[发明专利]一种基于相位噪声数学模型的相位噪声测量方法

说明书

技术领域

本发明属于电子测量技术领域，尤其涉及一种基于相位噪声数学模型的相 位噪声测量方法。

背景技术

在现代电子系统中，信号的短期频率稳定性是衡量信号质量的重要因素， 它直接影响着系统的性能，相位噪声是描述信号短期频率稳定性的重要指标。 特别是在雷达、通信、导航等应用领域，降低相位噪声成为提高系统性能的关 键技术之一。例如，在多普勒雷达中相位噪声直接影响着雷达的动目标检测性 能；在数字通信，特别是调相通信体制中，相位噪声对系统误码率和相邻信道 的隔离度都具有重要意义。因此，相位噪声测量在现代电子技术中具有重要的 应用，已成为当前电子测量领域的研究热点之一。根据相位噪声信号的不同提 取方法，当前的相位噪声测量方法主要分为直接频谱仪测量法、时间差测量法、 鉴频法、鉴相法等方法。直接频谱仪法是简单易行的一种相位噪声测量方法， 它将待测源信号直接输入到频谱仪的输入端，调谐频谱分析仪的载波频率，通 过测量被测信号的频谱，由噪声功率与载波功率的比值并进行必要的修正来计 算被测信号的相位噪声。频谱仪测量法在应用中受到以下因素的制约：测量结 果受频谱仪本振源相位噪声的制约、不能区分相位噪声和幅度噪声、不易测量 近载波处的相位噪声。时间差测量法将被测源和参考源信号通过分频器分频后 送入时间差计数器用于测量两个信号过零点之间的时间差，用测量的时间差序 列计算被测源相对参考源的相位噪声。该方法中利用分频器降低了被测源和参 考源的信号频率，提高了时间间隔计数器测量时间差的分辨率。该方法的主要 优点是系统构建成本低、易于实现；其局限性是该方法受到系统带宽的限制， 时间间隔计数器内部本振的相位噪声限制了测量效果，另外还必须注意电缆的 长度和阻抗匹配。鉴频测量法又称无参考源法，它将待测源的频率起伏Δf由某 种微波鉴频器变换为电压起伏Δv，再用基带频谱分析仪测量该电压的起伏量， 从而实现相位噪声测量。常用的鉴频器有延迟线/混频式鉴频器、RF桥/延迟线 鉴频器、腔体鉴频器、双延迟线鉴频器等。其工作原理如下：被测源信号经功 分器分两路，一路经宽带延迟线时延τ_d，将频率起伏变为相位起伏Δφ＝2πf₀τ_d， 另一路信号经带宽可变移相器，调节移相器使两输入信号正交，送入鉴相器进 行正交鉴相，由鉴相器将相位噪声转换为电压噪声，经A/D转换为数字信号后 进行FFT和功率谱估计等信号处理，测得被测信号的相位噪声功率谱S_φ(f)和单 边带相位噪声L(f)。鉴频测量法的主要优点是不需要参考信号源、对相位波动 较大的被测源具有很好的测量效果；缺点是针对不同频率的被测源需要对鉴频 器进行调整、不易测量近载波处的相位噪声。鉴相测量法也称为双源测量方法 或锁相环测量方法。这种方法是将一只双平衡混频器作为鉴相器，将被测信号 与一个同频率且正交的高稳定度的参考源信号作为鉴相器的两个输入信号，鉴 相器输出为与被测信号的相位起伏成比例的低频噪声电压，经过低通滤波器和 低噪声放大器，加到频谱仪上测出不同f_m处的噪声电平，计算得出被测信号源 的S_φ(f)，或将经过低通滤波和低噪声放大后的鉴相器输出信号采样后变换到数 字域，利用数字信号处理的方法求得被测信号的单边带功率谱。鉴相法的主要 优点是测量灵敏度高、频率分辨率高、输出频率范围宽、对幅度噪声具有较好 的抑制能力；缺点是参考源信号必须和被测信号频率相等。上述的相位噪声测 量方法有一个共同的特点是利用专门的硬件电路提取被测源信号的相位信息， 并以此分析被测源的单边带相位噪声。

现有的相位噪声测量方法都是利用专门的硬件电路提取被测信号源的相位 信息，并以此分析被测信号源的单边带相位噪声，这样相位提取电路的提取性 能在很大程度上决定了相位噪声测量的性能，而且相位提取电路的频率响应也 会对测量结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相位噪声数学模型的相位噪声测量方法， 旨在解决现有的相位噪声测量方法采用相位提取电路的频率响应存在的测量结 果准确度较低的问题。