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相位噪聲及對(duì)雷達(dá)及通信系統(tǒng)影響

倩倩 ? 來(lái)源:兆億微波 ? 作者:兆億微波 ? 2022-09-06 15:22 ? 次閱讀
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隨著技術(shù)的發(fā)展,射頻元器件的噪聲系數(shù)越來(lái)越低,放大器的動(dòng)態(tài)范圍也越來(lái)越大,增益也大有提高,使得系統(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,又提出了更高的要求,這就要求系統(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主要因素。今天就來(lái)了解一下相位噪聲及對(duì)雷達(dá)及通信系統(tǒng)影響。

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(一)相位噪聲的定義

相位噪聲(Phase Noise)是指系統(tǒng)(如射頻器件)在各種噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號(hào)相位的隨機(jī)變化。它是衡量頻率標(biāo)準(zhǔn)源(高穩(wěn)晶振、原子頻標(biāo)等)的短期穩(wěn)定度的重要指標(biāo),隨著頻率源性能的不斷改善,相應(yīng)噪聲越來(lái)越小,因而對(duì)相位噪聲的測(cè)量要求也越來(lái)越高。

相位噪聲通常定義為在某一給定偏移頻率處的dBc/Hz值,其中,dBc是以dB為單位的該頻率處功率與總功率的比值。

如圖1所示,一個(gè)振蕩器在某一偏移頻率處的相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內(nèi)的信號(hào)功率與信號(hào)的總功率比值,約等于中心頻率f0處曲線的高度與fm處曲線的高度之差。

通常情況下,一個(gè)單頻率正弦信號(hào)是頻域的沖擊函數(shù),但在使用頻譜分析儀或接收機(jī)測(cè)量中測(cè)量中,在頻譜的周圍會(huì)有很多毛刺,噪底被抬升,越接近信號(hào)的中心頻率,噪聲越高,相位噪聲就表現(xiàn)為近邊帶的噪聲干擾。而影響發(fā)射機(jī)信號(hào)相位噪聲的因素包括內(nèi)部晶振、時(shí)鐘穩(wěn)定度,變頻本振源,以及鎖相環(huán)的性能等。在接收端,接收機(jī)的本振相位噪聲性能是影響被測(cè)信號(hào)相噪的主要因素,而相位噪聲決定了接收機(jī)分辨近端不等幅信號(hào)的能力。

(二)相位噪聲對(duì)雷達(dá)及通信系統(tǒng)的影響

相位噪聲及其時(shí)域?qū)?yīng)物、抖動(dòng)在雷達(dá)和通信系統(tǒng)中也有一定影響,因此高速數(shù)字調(diào)制方案和先進(jìn)雷達(dá)(也使用復(fù)雜數(shù)字調(diào)制技術(shù)進(jìn)行脈沖壓縮)的最新進(jìn)展使雷達(dá)和通信系統(tǒng)更容易受到相位噪聲性能退化的影響。

在標(biāo)準(zhǔn)的星座圖中,相位噪聲可以被視作旋轉(zhuǎn)模糊的符號(hào)位置在經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)后周圍的理想符號(hào)位置。在低符號(hào)位置計(jì)數(shù)數(shù)字調(diào)制方法中,這不是特別關(guān)注的問(wèn)題。然而,在較高的正交調(diào)幅(QAM)系統(tǒng)和其他高符號(hào)位置計(jì)數(shù)調(diào)制方法中,由于相位噪聲,符號(hào)間干擾會(huì)顯著增加。根據(jù)符號(hào)的密度,通信方案甚至可能受相位噪聲限制而非受干擾或噪聲限制。

對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng),相位噪聲同樣具有破壞性,特別是對(duì)于多普勒雷達(dá)和依賴數(shù)字調(diào)制方法的先進(jìn)脈沖壓縮技術(shù)。

以多普勒雷達(dá)為例,通過(guò)對(duì)原發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)的頻偏和頻移的轉(zhuǎn)換,可直接計(jì)算多普勒雷達(dá)的距離和速度。頻率偏置或偏移的任何變化都將使多普勒雷達(dá)的頻率-時(shí)間轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差,并導(dǎo)致距離和速度不準(zhǔn)確。在遠(yuǎn)距離下或在監(jiān)測(cè)快速移動(dòng)目標(biāo)時(shí),頻率精度的相位噪聲變化可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法接受的雷達(dá)性能退化。

雖然相位噪聲通常被歸為振蕩器選擇問(wèn)題,但來(lái)自放大器、混頻器和其他有源和無(wú)源信號(hào)鏈組件的附加相位噪聲也可能成為整個(gè)系統(tǒng)相位噪聲性能的一個(gè)限制因素。

如果振蕩器作為上轉(zhuǎn)換或下轉(zhuǎn)換的本機(jī)振蕩器(LO)的相位噪聲性能足夠,但低噪聲放大器(LNA)來(lái)自本機(jī)振蕩器驅(qū)動(dòng)混頻器的附加相位噪聲和混頻器的相位噪聲性能較差,則信號(hào)中的整體相位噪聲可能低于預(yù)期范圍。

功率放大器(PAs)和混頻器作為低噪聲放大器在許多雷達(dá)和通信體系結(jié)構(gòu)中有著廣泛使用,在限制相位噪聲的設(shè)計(jì)中也必須考慮這些組件的附加相位噪聲。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:相位噪聲對(duì)雷達(dá)和通信系統(tǒng)的影響

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