[發明專利]改進的基于中頻延遲線鑒頻法的相位噪聲測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201610903181.8
• 申請日: 2016-10-17
• 公開（公告）號: CN106569046B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 王靜
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01R29/26
• 分類號: G01R29/26
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務所61219
• 代理人: 張瑞琪

【技術領域】

本發明屬于測試儀器領域，具體涉及改進的基于中頻延遲線鑒頻法的相位噪聲測試裝置及方法。

【背景技術】

時頻測控技術在測試計量技術中，甚至在幾乎整個高科技領域都起著舉足輕重的作用。一方面，它的發展受到國外大企業的高度重視；另一方面，從專業的角度來看時頻測控技術，它涵蓋的內容越來越廣泛，不僅精度越來越高，而且應用的市場也越來越大。時頻測控領域包括了時間頻率的基準器件、各種頻率源、時頻信號的測量比對與傳輸、時間頻率信號的處理技術等。頻率源作為一種電子設備，輸出信號受到內部各種電子噪聲的影響，使其頻率不是一個恒定值，所以相位噪聲是一項重要指標。通過對它的測量與研究，可應用于頻率源的設計和提高頻率源的質量。隨著雷達、通信、導航等現在電子系統的廣泛應用和迅速發展，對標準信號使用高精度頻率源，特別是對頻率源的穩定性提出了越來越高的要求。相位噪聲是射頻及微波振蕩器的一個重要指標，它的好壞直接影響到很多射頻及微波系統的性能。不論是做發射激勵信號，還是接收機本振信號，相位噪聲最終都會在解調后疊加在期望信號上面，引起信噪比下降。在通信系統中使誤碼率增大，在多普勒雷達系統中，其內置本地振蕩器的相位噪聲可能會淹沒目標信號。在導航定位系統中，會嚴重影響定位精度。因此，對于相位噪聲的測量引起了測試儀器產業界的廣泛重視。

相位噪聲是指由系統內部各種隨機噪聲所引起的瞬時的頻率抖動或相位的起伏，它是信號短期頻率穩定度的重要指標，是信號質量的直接體現。對信號的測量可以分別從時域及頻域來描述相位噪聲，在頻域中一般用能夠表現信號頻譜純凈度的相位噪聲譜密度函數來表征相位噪聲，函數表現出的頻譜純凈度越高表明相位噪聲越小；而表現形式為頻率平均值隨機起伏的阿倫方差則被用于相位噪聲的時域表征。

目前應用廣泛的相位噪聲測試技術是鑒相法，如安捷倫公司的E5500系統等產品。采用該方法的優點是靈敏度高于其他方法，如鑒頻法、直接頻譜法等。但是，鑒相法很難測試穩定度低的信號源。因此，特定場景下，還是需要采用鑒頻法。傳統的鑒相法存在延遲線損害過大的缺點。最近有研究改變為中頻延遲線使測試靈敏度得到很大改善。然而其采用了兩個鑒相器支路，引入到系統的誤差變大且影響靈敏度。

傳統的基于延遲線的鑒頻法中，待測信號源輸出的信號經過功分器后分為兩路，一路信號通過延遲線，另外一路信號通過移相器。然后，信號進入到鑒相器，延遲線作為鑒頻器使用，移相器要保證鑒相器輸入的信號滿足正交條件。從而，鑒相器的輸出與待測信號源的頻率波動成正比。

傳統的鑒頻法的主要缺點是測量靈敏度受到延遲線的限制。延遲線越長測量靈敏度越高，但是延遲線越長導致信號的損耗越大，信號的損耗越大測量靈敏度越低。另外，延遲線的損耗會隨著待測信號源的頻率升高而變大。從而，當測試信號源頻率高時(例如測試毫米波信號源)，靈敏度會大大降低。

A.S.Barzegar等人2016年7月提出了一種中頻延遲線鑒頻方法，其成果發表在《IEEE Microwave and wireless componets letters》上面。該方法首先把射頻(微波)信號源下變頻到中頻，然后再采用延遲線方法。由于中頻信號的頻率一般采用幾十MHz，傳輸線損耗相對于射頻(微波)信號大大降低，從而可以使用更長的延遲線。這里要特別注意：該方法與鑒相法的區別，該方法的本振信號源不需要鎖定待測信號源。

中頻延遲線鑒頻方法具有以下缺點：系統比傳統的鑒相法多了一個支路，其包括功分器及混頻等，這些器件的引入進一步加大了系統的誤差，且其復雜度及成本進一步加大。同時，延遲線加長后系統靈敏度提高，但是測試相位噪聲的頻偏變小。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種改進的基于中頻延遲線鑒頻法的相位噪聲測試裝置及方法，以解決現有技術中的復雜度及成本高、系統誤差大精度低以及可測量頻偏的范圍小的問題。

本發明所采用的第一種技術方案是，改進的基于中頻延遲線鑒頻法的相位噪聲測試裝置，包括混頻濾波單元，混頻濾波單元連接功分器的輸入端，功分器的輸出端通過移相器和延遲線單元分別連接至同一鑒相器的輸入端，鑒相器的輸出端與濾波放大單元連接，濾波放大單元還通過模數轉換器連接至處理器；

延遲線單元包括與功分器輸出端連接的第一射頻開關，第一射頻開關還通過并聯的第一延遲線和第二延遲線與第二射頻開關連接，第二射頻開關還連接至鑒相器的輸入端；