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相位噪声对信号的变化以及其显示的测量方式

新闻中心/News

相位噪声对信号的变化以及其显示的测量方式

2018/10/15
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相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式,其结果在频率域内显示。用一个振荡器信号来解释相位噪声。如果没有相位噪声,那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去,产生了边带(sideband)。从下图中可以看出,在离中心频率一定合理距离的偏移频率处,边带功率滚降到1/fm,fm是该频率偏离中心频率的差值。
相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值,其中,dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值.
主要的相位噪声测量方法:
1. 直接频谱测量方法
这是最简单最经典的相位测量技术。如图2所示,将被测件(DUT)的信号输入频谱仪/信号分析仪,将信号分析仪调谐到被测件频率,直接测量振荡器的功率谱密度(f)。由于该方法对频谱密度的测量是在存在载波的情况下进行,因此频谱仪/信号分析仪的动态范围对测量范围有较大影响。
虽然不太适合测量非常靠近载波的相位噪声,但该方法可以非常方便地快速测定具有相对高噪声的信号源质量。测量在满足以下条件时有效:
频谱仪/信号分析仪在相关偏置时的本身SSB相位噪声必须低于被测件噪声。
由于频谱仪/信号分析仪测量总体噪声功率,不会区分调幅噪声与相位噪声,被测件的调幅噪声必须远低于相位噪声(通常10dB即可)。
2. 鉴相器测量方法
如果需要分离相位噪声和调幅噪声,则需使用鉴相器法进行相位噪声的测量。图3描述了鉴相器技术的基础概念。鉴相器可将两个输入信号的相位差转换为鉴相器输出端的电压。相位差设置为90°(正交)时,电压输出为0V。偏离正交的任何相位波动都将引发输出端的电压变化。
该方法是将双平衡混频器用作鉴相器。两个信号源,分别来自被测件和参考信号源,为混频器提供输入。调整参考信号源与被测件具有相同的载波频率(fc),并设为额定相位正交(异相90°)。混频器的相加频率(2fc)将由低通滤波器(LPF)滤出,混频器的相减差频为0Hz(dc),平均电压输出为0V。
该直流信号带有交流电压波动,该波动与两个输入信号的合成(总rms)噪声成比例。为了精确测量被测件信号的相位噪声,参考信号源的相位噪声应该低至可忽略水平,或者得到了很好的表征。基带信号通常会在放大后输入基带频谱分析仪。
参考信号源/PLL方法提供最佳的总体灵敏度和最广泛的测量范围(例如0.01Hz 至100MHz的频率偏置范围)。另外,该方法对AM噪声不敏感,并可以跟踪漂移信号源。但是该方法需要一个干净的可电子调谐参考信号源,而且在测量高漂移率信号源时需要参考信号源必须具有宽的调谐范围。
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