測量脈沖調制信號的絕對和加性相位噪聲

盛啵啵

相位噪聲是雷達系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。大多數(shù)雷達采用脈沖調制，通過檢測雷達收到的反射信號相對于發(fā)射信號頻率的多普勒頻移導出目標的速度。發(fā)射機自身的相位噪聲會嚴重影響此檢測的分辨率和精度，從而限制了雷達的檢測閾值和精度。因此，脈沖信號的相位噪聲已變得越來越重要。

脈沖雷達系統(tǒng)中帶來相位噪聲的因素可以是加性的，也可以是絕對的，可以使用不同的方法測量它們，每種方法各有優(yōu)點和缺點。咨詢4006218906鎖相環(huán)（PLL）方法即可為加性噪聲測量也可為絕對噪聲測量提供解決方案，非常適合表征相位噪聲性能，因為它動態(tài)范圍高、本底噪聲低并且可重復又可靠。帶有新的本地振蕩器（LO）選件的AnaPico APPH信號源分析儀是表征脈沖信號相位噪聲的有用工具。本文首先討論其在絕對相位噪聲測量中的應用，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量。
絕對相位噪聲脈沖信號的噪聲由參考源和脈沖調制引入的噪聲組成。圖1顯示了脈沖周期為T、寬度為τ的理想脈沖信號的頻譜。當偏移頻率高于脈沖重復頻率（PRF）時，脈沖調制會完全掩蓋相位噪聲。因此，通常會忽略高于PRF的偏移頻率的數(shù)據(jù)。接近PRF時，信號的相位噪聲被脈沖調制增加：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的理想脈沖調制信號的頻譜

PLL測量方法要求將可調LO鎖相到被測器件（DUT）的信號。在脈沖條件下，保持鎖相可能很棘手。在DUT信號關閉時，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。低PRF或短脈沖可能導致相位正交相移，如果處理不當甚至會丟失鎖相狀態(tài)。在AnaPico的APPH中，先進的脈沖檢測電路能可靠地保持鎖相并在脈沖關閉時主動抑制儀器的背景噪聲。因此，APPH能夠可靠地測量極限參數(shù)下的脈沖（圖2）。由于鎖定過程只能在“打開”期間工作，而在“關閉”期間只能等待，因此，當脈沖寬度很窄、占空比很低以及脈沖頻率非常高或非常低時可能難以進行測量。盡管面臨這些挑戰(zhàn)，APPH仍可測量短至40ns、PRF為500Hz至5MHz、占空比低至0.1%的脈沖。

圖2：3.8GHz脈沖信號，寬度≥40ns，PRF≤5MHz

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

圖3：使用APPH的內部LO進行脈沖加性相位噪聲測量：裝置的框圖（a）和照片（b）。

小結AnaPico的APPH信號源分析儀可輕松可靠地測量高達65GHz脈沖信號的絕對和加性相位噪聲。該分析儀采用一種先進的PLL方法，具有很大的動態(tài)范圍，并結合使用交叉相關分析，可降低本底噪聲。該儀器可進行直觀的標準脈沖測量（選件PULSE）或增強型（選件NPS）脈沖測量。新發(fā)布的LO前端選件可使用內部低噪聲脈沖信號源，從而無需外部信號源就可測量加性相位噪聲，并使測量的設置過程更快、更直觀。