微波信号源相位噪声测量的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com}一；第9卷第1、2期大连水产学院学报VoL9No．1、21994年5月JOURNALOFDALIANFISHERIESCOLLEGEMay．1994微波信号源相位噪声测量的研究蒋志凯“(大连水产学院)摘要车文提高徽渡信号源相位噪声测量精度的要求出发，给出了一种由计算机控制的散渡相位噪声测量系统，井在此基础上从改进系统硬件和采用不同测量方案的角度对进一步提高测量精度的锯爱1问题的提出信号源的相位噪声在信号电平覆盖较宽频带的频率变换过程中是至关重要的。侧如，对多勒雷达系统而言，由于地面反射

2、杂波的总功率大大超过目标回波的总功率，故需采用调谐到目标回波频率的窄带接收机。接收机的带宽应限制在仅让频率为目标回波频率的大部分回波能量通过由于相位噪声会把目标回波能量扩展到一个较宽的频带上，故不论是发射机振荡器还是接收机的本地振荡器，过大的相位噪声都会直接影响到系统的灵敏度和分辨率。多勒雷达系统一般要求其发射机振荡器和接收机本地振荡器在偏离载频几Hz到几百kHz的频率范围内的相位噪声电平在一110dB以下0]。因此，对微波信号源的相位噪声进行精确的测量，具有十分重要的实际意义。2待测参量一个理想的正弦波信号可甩下式来表述V(f)一V

3、os'm2~f02(1)而一个实际信号则应表述成()一[+e()]sin[Z~fot+△t)](2)式中：e()为振幅的起伏；△t)为相位的起伏，即相位噪声。·收蔷日期：1993—10—19··蒋志凯：1942年生，男，尉教授，院长助理，大连，116024维普资讯http://www.cqvip.com第1、2期蒋志凯：嫩波信号源相位噪声澳l量的研究27由于相位噪声的存在，信号在频域中不再是离散的谱线，而以调制边带的形式在标称频率的左右扩展开来。利用频谱分析仪，可观察并测量这些边带。常用来表述相位噪声大小的待测参量为在指定频率，处一赫

4、兹带宽内相位起伏的单边带谱密度S(n。其单位为1／Hz，定义式为s△(，)一』堕竺‘(3)u△，式中：B为用来测量△‰的带宽。美国国家标准局(u．S．NationalBureauofStandards)[还定义了一个用来衡量信号中所含相位噪声的相对大小的函数L(，)．其定义式为PL(／)一=(4)』S式中：P为一赫兹带宽内相位起伏的单边带功率谱密度，为信号总功率。由于L(实际上是一种信噪比，其单位通常取作dBc／Hz，即(4)式一般采用对数形式来表述～)一l0lg从小角度调制理论可知，当相位起伏的峰值△％《1且坩来测量的带宽B一1Hz

5、时，采用非对敷旁景形式的上(，)为L(，)一(垒磬)()z一{s△(，)(6)这就是说：当△‰《l这一条件得到满足时，L(，)和Sa，(，)之间有着特定的关系，测出其中一个，实际上也就知道了另一个对高质量的微波振荡源来说，上述条件一般都是可以得到满足的。3测量方法目前可采用的相位噪声测量方法有；频率外差法，直接测量法，鉴频器测量法和鉴相器测量法。除频率外差法为时域测量外，其余皆为频域测量。本文采用额域测量，待测参量L(n和S(n都是频域特测参量。为了设计一个高精度的微波相位噪声测量系统，我们必须对测量方法进行优选。考虑到直接测量法将受

6、频谱分析仪的动态工作范围、分辨率及仪器内本地振荡的相位噪声的制约，而鉴频器测量法又因其背景噪声电平将在频率接近载频时迅速增大而限制了对小频偏相位噪声的测量，故我们选用鉴相器测量法。4系统组成本系统采甩惠普(HEWLETTPACKARD)公司生产的计算机信号源、测量仪器和外围记录设备，其目的是为了利用通用的惠普接I=1板(HP-IB)组成一个用计算机控翩的微波相位噪声测量系统。图l为系统组成的框图。维普资讯http://www.cqvip.com28大连水产学院学报第9卷田1计5系统硬件的改进在用鉴相器法测量待测信号源的相位噪声时，所测

7、得的实际上是待测信号源的相位噪声与参考信号源的相位噪声之和。当参考信号源的相位噪声与待测信号源的相位噪声相比不可忽略不计时，所引入的测量误差将使系统的测量精度下降。待测信号源的相位噪声越低，对系统中的参考信号源的要求就越高。在对一些高质量的微波信号源的相位噪声进行实测的过程中，我们有时发现系统中的微波参考信号源HP8672的相位噪声过大，直接影响了测量精度。为此，我们对系统硬件作了以下两种改进。5．1用信号源HP8662代簪微波信号源HP8672作为系统中的参考信号源lip8662的相位噪声远小于HP8672。若用它代替liP8672

8、作为参考信号源，可大大提高系统的测量精度。但是，由HP8662输出的信号的频率范围最高只能达到1280MHz，不能代替HP8672输出频率为2GHz以上的微波信号。为此．我们想到了让HP8662输出的信号通过倍频来满足频