[發明專利]一種基于鑒相法測量相位噪聲的方法

有效

• 申請號: 201210000229.6
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號: CN102539944A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 陳曉龍;詹勁松;王家禮
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01R29/26
• 分類號: G01R29/26
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張培勛

技術領域

本發明涉及電子測量技術領域，具體涉及到利用鑒相法進行相位噪聲測量時用于提取相位噪聲、改善測量系統噪聲底部和測量精度的一種數據處理算法，確切地講是一種基于鑒相法測量相位噪聲的方法。

背景技術

相位噪聲是現代電子系統中的關鍵性技術問題之一，它是衡量信號短期頻率穩定度的重要指標。在通信系統中，隨著通信帶寬的不斷提高和信道越來越密集，對通信系統中關鍵信號的相位噪聲要求越來越高；在雷達技術中，系統關鍵信號的相位噪聲直接影響著雷達系統對目標探測的分辨能力。在儀器技術中，相位噪聲指標是衡量許多儀器性能的重要指標，降低相位噪聲是提高儀器設備性能的重要內容，低相位噪聲源是諸多儀器中的核心技術之一。因此相位噪聲測量越來越成為電子測量領域中的關鍵問題，受到越來越多地關注。

針對不同應用領域和不同的測量要求，相位噪聲測量主要有以下幾種方法：

1.頻譜儀測量法：直接頻譜儀法是簡單易行的一種相位噪聲測量方法，它將待測頻率源的輸出信號直接輸入到頻譜儀的輸入端，調諧頻譜分析儀的載波頻率，通過測量被測信號的頻譜而得到被測信號的相位噪聲。頻譜儀測量法在應用中受到以下因素的制約：測量結果受頻譜儀本振源相位噪聲的制約、不能區分相位噪聲和幅度噪聲、不易測量近載波處的相位噪聲。

2.鑒頻測量法：鑒頻法又稱無參考源法，它將待測源的頻率起伏Δf由某種微波鑒頻器變換為電壓起伏Δv，再用基帶頻譜分析儀測量該電壓的起伏量，從而實現相位噪聲測量。常用的鑒頻器有延遲線/混頻式鑒頻器、RF橋/延遲線鑒頻器、腔體鑒頻器、雙延遲線鑒頻器等。其工作原理如下：被測源信號經功分器分兩路，一路經寬帶延遲線時延τ_d，將頻率起伏變為相位起伏Δφ＝2πf₀τ_d，另一路信號經帶寬可變移相器，調節移相器使兩輸入信號正交，送入鑒相器進行正交鑒相，由鑒相器將相位噪聲轉換為噪聲電壓，經A/D轉換為數字信號后進行FFT和功率譜估計等信號處理，測得被測信號的相位噪聲功率譜S_φ(f)和單邊帶相位噪聲L(f)。鑒頻測量法的主要優點是不需要參考信號源、對相位波動較大的被測源具有很好的測量效果；該方法的局限性在于針對不同頻率的被測源需要對鑒頻器進行調整、不易測量近載波處的相位噪聲。

3.鑒相法也稱為雙源測量方法或鎖相環測量方法。這種方法將被測信號與一個同頻率且正交的高穩定度的參考源信號作為鑒相器的兩個輸入信號，鑒相器輸出為與被測信號的相位起伏成比例的低頻噪聲電壓，經過低通濾波器和低噪聲放大器，加到頻譜儀上測出不同f_m處的噪聲電平，計算得出被測信號源的S_φ(f)，或將經過低通濾波和低噪聲放大后的鑒相器輸出信號采樣后變換到數字域，利用數字信號處理的方法求得被測信號的單邊帶功率譜。鑒相法的主要優點是測量靈敏度高、頻率分辨率高、輸出頻率范圍寬、對幅度噪聲具有較好的抑制能力；該方法的局限性在于測量結果受到參考源與被測源頻率差和參考源的相位噪聲的影響。

上述三種方法中鑒相法因為其良好的測試性能具有很廣泛的應用，許多相位噪聲測量儀器都是基于鑒相法實現的。但是，鑒相法的測量效果受到兩個方面的制約：一是鑒相法中要求參考源必須與被測源頻率相等，實際電路中通過鑒相器輸出對參考源的反饋構成鎖相環回路來調整參考源以實現其與被測源同頻，但鎖相環在實際測量中并不能隨時保證其絕對同頻，參考源與被測源之間的頻率差會對相位噪聲的測量結果帶來影響；二是參考源的相位噪聲會對測量結果帶來影響，一般要求參考源的相位噪聲至少低于被測源10dB以上。這兩方面的制約在很大程度上影響了儀器的技術指標，增加了整個儀器的開發難度和成本。

發明內容

為解決鑒相法測量相位噪聲中參考源與被測源頻率差和參考源自身頻率波動對測量結果的影響問題，本發明提供一種基于鑒相法測量相位噪聲的方法，通過對低通濾波和低噪聲放大后的鑒相器輸出信號進行處理，消除參考源和被測源頻率差對相位噪聲測量結果的影響，以降低測試系統的噪聲底部，提高測量的精度和靈敏度。

本發明的目的是這樣實現的，一種基于鑒相法測量相位噪聲的方法，其方法是：至少包括建立相位噪聲數學模型；

依據數學模型測量相位噪聲。

所述的建立相位噪聲數學模型包括：

給出鑒相器輸入的被測源信號如式(1)，

給出參考源信號如式(2)：