[發(fā)明專利]改進寬頻段頻譜相位噪聲性能的電路結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911284149.6
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN110855376A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳爽;王小磊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海創(chuàng)遠儀器技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H04B15/00
• 分類號: H04B15/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔;鄭暄

本發(fā)明涉及一種改進寬頻段頻譜相位噪聲性能的電路結(jié)構(gòu)，包括預(yù)處理模塊，用于進行信號衰減和預(yù)處理；混頻處理模塊，所述的混頻處理模塊的輸入端與所述的預(yù)處理模塊的輸出端相連接，用于對射頻信號進行多級變頻；信號轉(zhuǎn)換測量模塊，所述的信號轉(zhuǎn)換測量模塊的輸入端與所述的混頻處理模塊的輸出端相連接，用于將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并完成后續(xù)的信號測量。采用了本發(fā)明的改進寬頻段頻譜相位噪聲性能的電路結(jié)構(gòu)，通過在現(xiàn)有電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加少量的元件，改善了現(xiàn)有技術(shù)的相位噪聲能力，本發(fā)明的電路改動較小，通過少數(shù)硬件改動實現(xiàn)更高的性能；本發(fā)明在寬帶測量模式下，不影響測量結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及信號測量領(lǐng)域，具體是指一種改進寬頻段頻譜相位噪聲性能的電路結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

超外差式掃頻頻譜分析儀以其寬頻率覆蓋范圍、高測量動態(tài)及測量精度而得到廣泛應(yīng)用，可完成信號的時域、頻域和碼域分析及測量。在射頻微波、通信、導航、雷達等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。典型的超外差式掃頻頻譜分析儀架構(gòu)如圖1所示。

其工作原理是將輸入信號寬帶的射頻信號經(jīng)過多級變頻，變換到一個固定中頻信號上，然后進行ADC和相關(guān)數(shù)字信號處理，以提取和測量信號的幅度、相位等信息。這種超外差結(jié)構(gòu)因系統(tǒng)的工作頻段、帶寬等因素的考慮，變頻級數(shù)會有2～4級不等。圖1是采用了3級變頻方式的超外差頻譜分析儀結(jié)構(gòu)。信號經(jīng)衰減器Attenuator進入預(yù)選濾波器PreFilter，然后進入第一混頻器Mixer1，經(jīng)上變頻方式變換到跟高頻率的中頻，然后再經(jīng)過第二混頻器Mixer2和第三變頻器Mixer3分兩次變換到較低的中頻頻率上(如21.4MHz、70MHz等)。相應(yīng)的，每級變頻器都需要外部提供本振信號LO1、LO2、LO3。最后信號進入ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，完成后續(xù)的信號測量等算法。第一混頻器采用上變頻方式是因為考慮低頻信號測量時的鏡頻抑制，圖1的系統(tǒng)調(diào)諧方程如下：

f_1stLO-f_RF＝f_1stIF

f_1stIF-f_2ndLO＝f_2ndIF

f_2ndIF-f_3rdLO＝f_3rdIF；

其中，f_RF為射頻輸入頻率值；f_1stLO為第一本振頻率LO1的頻率值；f_1stIF為第一中頻頻率值，為固定值；f_2ndLO為第二本振LO2頻率值，為固定值；f_2ndIF為第二中頻頻率值，為固定值；f_3rdLO為第三本振LO3頻率值，為固定值；f_3rdIF為第三中頻頻率值，為固定值。

由圖1和上述調(diào)諧方程可以看出，第一本振LO1、是隨測量頻率而改變的，其余本振LO2和LO2是固定的。舉例來說，如果采用7GHz的第一中頻頻率，對于輸入射頻頻率為1GHz～2GHz的，根據(jù)上述調(diào)諧方程，需要第一本振LO1提供8GHz～9GHz的本振信號。

從整個架構(gòu)上看，第一本振LO1的性能對整機性能有著決定性的影響作用。比如整機的核心技術(shù)指標頻率覆蓋范圍、頻率分辨率、相位噪聲等。

相位噪聲是頻率分析的關(guān)鍵技術(shù)指標之一，影響頻譜分析儀的解調(diào)性能和近端動態(tài)測量范圍等。而第一本振的相位噪聲是對整機相位噪聲的最大貢獻者，事實上，第一本振LO1的本振性能決定了整機的相位噪聲性能。第一本振大都采用了寬帶的頻率合成技術(shù)，采用多環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高分辨率、低相位噪聲和快速頻率切換等。而采用這種技術(shù)，會隨著頻率的提升，相位噪聲逐步惡化。相位噪聲隨頻率惡化的關(guān)系如下式所示：

Δρ＝20log(f1/f2)；

根據(jù)上面的例子，測量1GHz的信號，需要提供8GHz的本振信號，在這種情況下，相位噪聲性能惡化了20log(8)≈18dB。