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使用信號(hào)/頻譜分析儀進(jìn)行相位噪聲測(cè)量的方法及注意事項(xiàng)


  來(lái)源: 中電儀器-中電科40、41所 時(shí)間:2016-05-06 作者:楊東營(yíng)
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 相位噪聲從頻域描述了信號(hào)頻率的穩(wěn)定度,是描述信號(hào)質(zhì)量的重要指標(biāo)。對(duì)于多普勒雷達(dá)系統(tǒng)、無(wú)線電通信、空間信號(hào)傳輸?shù)葢?yīng)用有著重要的影響。對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位噪聲指標(biāo)測(cè)量是現(xiàn)在工作中經(jīng)常遇到的事情,本文首先從信號(hào)相位噪聲的定義入手,重點(diǎn)介紹使用信號(hào)分析儀進(jìn)行相位噪聲測(cè)量的方法及注意事項(xiàng)。

1、相位噪聲是什么?

在頻域內(nèi),一個(gè)理想正弦波信號(hào)的表現(xiàn)是一個(gè)單譜線;實(shí)際信號(hào)除了主信號(hào)之外還包括一些離散的譜線,它們是隨機(jī)的幅度和相位的抖動(dòng),在正常信號(hào)的左右兩邊以邊帶調(diào)制的形式出現(xiàn)。在頻域內(nèi)信號(hào)的所有不穩(wěn)定度總和表現(xiàn)為載波兩側(cè)的噪聲邊帶,邊帶噪聲是一個(gè)間接的測(cè)量與射頻信號(hào)功率頻譜相關(guān)噪聲功率的指標(biāo)。邊帶噪聲可以表述為調(diào)頻邊帶噪聲和調(diào)幅邊帶噪聲。大多數(shù)的被相位噪聲測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)的調(diào)幅邊帶功率相對(duì)調(diào)頻邊帶功率來(lái)說(shuō)都很小,所以對(duì)大多數(shù)信號(hào)來(lái)說(shuō)測(cè)量的邊帶噪聲就是調(diào)頻邊帶噪聲(即相位噪聲也稱單邊帶相位噪聲)。它的定義為1Hz帶寬內(nèi)相位調(diào)制邊帶的功率和信號(hào)總功率的比值,單位為dBc/Hz。在信號(hào)/頻譜分析儀上,邊帶噪聲是相位噪聲和幅度噪聲的總和,通常當(dāng)已知調(diào)幅噪聲遠(yuǎn)小于相位噪聲時(shí)(小于 10dB以上),在頻譜儀上讀出的邊帶噪聲即為相位噪聲。

在290K環(huán)境溫度下,噪聲功率基底是-174dBm/Hz。由于相位噪聲和調(diào)幅噪聲對(duì)熱噪聲的貢獻(xiàn)是等同的,所以相位噪聲對(duì)熱噪聲的貢獻(xiàn)是-177dBm/Hz,比熱噪聲低3dB。如果載波功率較小,例如-20dBm,相位噪聲就被限制到-157dBc/Hz(-177dBm/Hz-(-20dBm))。下表是載波功率和相位噪聲極限值的對(duì)應(yīng)表。

2、相位噪聲的測(cè)量

在頻域中,常用的相位噪聲測(cè)量方法主要有直接頻譜分析儀法、相位檢波器法、鑒頻器法和雙通道互相關(guān)法等。應(yīng)該指出,在不同場(chǎng)合對(duì)相位噪聲的要求不同,測(cè)量方法也有所不同。典型的相位噪聲測(cè)量可以由專業(yè)相位噪聲測(cè)試系統(tǒng)完成,但這些專業(yè)設(shè)備的價(jià)格相當(dāng)昂貴,而頻譜分析儀或者新一代的信號(hào)分析儀是相對(duì)常用的儀器,對(duì)一些相位噪聲指標(biāo)要求不是很嚴(yán)格的場(chǎng)合,可以用信號(hào)/頻譜分析儀進(jìn)行相位噪聲指標(biāo)的測(cè)量。

通過(guò)譜分析進(jìn)行相位噪聲測(cè)量的方法稱為直接頻譜分析儀法。該方法不僅能在分析儀上直接顯示相位噪聲的測(cè)量值,而且還可以同時(shí)準(zhǔn)確地顯示是否有其他離散信號(hào),具有簡(jiǎn)單、靈活易用的特點(diǎn)。被測(cè)信號(hào)可以直接加到分析儀的射頻輸入口后,由分析儀直接進(jìn)行分析測(cè)量;也可以現(xiàn)將被測(cè)信號(hào)與相位噪聲指標(biāo)更好的參考信號(hào)混頻后,得到一合適中頻信號(hào),再由分析儀對(duì)這一中頻信號(hào)進(jìn)行分析。

隨著儀器儀表技術(shù)和功能的發(fā)展,現(xiàn)在高檔信號(hào)/頻譜分析儀大多具有相位噪聲測(cè)量選件。該選件測(cè)量界面和操作方法同專業(yè)的相位噪聲測(cè)量?jī)x器類似,將信號(hào)接入分析儀后,設(shè)置合適的載波頻率或者進(jìn)行載波自動(dòng)搜索,然后設(shè)置測(cè)量的頻偏范圍,等待測(cè)量結(jié)束,一條完整的邊帶噪聲曲線就呈現(xiàn)在界面上,如果對(duì)某些點(diǎn)的值感興趣,打開(kāi)標(biāo)記功能,設(shè)置到相應(yīng)的頻偏,標(biāo)記就顯示出該點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果。

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