相位噪声测试结果的分析与应用

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    在航天测控、通信、雷达等领域中,随着对系统测量灵敏度、传输误码率等技术指标要求的不断提高,相应对系统中用到的各种频率源的相位噪声提出了越来越高的要求。相位噪声测量方法较多,如何正确的选用测量方法进行相位噪声测试,并正确分析相位噪声测量结果,显得优为重要。如何由相位噪声推算相应的时域频率稳定度和相位抖动,也是工程技术人员面临的需要解决的问题。

    1  相位噪声测量方法

    相位噪声作为频率频域稳定度的表征量,其表达方式一般有相位起伏谱密度,频率起伏谱密度,相对频率起伏谱密度和单边带相位噪声。而最常用到的就是单边带相位噪声,其基本定义是偏离载波频率f处,1Hz带宽内的噪声功率与载波总功率之比。其常用的测量方法有,直接频谱仪测量法,相位检波器法、鉴频器法、差拍计数器法和交叉相关测量法。

    直接频谱仪测量法是一种简便、有效并在工程测试中经常用到的测量方法。特别是现在高档的频谱仪一般都具有直接测量单边带相位噪声的功能,一个按键即可解决问题。但是由于受频谱仪自身的噪声底、动态范围、滤波器的波形因素等的限制,其测量范围是受限的,一般用于测量相位噪声指标不是很高的频率源的相位噪声,在偏离载波1kHz以上的情况下,其测量结果的可信度比较高,1kHz以内可信度较差。该方法一般不能用来测晶振的相位噪声,而且测量结果中不内分离调幅噪声和相位噪声。

    相位检波器法是一种应用最广泛、灵敏度高、分析频率范围宽、测量准确度最高的一种测量方法。它用相位检波器把信号的相位起伏变换为电压起伏,由频谱仪测量相位起伏谱密度,再由相位起伏谱密度在小角度条件下,计算得到单边带相位噪声。由于采用了正交检相技术,对调幅噪声有较大的抑制。不仅能测频率源的相位噪声,也可测晶振的相位噪声和两端口频率器件的附加相位噪声等。该方法测量比较复杂,要求要有一个能够进行频率调整的低相噪参考源,参考源的相位噪声决定了系统的测试能力。目前,市面上用得较多的相位噪声测试系统,如HP3048、Agilent E5500系列、AeroflexPN9000系列,均采用了该测量方法。

    鉴频器法用鉴频器将被测源的频率起伏变换为电压起伏,由频谱仪测量频率起伏谱密度,再由频率起伏谱密度换算成相位起伏谱密度,再由相位起伏谱密度在小角度条件下,计算得到单边带相位噪声。相对于相位检波器法,它不需要参考源,但近载频灵敏度较低,适用于频率稳定度较差的频率源和VCO等的测试。