相位噪声测量方法与实验分析

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1、第１４卷第６期上海电机学院学报Ｖｏｌ．１４Ｎｏ．６２０１１年ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＧＨＡＩＤＩＡＮＪＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ２０１１文章编号２０９５－００２０（２０１１）０６－０４１７－０５相位噪声测量方法与实验分析鲁赟，周波（上海精密计量测试研究所，上海２０１１０９）摘要：介绍了相位噪声测试方法中直接频谱仪法、相位检波器法和双通道互相关法的测量原理及方法。将３种方法的测量结果与原微波信号源进行对比，分析了它们在相位噪声测量中应注意的事项。关键词：相位噪声；直接频谱仪法；相位检波器法；双通道互相关法中图分类号：ＴＭ９３３．３１２；ＴＮ９１１．４文献标志码：ＡＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏ

2、ｆＰｈａｓｅＮｏｉｓｅａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＬＵＹｕｎ，ＺＨＯＵＢｏ（ＳｈａｎｇｈａｉＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｔｒｏｌｏｇｙ＆ＴｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｐｈａｓｅｎｏｉｓｅｔｅｓｔ：ｄｉｒｅｃｔｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓ，ｐｈａｓｅｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒｌａｗ，ａｎｄｄｕａｌｃｈａｎｎｅｌｃｒｏｓｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｍｅｔｈ－ｏｄｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗ

3、ｉｔｈｐｈａｓｅｎｏｉｓｅｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｆｉｎｄｉｓｓｕｅｓｔｈａｔｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｃｅｒｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈａｓｅｎｏｉｓｅ；ｄｉｒｅｃｔｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｈａｓｅｄｅｔｅｃｔｏｒｍｅｔｈｏｄ；ｄｕａｌｃｈａｎｎｅｌｃｒｏｓｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ任何频率源内部都存在噪声。噪声的特性可起伏，因此频率稳定度的频域表征主要为调相（或用其功率谱密度表征，即单位频带（通常为１Ｈｚ）调频）有关的谱密度。在频域中，将频率源输出信带宽内的平均功率，简称谱密度。在频率源内，噪号的随机相位或频率的起伏统称为相位噪

4、声。频声对振荡信号的幅度、相位和频率能起到调制作率源的很多应用领域均要求相位噪声造成的频标用。由噪声调制引起的频率变化为频率稳定度。边带的谱密度尽可能的低。由于噪声调制的影响，使频率源输出信号的在量化相位噪声的众多技术指标中，最为常谱密度分布不再是一条离散的谱线，而是以调制用的测量指标为单边带（ＳＳＢ）相位噪声￡（ｆ），以边带的形式扩展到载频（输出信号的实际频率值）表征频域内频率稳定度。美国国家标准与技术研［１］的两边。对相位和频率的调制影响到频率的随机究院（ＮＩＳＴ）将￡（ｆ）定义为收稿日期：２０１１－１０－２５作者简介：鲁赟（１９７７－），男，工程师，专业方向为时间频率计量，Ｅ－

5、ｍａｉｌ：ｃａｓｖａｌ００７９＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ４１８上海电机学院学报２０１１年第６期Ｓ（ｆ）￡（ｆ）＝１０ｌｇ（１）２式中，Ｓ（ｆ）为相位起伏的谱密度；ｆ为频率。本文介绍了相位噪声测试的３种方式：直接噪声测试法、相位检波器法和双通道互相关法。将测量方法与原微波信号源作对比，分析了它们图１相位检波器法测量原理框图实验中应注意的事项。Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｉｒｅｃｔｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓ设被测源信号为１相位噪声测试方法Ｕ１（ｔ）＝Ｕｓｓｉｎ［２πｆ０ｔ＋ｓ（ｔ）］目前，应用最广泛的相位噪声测量技术有直参考源信号为接频谱仪法、相位检波器法和双通道互相关Ｕπ］

6、２（ｔ）＝Ｕｒｓｉｎ［２πｆ０ｔ＋ｒ（ｔ）＋［２－４］法。直接频谱技术是在存在载波信号的同时２测量相位噪声，其他两种技术则需要在移除载波其中：Ｕｓ，Ｕｒ分别为被测源信号和参考源信号的（解调）后进行相位噪声测量。信号幅度；ｆ０为信号频率；ｓ（ｔ），ｒ（ｔ）分别为被测１．１直接频谱仪法源信号和参考源信号的相位起伏；ｔ为测量时间。直接频谱仪法是用频谱分析仪直接测量待测被测源信号与参考源信号的频率相等，相位频率源相位噪声的方法。其具有使用简单、易操相差９０°，经过检相器后，和频信号被低通滤波器［５－６］滤除，差拍信号为作、降低测试成本等优点。其测量结果需修正［７］测量随机噪声带来的误差

7、。大多数采用模拟电１ΔＵ＝ＫＵｓＵｒｓｉｎ［ｓ（ｔ）－ｒ（ｔ）］＝２路中频的频谱分析仪都采用对数中频放大器和峰１值检波器。频谱分析仪中的对数中频放大器对噪ＫＵｓＵｒｓｉｎΔ（ｔ）（３）２声信号峰值的放大作用小于其他的噪声信号，使当Δ（ｔ）的峰值小于０．２ｒａｄ，式（３）可近似为得测量值偏低；而用取样检波器或峰值检波器测１ΔＵ＝ＫＵｓＵｒΔ（ｔ）（４）量噪声时，则会引入测量误差。对数中频放大器２和检波器引入的误差通常为＋２．５ｄＢ。对于使用式中，Ｋ