[發(fā)明專利]一種脈沖載波相位噪聲測量裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410324539.2
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104062514B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜念文;朱偉;凌偉;劉強;辛義磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01R29/26
• 分類號: G01R29/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種脈沖載波相位噪聲測量裝置，還涉及一種脈沖載波相位噪聲測量方法。

背景技術(shù)

相位噪聲是評估信號頻率短期穩(wěn)定度的重要指標，相位噪聲性能的好壞對電子系統(tǒng)的整體性能具有重要影響，例如雷達系統(tǒng)的作用距離、目標分辨率，數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率、圖像信號質(zhì)量、衛(wèi)星定位精度和接收機系統(tǒng)相鄰信道間信號干擾度等指標都和系統(tǒng)頻率源的載波相位噪聲有關(guān)。

由于脈沖調(diào)制信號具有較強的通信安全性和抗干擾性，在保密通信系統(tǒng)和雷達設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，發(fā)射和接收信號多以工作于微波毫米波頻段的脈沖調(diào)制載波信號為主。在脈沖調(diào)制信號產(chǎn)生過程中，調(diào)制電路對信號相位噪聲性能將產(chǎn)生不同程度的惡化，欲對系統(tǒng)總體性能進行準確評估，必須在實際工作的脈沖調(diào)制狀態(tài)下對輸出信號近載波相位噪聲進行精確測試，以衡量相位噪聲及脈沖調(diào)制過程對系統(tǒng)性能的綜合影響。

目前測量脈沖調(diào)制載波相位噪聲主要有兩種方法：

第一種是頻譜分析儀法，使用頻譜分析儀的時間門功能進行測試，測試時序如圖1所示。測試的基本原理就是在產(chǎn)生脈沖載波的同時，輸出一個觸發(fā)脈沖信號，這兩個信號同時送給頻譜分析儀。頻譜分析儀根據(jù)信號延遲和脈沖寬度設(shè)定門延遲和門寬度，由觸發(fā)信號同步觸發(fā)，產(chǎn)生實際的門控信號。該門控信號控制頻譜分析儀在門控信號有效期間進行掃描、采樣和分析，在門控信號無效期間停止掃描和采樣。對載波一定頻偏處相位噪聲的測量，可以使用頻譜分析儀提供的噪聲頻標功能直接進行，從而得到其相位噪聲信息。

頻譜分析儀法典型的測試連接圖如圖2所示。信號發(fā)生器輸出射頻脈沖載波和脈沖同步輸出信號，這兩個信號同時連接到頻譜分析儀和寬帶示波器，頻譜分析儀的門控信號通過門輸出接口輸出，連接到寬帶示波器。測量時用寬帶示波器同時監(jiān)測射頻脈沖載波、脈沖同步輸出和門輸出信號，監(jiān)測三者之間是否滿足測試時序要求，如果不滿足測試時序，則可以通過信號發(fā)生器調(diào)整脈沖同步輸出延遲，可以通過頻譜分析儀調(diào)整門控信號寬度和門延時，使得三者滿足測試時序要求。

該方法的缺點是不抑制載波，受中頻濾波器形狀的限制，無法解決中頻泄露問題，導(dǎo)致測量很小頻偏(如頻偏小于10Hz)時，測量結(jié)果偏離很大；該方法要求本振的相位噪聲要優(yōu)于被測信號，其測量靈敏度受頻譜分析儀本振相位噪聲限制，很難測試相位噪聲很低的載波信號；另外該方法無法區(qū)分相位噪聲和調(diào)幅噪聲，測量的結(jié)果是相位噪聲和調(diào)幅噪聲的總和。

脈沖載波、觸發(fā)脈沖和門控信號需要用寬帶示波器進行監(jiān)測，并且要手動調(diào)整信號發(fā)生器和頻譜分析儀的多個參數(shù)才能使三者完全同步，這種方案費時費力，而且要求被測源要具備觸發(fā)脈沖輸出能力和延遲調(diào)節(jié)能力，要求頻譜分析儀具有門延遲和門寬度調(diào)節(jié)能力。測試的時間累積的一定的程度，還會導(dǎo)致已經(jīng)同步好的信號失去同步關(guān)系，這時需要重新調(diào)整各個參數(shù)，讓系統(tǒng)重新進入同步狀態(tài)。

第二種脈沖調(diào)制載波相位噪聲測試的方法是鑒相法，測試原理框圖如圖3所示，該方法的基本工作過程是：被測源與參考源混頻鑒相，經(jīng)過鑒相器和低通濾波器輸出瞬時電壓起伏與輸入信號的瞬時相位起伏呈線性關(guān)系，對相位噪聲的測量可以轉(zhuǎn)化為對輸出電壓起伏測量。鑒相輸出信號經(jīng)低通濾波器、PRF濾波器和低噪聲放大單元處理后，一路經(jīng)環(huán)路濾波器處理后反饋給參考源，組成閉環(huán)鎖相環(huán)路，保持參考源與被測源頻率相等且相位正交，另一路送到ADC進行數(shù)字采樣，經(jīng)FFT變換轉(zhuǎn)化成功率譜密度信息，進而分析運算得到被測信號的相位噪聲值。

鑒相器一般采用高性能雙平衡混頻器，其中頻與本振和射頻之間雖有一定隔離，但脈沖調(diào)制信號的PRF饋通也是不可避免的，它與鑒相器輸出的相位噪聲信號混疊在一起，而且其絕對量值要遠遠大于相位噪聲信號幅度，所以中頻通道中PRF濾波器的設(shè)置是非常必要的，將有效濾除PRF饋通信號而保留相位噪聲信號。

如果參考源為連續(xù)波信號，輸入被測信號為脈沖調(diào)制載波，在脈沖開期間二者同頻、相位正交，此時被測信號載波的相位噪聲將被有效提取；而在脈沖關(guān)期間，由于鑒相器本振端連續(xù)波參考源的單獨存在，中頻端口將產(chǎn)生較大的直流偏置電壓。這一電壓如無法消除將使后端放大器迅速進入飽和狀態(tài)，造成系統(tǒng)靈敏度下降。參考源為連續(xù)波時還將把本振端信號的調(diào)幅噪聲全部轉(zhuǎn)移到中頻端口，而只把部分相位噪聲轉(zhuǎn)入，雖然通常情況下參考源的調(diào)幅噪聲比相位噪聲要低很多，但隨著脈沖調(diào)制信號占空比的降低，二者將逐漸趨于接近并最終影響相位噪聲的測量。為消除連續(xù)波鑒相給相位噪聲測量帶來的不利因素，通常采用脈沖參考源做本振，可有效抑制直流偏置和調(diào)幅噪聲的惡化，但仍需要解決被測信號與參考源之間的脈沖同步問題。