含NS，VSA以及待測器件DUT，DUT輸入端與NS相連，DUT輸出端與VSA相連，三者

共同構(gòu)成(b)測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)(b)測量得到的NTR值可以視為設(shè)備自身的噪聲溫度與待測儀器的構(gòu)成，如公式8所

示。???????

(8)

???

????=????+????

4.4.1.3測試步驟

測試步驟如下：

a）按照圖1(a)搭建測試系統(tǒng)，根據(jù)測試要求設(shè)置VSA各項參數(shù);

b）通過多次開啟和關(guān)閉噪聲源，測得系統(tǒng)（a）的多個Y因子，后取平均數(shù)；

c）通過式3對噪聲源的ENR值進行校準(zhǔn)，并得到測試時噪聲源開啟和關(guān)閉時?的1噪聲溫度和；

?????

d）將上述值代入式7中得到VSA的噪聲溫度值；????

e）按照圖1(b)搭建測試系統(tǒng)，設(shè)備VSA設(shè)置參數(shù)與步驟a)完全一致；

f）通過多次開啟和關(guān)閉噪聲源，測得系統(tǒng)（b）的多個Y因子，后取平均數(shù)；

g）將上述值通過與步驟d同樣的方法得到系統(tǒng)（b）的噪聲溫度：?2

h)通過式8得到DUT的噪聲溫度；

4.4.2空口法

4.4.2.1測試框圖

測試框圖如圖2所示。

5

T/MJMXXX-2021

(a)

(b)

(c)

圖2空口法NTR校準(zhǔn)和測試原理,(a)DUT的空口法測試(b)空口校準(zhǔn)

(c)設(shè)備校準(zhǔn)

4.4.2.2測試框圖說明

4.4.2.2.1測試系統(tǒng)(a)

測試系統(tǒng)(a)中包含NS，VSA，天線射頻一體化模塊DUT和測試天線構(gòu)成；

測試系統(tǒng)(a)發(fā)射端由NS與測試天線構(gòu)成，而接收端由VSA與DUT構(gòu)成，兩兩用同軸線相連；

測試系統(tǒng)(a)測量得到的NTR值可以視為設(shè)備自身的，測試設(shè)備的和測試天線的構(gòu)成,如

公式9所示。???????????

(9)

???????

?1=????+????+????×????

4.4.1.2.2測試系統(tǒng)(b)

測試系統(tǒng)(b)中包含NS，VSA和兩個完全一致的測試天線構(gòu)成,即;

測試系統(tǒng)(b)發(fā)射端與接收端都是由測試設(shè)備與測試天線構(gòu)成；????1=????2,????1=????2

測試系統(tǒng)(b)測量得到的NTR值可以視為設(shè)備自身的，兩根測試天線的構(gòu)成,如公式10所示。

???????(10)

????2???

?2=????1+????1+????1×????2

6

4.4.1.2.2測試系統(tǒng)(c)

測試系統(tǒng)(c)中包含NS，VSA，兩者用同軸連接線相連，共同構(gòu)成(c)測試系統(tǒng)。

測試系統(tǒng)(c)測量得到的NTR值可以視為設(shè)備自身的，如公式11所示。

???(11)

?3=???

4.4.2.2測試步驟

測試步驟如下：

a）按照圖2(c)搭

建測試系統(tǒng)，根據(jù)測試要求設(shè)置VSA各項參數(shù);

b）通過多次開啟和關(guān)閉噪聲源，測得系統(tǒng)（a）的多個Y因子，后取平均數(shù)；

c）通過式3對噪聲源的ENR值進行校準(zhǔn)，并得到測試時噪聲源開啟和關(guān)閉時?的3噪聲溫度和；

?????

d）將上述值代入式7中得到VSA的噪聲溫度值；????

e)按照圖2(b)搭建測試系統(tǒng)，以與b)、c)、d)?同3樣的方式得到系統(tǒng)2(b)的噪聲溫度值，并根據(jù)網(wǎng)

分或其他儀表測得此時系統(tǒng)的增益,并由式12得到待測天線的增益；?2

?2(12)

2

f)根據(jù)上述值和公式10得到待測?天?線??的=噪??聲??溫1度=；????2=?2

g)按照圖2(a)搭建測試系統(tǒng)，以與b)、c)、d)同樣的方式得到系統(tǒng)2(a)的噪聲溫度值，并根據(jù)網(wǎng)

分或其他儀表測得此時系統(tǒng)的增益,此時?1

h)根據(jù)上述值和公式9即可得?到1DUT的?1噪=聲?溫??度?×,最??終??;DUT的噪聲溫度如式13所示；

?3(13)

2

?3???22

???112

?11+2

?=(????2)×?

7

T/MJMXXX-2021

參考文獻

[1]K.F.Warnick,M.V.Ivashina,R.Maaskant,andB.Woestenburg,"UnifiedDefinitionsofEfficienciesand

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2022,doi:10.1109/TIM.2022.3145351.

[3]K.F.Warnick,"Antennatermsandmeasurementtechniquesforactivereceivingarrays,"in2017IEEE

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July20172017,pp.2059-2060,doi:10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8073072.

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[5]A.T.Sutinjo,D.C.X.Ung,andB.Juswardy,"Cold-SourceNoiseMeasurementofaDifferentialInput

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10.1109/TAP.2018.2854285.

[6]S.R.Best,"RealizedNoiseFigureoftheGeneralReceivingAntenna,"IEEEAntennasandWireless

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[9]S.Qin,L.Zhang,andZ.Li,"UncertaintyanalysisofantennanoisetemperaturemeasurementusingY-factor

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20162016,pp.421-423,doi:10.1109/ISAPE.2016.7833977.

[10]V.Monebhurrun,"UseofStandardDefinitionsofTermsforAntennas&Propagation:IEEEStd.145&

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[11]V.Monebhurrun,"IEEEStandard211-2018:IEEEStandardDefinitionsofTermsforRadioWave

Propagation[StandonStandards],"IEEEAntennasandPropagationMagazine,vol.61,no.3,pp.126-126,

2019,doi:10.1109/MAP.2019.2907906.

[12]"IEEERecommendedPracticeforAntennaMeasurements,"IEEEStd149-2021(RevisionofIEEEStd

149-1977),pp.1-207,2022,doi:10.1109/IEEESTD.2022.9714428.

8

T/MJMXXX-2021

目錄

前言..................................................................................1

1范圍................................................................................2

2規(guī)范性引用文件......................................................................2

3術(shù)語和定義、縮略語..................................................................2

4測試方法............................................................................3

4.1測試環(huán)境要求......................................................................3

4.2測試儀表要求......................................................................3

4.2.1儀表類型........................................................................3

4.2.2精度要求........................................................................3

4.3測試原理..........................................................................3

4.4NTR測試方法.......................................................................4

4.4.1傳導(dǎo)法..........................................................................4

4.4.1.1測試框圖......................................................................4

4.4.1.2測試步驟......................................................................4

4.4.2空口法..........................................................................5

4.4.2.1測試框圖......................................................................5

4.4.2.2測試步驟......................................................................7

I

T/MJMXXX-2021

微波毫米波模塊噪聲溫度測試方法

1范圍

本文件規(guī)定了微波毫米波模塊噪聲溫度（NTR）定義，以及基于傳導(dǎo)法和空口法的測試方法。

本文件適用微波毫米波模塊、接收機、發(fā)射機、封裝天線等器件和系統(tǒng)的噪聲溫度（NTR）的測試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文

件。

ETSITS138104V16.4.0——20205G;NR;基站(BS)無線發(fā)送和接收(5G;NR;BaseStation(BS)

radiotransmissionandreception)；

IEEERecommendedPracticeforAntennaMeasurements；

3術(shù)語和定義、縮略語

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

噪聲溫度（NTR）

表示噪聲源（熱源﹑噪聲管﹑射電源﹑接收機系統(tǒng)或其他有源多端網(wǎng)絡(luò)）所發(fā)出的噪聲功率的量度。

它等于一個電阻在與這個噪聲源相同的帶寬內(nèi)﹐給出相同的功率時﹐所具有的絕對溫度。NTR是衡量接收

機系統(tǒng)靈敏度的重要指標(biāo),通常以dB的形式表示，NTR越小，系統(tǒng)靈敏度越高。

3.2

超噪比（ENR)

噪聲源的ENR即ExcessNoiseRatio，用于描述噪聲源的噪聲功率特性。

3.3

儀表本底噪聲（NoiseFloor)

在測量中與信號存在與否無關(guān)的一切干擾，主要是由環(huán)境噪聲信號和儀表自身的產(chǎn)生的噪聲信號組成。

3.4

噪聲源(NS)

滿足測試設(shè)備的需要，為待測儀器提供噪聲，并具有具體的ENR指標(biāo)。

3.5

2

矢量信號分析儀(VSA)

測量和處理系統(tǒng)噪聲的儀器，通過NTR測量衡量接收機的靈敏度。

3.6

待測器件（DUT）

所需測量噪聲溫度的模塊（Deviceundertest)，可以是接收機、發(fā)射機、集成天線等。

3.7

1dB壓縮點

增益下降到比線性增益低1dB時的輸出概率值，用P1dB表示

4測試方法

4.1測試環(huán)境要求

測試環(huán)境要求如下：

——溫度：15℃～35℃；

——相對濕度：45%～75%；

——大氣壓力：86kPa～106kPa。

當(dāng)不能在大氣條件下進行測試時，應(yīng)在測試報告上寫明測試環(huán)境條件。測試報告中應(yīng)表明測試時環(huán)境

的溫度T。

4.2測試儀表要求

4.2.1儀表類型

測試儀表可以是噪聲源和信號（頻譜）分析儀的組合，也可以是其它噪聲發(fā)生設(shè)備和接收系統(tǒng)。

4.2.2精度要求

測試所用的儀表應(yīng)在規(guī)定的有效校準(zhǔn)期內(nèi)，如無特殊說明，其精度應(yīng)高于所測參數(shù)精度至少一個數(shù)量

級。

噪聲源輸出功率設(shè)置不超過1dB壓縮點，接收噪聲平均值必須大于儀表本底噪聲10dB以上。

噪聲源的ENR應(yīng)小于DUT噪聲系數(shù)10dB左右。

4.3測試原理

對于級聯(lián)系統(tǒng)來講，系統(tǒng)整體噪聲溫度可以用公式1表示：

(1)

其中，T1和G1分別表示相對于參考平面上的第一級模塊的噪聲溫度和增益，T2和G2分別表示相對于參

考平面上的第二級模塊的噪聲溫度和增益，以此類推。

3

T/MJMXXX-2021

被測射頻組件通過同軸線纜將其輸入輸出兩端分別連接噪聲源和數(shù)字接收機（信號分析儀），所測的

總的噪聲溫度分為接收端的噪聲溫度和被測件的噪聲溫度兩個部分。

????????

若接收端?的可以被校準(zhǔn)，且被測?件的增益GDUT已知，則被?測件可以由公式2計算：

???????(2)

???

由于測試時的環(huán)境溫度不一定為290K，而噪聲源的ENR值為290K時測得的標(biāo)準(zhǔn)值，故在測試前需

????=?????????

要對噪聲源進行溫度校正。即當(dāng)時,根據(jù)式（3）進行校正。

???

?

?≠290?(3)

式3中，表示修正后噪聲源的超噪比;表示修正前噪聲源的超噪比標(biāo)準(zhǔn)值;為標(biāo)準(zhǔn)參

考溫度290K?;????為??噪聲源處于關(guān)閉狀態(tài)時噪聲源?的??噪??聲?溫度，即測試時噪聲源的物理溫度；?0

???

空口法測試?中?發(fā)射端天線與接收端天線之間的水平距離必須滿足天線遠(yuǎn)場距離，如公式4所示，其中

R代表測試距離，D表示天線的孔徑，代表測試信號的工作頻率。

?

2(4)

2?

4.4NTR測試方法?≥?

4.4.1傳導(dǎo)法

4.4.1.1測試框圖

測試框圖如圖1所示。

(a)

(b)

圖1基于傳導(dǎo)法的NTR測試框圖

4.4.1.2測試框圖說明

4.4.1.2.1測試系統(tǒng)(a)

測試系統(tǒng)(a)中包含NS，VSA，兩者用同軸連接線相連，共同構(gòu)成(a)測試系統(tǒng)。

4

通過開啟/關(guān)閉噪聲源測得該系統(tǒng)的Y因子，記為，可用公式5表達為；

?1

????(5)

???+???