基于相位噪声分析仪FSWP的相位噪声测量不确定度分析

2018-05-04张沧庆中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081

舰船电子对抗 2018年1期

张沧庆(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081)

0 引言

随着通信技术的突飞猛进，通信系统对相位噪声指标的要求越来越高，相位噪声指标的好坏在航空航天、卫星导航、遥感遥测、电子对抗、雷达应用等重要领域影响巨大。如何准确测量相位噪声成为国内外研究的热点，如何对相位噪声分析仪进行不确定度分析也是各大实验室的重中之重[1]。

1 相位噪声

在频域中把频率源输出信号的随机相位或频率起伏统称为相位噪声[2]，假设一理想信号为：

V(t)=V0cos2πf0t

(1)

式中：V0为峰值电压幅度；f0为载波频率。

但在实际电路中，噪声是不可避免的。因此，实际信号为：

V(t)=V0[1+a(t)]cos[2πf0t+φ(t)]

(2)

式中：a(t)为幅度起伏；φ(t)为相位起伏[3]。

相位起伏密度定义为：

(3)

相位噪声通常用单边带相位噪声来表示。单边带相位噪声L(f)定义为随机相位波动单边带功率谱密度Sφ(f)的一半，单位为dBc/Hz[5]，表示为：

(4)

2 测量相位噪声的方法

2.1 直接频谱仪法

选用频率范围及性能适当的频谱仪，将被测信号加载到频谱仪上。根据式(1)计算可得单边带相位噪声：

L(f)=Pm-Pc-10lg(BRBW/B1Hz)+C

(5)

式中：Pm为偏离载频f处的边带电平；Pc为载波功率；BRBW为频谱仪的分析带宽；B1 Hz为1 Hz带宽；C为频谱仪测量随机噪声的修正值。

2.2 鉴相器法

鉴相器法将待测信号的相位起伏变成电压起伏，再用频谱仪测量这个电压起伏。被测信号与同频且正交的参考信号进入鉴相器后变成电压起伏，低通滤波器滤除高频信号项，可得电压起伏ΔU=KφΔφ，Kφ为鉴相系数。这样就把相位起伏变成电压起伏，再通过低噪声放大器放大，频谱仪就可以检测出来了，如图1所示。

图1 鉴相器法原理图

2.3 鉴频器法(延迟线测量法)

鉴频法通过鉴相器获得被测信号频率起伏对应的电压，再用频谱仪测量这个电压起伏。被测信号被功分器分成2路信号，其中一路信号经过延迟线后产生时延τ，由此产生固定的频率偏移φ=2πfτ，调节可调移相器使之与延迟线的信号相位正交。信号经过鉴相器后变成电压起伏，低通滤波器滤除高频信号项，可得电压起伏ΔU=KφΔφ=Kφ2πΔfτ，Kφ为鉴相系数。这样就把频率起伏变成电压起伏，再通过低噪声放大器放大，频谱仪就可以检测出来了，如图2所示。

2.4 全数字法

全数字法是将被测信号看做数字调制信号，测量相位噪声的过程就是数字解调的过程。被测信号通过高速模数转换器(ADC)后分为I、Q 2路，分别与参考信号进行数字混频，通过数字低通滤波器后进行数字处理，得到相噪信息，如图3所示。

图3 全数字法原理图

2.5 互相关法

互相关法由2个相互独立的相位噪声测量系统组成，最后将2个测量结果进行互相关处理。由于2个测量系统相互独立，产生的噪声是非相关性的，在使用互相关算法进行运算后非相关性噪声受到大幅度的抑制。对几种主要测量方法的优缺点进行比较，结果如表1所示[6-7]。

这天的夜晚，阿东把自己的床拖到阿里的床边并成一张大床。他们自小住同一房间，但各睡各的床。这天的阿东却担心阿里夜里会闹，便尽量让自己离他近些。阿里翻着眼睛望着他做这些，不明白他何故如此，但却什么也没有说。

2.6 FSWP

本文采用的相位噪声分析仪FSWP采用更加先进的数字相位解调法与互相关法相结合的方法测量相位噪声，比全数字法拥有更宽的频率带宽和更低的噪声本底。被测信号经分路器分成2路后与本振信号做模拟I/Q混频，然后分别经过低通滤波器和低噪声放大器后进行模/数(A/D)采样，最后一起进入FPGA进行互相关的计算处理。FSWP采用高速ADC使得分析带宽可超过30 MHz，使用具有超低相位噪声参考源的同时使用互相关技术，使得相位噪声本底提升了5lgm(m为互相关次数)，体积也比同类产品大幅减小，人性化的界面使得一般工程人员也能快速上手。总之，性能优异、速度快捷、携带方便、操作简单的FSWP是测量相位噪声的首选，如图4所示。