什么是相位噪聲？如何測(cè)試？資料下載

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，器件的噪聲系數(shù)越來越低，放大器的動(dòng)態(tài)范圍也越來越大，增益也大有提高，使得電路系統(tǒng)的靈敏度和選擇性以及線性度等主要技術(shù)指標(biāo)都得到較好的解決。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷提高，對(duì)電路系統(tǒng)又提出了更高的要求，這就要求電路系統(tǒng)必須具有較低的相位噪聲，在現(xiàn)代技術(shù)中，相位噪聲已成為限制電路系統(tǒng)的主要因素。低相位噪聲對(duì)于提高電路系統(tǒng)性能起到重要作用。 相位噪聲好壞對(duì)通訊系統(tǒng)有很大影響，尤其現(xiàn)代通訊系統(tǒng)中狀態(tài)很多，頻道又很密集，并且不斷的變換，所以對(duì)相位噪聲的要求也愈來愈高。如果本振信號(hào)的相位噪聲較差，會(huì)增加通信中的誤碼率，影響載頻跟蹤精度。相位噪聲不好，不僅增加誤碼率、影響載頻跟蹤精度，還影響通信接收機(jī)信道內(nèi)、外性能測(cè)量，相位噪聲對(duì)鄰近頻道選擇性有影響。如果要求接收機(jī)選擇性越高，則相位噪聲就必須更好，要求接收機(jī)靈敏度越高，相位噪聲也必須更好。 總之，對(duì)于現(xiàn)代通信的各種接收機(jī)，相位噪聲指標(biāo)尤為重要，對(duì)于該指標(biāo)的精準(zhǔn)測(cè)試要求也越來越高，相應(yīng)的技術(shù)手段要求也越來越高。 相位噪聲基礎(chǔ) 1、什么是相位噪聲 相位噪聲是振蕩器在短時(shí)間內(nèi)頻率穩(wěn)定度的度量參數(shù)。它來源于振蕩器輸出信號(hào)由噪聲引起的相位、頻率的變化。頻率穩(wěn)定度分為兩個(gè)方面：長(zhǎng)期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度，其中，短期穩(wěn)定度在時(shí)域內(nèi)用艾倫方差來表示，在頻域內(nèi)用相位噪聲來表示。 2、相位噪聲的定義 IEEE standard 1139-1988：以載波的幅度為參考，在偏移一定的頻率下的單邊帶相對(duì)噪聲功率。這個(gè)數(shù)值是指在1Hz的帶寬下的相對(duì)噪聲電平，其單位為dBc/Hz。該定義最早是基于頻譜儀法測(cè)試相位噪聲，不區(qū)分調(diào)幅噪聲和調(diào)相噪聲。 IEEE standard 1139-1999：?jiǎn)芜厧辔辉肼昄(f)定義為隨機(jī)相位波動(dòng)單邊帶功率譜密度Sφ(f)的一半，其單位為dBc/Hz。其中Sφ(f)為隨機(jī)相位波動(dòng)φ(t)的單邊帶功率譜密度，其物理量綱是rad2/Hz。 該定義基于鑒相器法測(cè)量相位噪聲，使載波降頻變換為接近直流，高噪聲下，會(huì)引起L(f)和Sφ(f)之間顯著的差異。 CW信號(hào)相位噪聲的測(cè)試原理及方法 1、頻譜儀測(cè)試法 1.1、直接頻譜分析（Marker Function） 該方法按照相位噪聲的基本定義，首先測(cè)量中心載波的信號(hào)功率，然后測(cè)量某一頻偏處噪聲功率，最后做計(jì)算即可得到相位噪聲值。 1.2、頻譜儀自動(dòng)測(cè)試（Phase Noise） 該方法還是基于頻譜儀測(cè)試載波功率和噪聲功率，但是可以自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，并顯示出完整的測(cè)試曲線，頻偏范圍可以自由設(shè)定，操作簡(jiǎn)便快捷，精準(zhǔn)度比頻譜儀直接測(cè)試法要高，測(cè)試速度要快。 總之，頻譜儀法測(cè)試相位噪聲均基于頻譜測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行相位噪聲的計(jì)算，該測(cè)試法無法區(qū)分調(diào)幅噪聲和相位噪聲，靈敏度受儀器固有的相位噪聲限制，無載波抑制，測(cè)量范圍受分辨率濾波器形狀因子限制，動(dòng)態(tài)范圍有限等缺點(diǎn)；但是，該方法測(cè)試設(shè)置簡(jiǎn)單、快捷，頻率偏移范圍大，可測(cè)試很多信號(hào)源的特性，比如：雜散發(fā)射、鄰信道功率泄漏、高次諧波；并且可以直接顯示相位噪聲曲線（當(dāng)調(diào)幅噪聲忽略不計(jì)時(shí)）。 2、鑒相器測(cè)試法 2.1、鑒相器測(cè)試原理 鑒相器法是采用被測(cè)信號(hào)源與一同頻參考信號(hào)源進(jìn)行鑒相，鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)低通濾波器和低噪聲放大器后輸入到頻譜儀或接收機(jī)中。 鑒相器輸入信號(hào)兩路正交信號(hào)： 鑒相器的輸出信號(hào)UIF(t)： 經(jīng)低通濾波，并假定?L= ?R ，得到： 對(duì)于小的相差， 簡(jiǎn)化得到： 2.2、延遲線測(cè)試法 延遲線法是把被測(cè)信號(hào)分成兩路，一路信號(hào)經(jīng)過延遲線后與另一路經(jīng)過一個(gè)移相器移相后的信號(hào)進(jìn)行鑒相，然后再濾波放大分析。延遲線的作用是將頻率的變化轉(zhuǎn)化為相位的變化，當(dāng)頻率變化時(shí)，將在延遲線中引起相位正比例的變化。雙平衡混頻器將相位變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。 該測(cè)試方法具有載波抑制、調(diào)幅噪聲測(cè)試功能，測(cè)試時(shí)不需要額外的參考源，不需要信號(hào)同步，頻率漂移不再是問題。但是該測(cè)試方法高頻時(shí)損耗較大，使得測(cè)試靈敏度較低，而且測(cè)試時(shí)需要校準(zhǔn)，操作較為復(fù)雜。 2.3、鎖相環(huán)測(cè)試法 由于振蕩器的相位跳動(dòng)，90度的相位偏移并不能時(shí)刻穩(wěn)定。因此需要引人鎖相環(huán)路對(duì)相位進(jìn)行鎖定，以保證兩路信號(hào)相位穩(wěn)定的相差90度。 由于鎖相環(huán)路的引入會(huì)對(duì)相位噪聲測(cè)量帶來影響，在環(huán)路帶寬內(nèi)，振蕩器的相位噪聲將會(huì)被改善，因此在測(cè)量過程中需要對(duì)環(huán)路帶寬內(nèi)的相位噪聲進(jìn)行修正。通過鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬特性，可以計(jì)算出環(huán)路增益，從而可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。 鑒相器法測(cè)試相位噪聲具有很多優(yōu)點(diǎn)。 其中一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是鑒相后信號(hào)的載波被抑制，接收機(jī)的中頻增益與載波電平無關(guān)，因此可以大大提高相位噪聲的測(cè)試靈敏度。另外，可以采用低噪聲放大器對(duì)鑒相后的信號(hào)進(jìn)行放大，從而可以降低測(cè)量接收機(jī)的噪聲系數(shù)，從而進(jìn)一步提高其測(cè)試靈敏度。 同時(shí)，對(duì)于信號(hào)中同時(shí)存在的AM噪聲和相位噪聲?？梢酝ㄟ^調(diào)整兩路信號(hào)的相位差，使鑒相器可以分辨AM噪聲和相位噪聲。如果兩路鑒相信號(hào)相位相差90°，則鑒相后輸出對(duì)AM噪聲的抑制可以高達(dá)40dB，當(dāng)兩路鑒相信號(hào)相位相差 0° 時(shí)，則輸出結(jié)果僅有AM噪聲。 該測(cè)試方法的另一優(yōu)點(diǎn)是，相位噪聲的測(cè)試不在受參考源的限制，因?yàn)榭梢赃x擇非常好的相位噪聲的源作為測(cè)量的參考。 該測(cè)試方法還可以采用雙DUT法進(jìn)行相位噪聲的測(cè)量，當(dāng)存在兩個(gè)相同的高性能被測(cè)信號(hào)源時(shí)可以采用該方法，測(cè)量結(jié)果需要做3dB的修正。