什么是相位噪聲？如何測試？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，隨著技術(shù)的不斷提高，對電路系統(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。低相位噪聲對于提高電路系統(tǒng)性能起到重要作用。 相位噪聲好壞對通訊系統(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，所以對相位噪聲的要求也愈來愈高。如果本振信號的相位噪聲較差，會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)、外性能測量，相位噪聲對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，對于該指標(biāo)的精準(zhǔn)測試要求也越來越高，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由噪聲引起的相位、頻率的變化。頻率穩(wěn)定度分為兩個方面：長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度，其中，短期穩(wěn)定度在時域內(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噪聲功率。這個數(shù)值是指在1Hz的帶寬下的相對噪聲電平，其單位為dBc/Hz。該定義最早是基于頻譜儀法測試相位噪聲，不區(qū)分調(diào)幅噪聲和調(diào)相噪聲。 IEEE standard 1139-1999：單邊帶相位噪聲L(f)定義為隨機(jī)相位波動單邊帶功率譜密度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量相位噪聲，使載波降頻變換為接近直流，高噪聲下，會引起L(f)和Sφ(f)之間顯著的差異。 CW信號相位噪聲的測試原理及方法 1、頻譜儀測試法 1.1、直接頻譜分析（Marker Function） 該方法按照相位噪聲的基本定義，首先測量中心載波的信號功率，然后測量某一頻偏處噪聲功率，最后做計算即可得到相位噪聲值。 1.2、頻譜儀自動測試（Phase Noise） 該方法還是基于頻譜儀測試載波功率和噪聲功率，但是可以自動進(jìn)行測試，并顯示出完整的測試曲線，頻偏范圍可以自由設(shè)定，操作簡便快捷，精準(zhǔn)度比頻譜儀直接測試法要高，測試速度要快。 總之，頻譜儀法測試相位噪聲均基于頻譜測試的結(jié)果進(jìn)行相位噪聲的計算，該測試法無法區(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，測量范圍受分辨率濾波器形狀因子限制，動態(tài)范圍有限等缺點；但是，該方法測試設(shè)置簡單、快捷，頻率偏移范圍大，可測試很多信號源的特性，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)幅噪聲忽略不計時）。 2、鑒相器測試法 2.1、鑒相器測試原理 鑒相器法是采用被測信號源與一同頻參考信號源進(jìn)行鑒相，鑒相器輸出信號經(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。 鑒相器輸入信號兩路正交信號： 鑒相器的輸出信號UIF(t)： 經(jīng)低通濾波，并假定?L= ?R ，得到： 對于小的相差， 簡化得到： 2.2、延遲線測試法 延遲線法是把被測信號分成兩路，一路信號經(jīng)過延遲線后與另一路經(jīng)過一個移相器移相后的信號進(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，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。 該測試方法具有載波抑制、調(diào)幅噪聲測試功能，測試時不需要額外的參考源，不需要信號同步，頻率漂移不再是問題。但是該測試方法高頻時損耗較大，使得測試靈敏度較低，而且測試時需要校準(zhǔn)，操作較為復(fù)雜。 2.3、鎖相環(huán)測試法 由于振蕩器的相位跳動，90度的相位偏移并不能時刻穩(wěn)定。因此需要引人鎖相環(huán)路對相位進(jìn)行鎖定，以保證兩路信號相位穩(wěn)定的相差90度。 由于鎖相環(huán)路的引入會對相位噪聲測量帶來影響，在環(huán)路帶寬內(nèi)，振蕩器的相位噪聲將會被改善，因此在測量過程中需要對環(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，可以計算出環(huán)路增益，從而可以對測量結(jié)果進(jìn)行修正。 鑒相器法測試相位噪聲具有很多優(yōu)點。 其中一個重要優(yōu)點是鑒相后信號的載波被抑制，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試靈敏度。另外，可以采用低噪聲放大器對鑒相后的信號進(jìn)行放大，從而可以降低測量接收機(jī)的噪聲系數(shù)，從而進(jìn)一步提高其測試靈敏度。 同時，對于信號中同時存在的AM噪聲和相位噪聲?？梢酝ㄟ^調(diào)整兩路信號的相位差，使鑒相器可以分辨AM噪聲和相位噪聲。如果兩路鑒相信號相位相差90°，則鑒相后輸出對AM噪聲的抑制可以高達(dá)40dB，當(dāng)兩路鑒相信號相位相差 0° 時，則輸出結(jié)果僅有AM噪聲。 該測試方法的另一優(yōu)點是，相位噪聲的測試不在受參考源的限制，因為可以選擇非常好的相位噪聲的源作為測量的參考。 該測試方法還可以采用雙DUT法進(jìn)行相位噪聲的測量，當(dāng)存在兩個相同的高性能被測信號源時可以采用該方法，測量結(jié)果需要做3dB的修正。