一种相位噪声标准介绍.pdf

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1、一种相位噪声标准介绍张爱敏李黎明中国计量科学研究院100013摘要：本文介绍一种5MHz，10MHz及100MHz相位噪声标准及相关测量方法，该标准是由FredLWalls设计发明的专利产品，可用来评价相位噪声测量承缝奉底及系统相位噪声测量的准确度，也可用来测量相位噪声测量系统中鉴相器的灵敏度。该标准的使用可必备实验室相位噪声测量系统之间的比对及测量过程变得简便，且有很高的准确度。关键词：相位噪声，相位噪声标准Abstract：njspaperdescribesakindofpha5cnoisestamlasdatcarrierfrequenc

2、ies5MHz，10MHzand100MHz，ThisstandardisapatentdevicedesignedbyFredLwalls。Thisstandardcanbeusedtoevaluatetheaccuracyandnoisefloorofphasenoisemeasurementsystem。itcunalsobeusedtocalibratetheconversionsensitivityofthedetectorforphasenoisemeasurement。Theapplicationofthisstandardmak

3、esthecomparisonsofthephasenoisemeasllromantsystemindifferentlaboratoriesandmemcasu他mentpmcedllresprcUyeasywithveryhighaccuracy．KeyWords：PhaseNoise，PhaseNoiscStandard1．引言：1．1定义相位噪声是信号源输出频率在频域的随机起伏程度，国际上推荐的表征量为单边带相位噪声￡(f)。其定义为：当△o((Irad时s·为相位起伏功率谱密度￡(f)=圭蹦厂)(dBc／Hz)旷端△(rad2／Hz

4、)f．相对于载频的傅立叶频偏，△m。。(f)：相位变化的有效值，BW：等效噪声带宽或测量带宽。(1)(2)1．2传统的测量方法频率源相位噪声的测量一般采用正交鉴丰目法(双源鉴相法)，其基本原理是将被测源的随机相位起伏转化为与之成正比的随机电压起伏，由频谱仪进行谱分析。具体测量方法见图1。274图1鉴相法原理图当被测源及参考源二信号相位正交时，鉴相器(混频器)的输出为AV=ka△西kd为鉴相常数(也称鉴相灵敏度)。频率源的相位噪声可表示为：￡(f)=瓦鬲AW72irr酾asBW(3)2[kG(，)】2△V。：频偏f处电压变化的有效值G(o：低噪声

5、放大器的增益若以dB为单位来表示，有￡(f)=2019AK。一2019％一2019G(j)一1019BW一3(4)鉴相常数kd的确定通常用拍频法，让参考源与被测源产生一个低频的拍频信号，用示波器或其它接收仪器测量该信号的过零点的剁率，该斜率即为鉴相常数lcd。l[d的估计值也可通过测量拍频信号的峰值得到。相位噪声测量系统的重要技术指标是系统的本底，其测量方法见图2。移相器用来调节相位使鉴相器输入端的两信号相位正交。图2本底测量框图两端口部件(放大器、倍频器、分频器等)的测量方法与本底的测量方法类似，见图3。如果被测件改变频率，则功分器的两端都要

6、加入被测件。由于参考源的相位噪声在鉴相器的两输入端被互相抵消，最后的测量结果即是系统的本底或两端口部件的残余相位噪声。275—图3两端口部件相位噪声测试框图测量系统本底和测量两端口部件残余相位噪声时l(d的测量方法有很多种，比较常用的有较高准确度的方法为替代源法，即用功率计测出功分器一输出端的功率电平，该输出端接50Q负载，用一替代源接入鉴相器输入端，其输出功率为所测得的电平值，调节其频率使鉴相器输出端产生一低频的拍频信号，测其过零点的斜率，即为kd。将功分器重新接入鉴相器，调节移相器或参考源频率，使鉴相器两输入端的信号相位正交，从而测得△vr

7、ms，得到系统本底或两端口部件残余相位噪声。1．3传统的比对方法各个实验室的相位噪声测量系统进行比对时，一般采用的方法是：用一个便携的晶体振荡器作为传递标准，各个系统对其进行测量，通过测量结果进行比对。由于晶振噪声的瞬时变化其重复性只能达至U±3dB。美国国家标准技术研究院FredWalls博==

8、=‘设计了一种相位噪声标准，可用于评价相位噪声测量系统本底及相位噪声测量的准确度，并简化kd的测量。2．5MHz，10MHz及100MHz相位噪声标准2．1基本原理：见图4。I!!堡!l载频off广—_一整塑墨L—+参考输出田。眨I，删舢厂————]

9、厂——‘—11l100MHzl—I功率加法器l一噪茬offr，厂-50nlil衰减器l壬—■厂一年隹牵医鲴I图4相位噪声标准原理图——276——5MH