測(cè)量脈沖調(diào)制信號(hào)的絕對(duì)和加性相位噪聲

盛啵啵

相位噪聲是雷達(dá)系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。大多數(shù)雷達(dá)采用脈沖調(diào)制，通過(guò)檢測(cè)雷達(dá)收到的反射信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)頻率的多普勒頻移導(dǎo)出目標(biāo)的速度。發(fā)射機(jī)自身的相位噪聲會(huì)嚴(yán)重影響此檢測(cè)的分辨率和精度，從而限制了雷達(dá)的檢測(cè)閾值和精度。因此，脈沖信號(hào)的相位噪聲已變得越來(lái)越重要。

脈沖雷達(dá)系統(tǒng)中帶來(lái)相位噪聲的因素可以是加性的，也可以是絕對(duì)的，可以使用不同的方法測(cè)量它們，每種方法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。咨詢4006218906鎖相環(huán)（PLL）方法即可為加性噪聲測(cè)量也可為絕對(duì)噪聲測(cè)量提供解決方案，非常適合表征相位噪聲性能，因?yàn)樗鼊?dòng)態(tài)范圍高、本底噪聲低并且可重復(fù)又可靠。帶有新的本地振蕩器（LO）選件的AnaPico APPH信號(hào)源分析儀是表征脈沖信號(hào)相位噪聲的有用工具。本文首先討論其在絕對(duì)相位噪聲測(cè)量中的應(yīng)用，http://anapico.net.cn/然后討論非振蕩器件（如放大器）的加性相位噪聲的測(cè)量。
絕對(duì)相位噪聲脈沖信號(hào)的噪聲由參考源和脈沖調(diào)制引入的噪聲組成。圖1顯示了脈沖周期為T、寬度為τ的理想脈沖信號(hào)的頻譜。當(dāng)偏移頻率高于脈沖重復(fù)頻率（PRF）時(shí)，脈沖調(diào)制會(huì)完全掩蓋相位噪聲。因此，通常會(huì)忽略高于PRF的偏移頻率的數(shù)據(jù)。接近PRF時(shí)，信號(hào)的相位噪聲被脈沖調(diào)制增加：載波噪聲與第一頻譜線之和，該頻譜向右偏移1/T。該增加量取決于脈沖調(diào)制的占空比τ/T，并且是確定的。

圖1：脈沖周期為T、寬度為τ的理想脈沖調(diào)制信號(hào)的頻譜

PLL測(cè)量方法要求將可調(diào)LO鎖相到被測(cè)器件（DUT）的信號(hào)。在脈沖條件下，保持鎖相可能很棘手。在DUT信號(hào)關(guān)閉時(shí)，抑制儀器噪聲也很難，特別是在脈沖非常短或占空比非常低時(shí)。低PRF或短脈沖可能導(dǎo)致相位正交相移，如果處理不當(dāng)甚至?xí)�丟失鎖相狀態(tài)。在AnaPico的APPH中，先進(jìn)的脈沖檢測(cè)電路能可靠地保持鎖相并在脈沖關(guān)閉時(shí)主動(dòng)抑制儀器的背景噪聲。因此，APPH能夠可靠地測(cè)量極限參數(shù)下的脈沖（圖2）。由于鎖定過(guò)程只能在“打開(kāi)”期間工作，而在“關(guān)閉”期間只能等待，因此，當(dāng)脈沖寬度很窄、占空比很低以及脈沖頻率非常高或非常低時(shí)可能難以進(jìn)行測(cè)量。盡管面臨這些挑戰(zhàn)，APPH仍可測(cè)量短至40ns、PRF為500Hz至5MHz、占空比低至0.1%的脈沖。

圖2：3.8GHz脈沖信號(hào)，寬度≥40ns，PRF≤5MHz

加性相位噪聲雷達(dá)系統(tǒng)中的相位噪聲不僅來(lái)自頻率合成器，還有其他各種來(lái)源：最主要的是脈沖調(diào)制器和功率放大器。因此，在分析脈沖雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)，評(píng)估放大器的加性相位噪聲是很有參考價(jià)值的。為了測(cè)量加性噪聲，放大器必須使用低噪聲脈沖調(diào)制信號(hào)源在實(shí)際條件下運(yùn)行。APPH信號(hào)源分析儀的LO輸出可用于此目的。圖3顯示了用于放大器的兩通道、交叉相關(guān)加性相位噪聲測(cè)量的裝置。DUT的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)直接在APPH中合成，分成三路分別饋入信號(hào)源分析儀的兩個(gè)REF輸入端和一個(gè)RF輸入端。除了三路分路器外，僅需兩個(gè)機(jī)械移相器即可將兩條參考路徑調(diào)諧為相位正交，從而消除了驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位噪聲，并可以測(cè)量DUT的殘留噪聲。交叉頻譜測(cè)量可消除儀器噪聲并大大提高儀器靈敏度。APPH軟件可指導(dǎo)用戶完成兩個(gè)校準(zhǔn)步驟，使該測(cè)量幾乎與絕對(duì)相位噪聲測(cè)量一樣簡(jiǎn)單。

圖3：使用APPH的內(nèi)部LO進(jìn)行脈沖加性相位噪聲測(cè)量：裝置的框圖（a）和照片（b）。

小結(jié)AnaPico的APPH信號(hào)源分析儀可輕松可靠地測(cè)量高達(dá)65GHz脈沖信號(hào)的絕對(duì)和加性相位噪聲。該分析儀采用一種先進(jìn)的PLL方法，具有很大的動(dòng)態(tài)范圍，并結(jié)合使用交叉相關(guān)分析，可降低本底噪聲。該儀器可進(jìn)行直觀的標(biāo)準(zhǔn)脈沖測(cè)量（選件PULSE）或增強(qiáng)型（選件NPS）脈沖測(cè)量。新發(fā)布的LO前端選件可使用內(nèi)部低噪聲脈沖信號(hào)源，從而無(wú)需外部信號(hào)源就可測(cè)量加性相位噪聲，并使測(cè)量的設(shè)置過(guò)程更快、更直觀。