现代微波频率合成技术.ppt

现代微波频率合成器技术 讲座,赛英科技 刘光祜 Liu Guanghu,,第一章 相位噪声 一、基本概念 相位噪声（相噪）——噪声（加性噪声、闪烁噪声等）引起频率源输出相位的随机起伏；—— 相位噪声；噪声调相；零均值随机变量；—— 噪声调频；噪声边带；频率的瞬时起伏——短期频率稳定 (短稳) 结论：相位噪声是噪声对主谱的随机调角（调频、调相） 二、相位噪声的度量 1、相位噪声的功率谱密度 简单分析：单一频率产生的 噪声调相：,,,,,,,,,,,,,,——有效值（应理解为统计值）单位 B——测试等效带宽 的数学含义： 自相关函数的傅立叶变换，成立2、在RF定义的单边带相位噪声功率谱密度L(fm)没有相噪的理想频谱 实际的输出，相噪常用测量方法定义 单位单位：,,,,,,,,,,,,,当 时，可证明3、短稳的阿仑方差（无间歇二采样方差） ——相位噪声的时域指标τ——取样时间，M——测量次数 采用阿仑方差的原因：频率短稳的标准方差对某些相噪因数不收敛。

阿仑方差与相位噪声谱密度的关系：公式使用上的困难： ——？ ， ——？4、剩余调频 ——在一定带宽内，噪声调频产生的频偏的统计值,,,,,,,,,,,,,,,三、相位噪声的产生机理 1、加性噪声引起放大器的相位噪声基底模型： 矢量图：分析结果：放大器相位噪声功率谱密度（基底）为或 2、闪烁噪声（噪声）使放大器近端相位噪声恶化Fc—— 噪声转角频率 ——放大器相噪基底， —— 噪声,,,,,,,,,,,,3、振荡器的相位噪声 （1） Leeson模型及结论其中振荡器相噪功率谱密度：几个结论：（1） 振荡器相噪大于放大器相噪 （2） （半带宽）时， 靠近输出频率，相噪恶化（3） 高Q振荡器的相噪指标高,,,,,,,,,（2） 振荡器相位噪声的幂律谱结构 将表式 代入 后——白调相噪声； ——白调频噪声；——闪烁调相噪声； ——闪烁调频噪声；● 高Q与低Q振荡器的差别：时（高Q） 时（低Q）,,,,,,,,,,,,,● 晶振与LC-VCO的差别 ● 加入高Q谐振器对振荡器相位噪声的改善四、相位噪声对电路系统的影响 1、相位噪声使信号解调后基带信噪比下降； 2、接收机本振相位噪声可能使信号干扰经“倒易混频”进入中频通带。

3、多进制数字调制系统（如QAM）对相位噪声提出更高要求例：LO相噪引起QAM状态偏移，产生误码16-QAM星座图通信领域相关文献举例： ● Sensitivity of Single-carrier QAM Systems to phase Noise Arising from the Hot-carrier effect 2006 IEEE ● Analysis of the effects of phase Noise in Filtered Multi-tone (FMT) Modulated systems 2004 IEEE ● Effect of Carrier Frequency Offset and Phase Noise on the Performance of WFMT Systems 2006 IEEE ● Effect of Phase Noise on RF Communication Singles 2000 IEEE,,,● Effect of Frequency Instability Caused by Phase Noise on the Performance of Fast FH Communication System 2004 IEEE ● Effect of RF Oscillator Phase Noise on Performance of Communication System 2004 IEEE ● Local Oscillator Phase Noise and Effect on correlation Millimeter wave Receiver Performance ● Understanding the Effects of Phase Noise in Orthogonal Frequency Division Multiplexing 2001 IEEE4、相位噪声对OFDM系统性能的影响是当前热门学术话题 OFDM相关文献举例： ● Effects of Phase Noise at 60th Transmitter and Receiver on the Performance of OFDM Systems 2006 IEEE ● Compensation of Phase Noise in OFDM wireless Systems 2007 IEEE ● Common Magitude error Due to Phase Noise in OFDM Systems 2007 IEEE,,● Analysis of Phase Noise Effects on Time-Direction Differential OFDM Receivers 2005 IEEE ● Performance Analysis of OFDM Systems with Phase Noise 2007 IEEE ● On the Detection of OFDM Signals in the Presence of Strong Phase Noise ● On the Calculation of OFDM Error Performance with Phase Noise in AWGN and Fading Channels 2006 IEEE5、相位噪声直接影响各种体制雷达的指标雷达体制 受相位噪声影响的参数多普勒测速雷达 测速精度脉冲压缩雷达 距离精度，虚假回波动目标显示雷达 改善因子脉冲多普勒雷达 杂散下能见度合成孔径雷达 天线方向图,,定量分析专著：《空间跟踪和通信用地面发射机系统设计》郭衍莹 国防工业出版社 1984 举例：MTI雷达频率源相位噪声与一次对消改善因子I1的关系：B——IF带宽，τ——发射与回波的时延，T——重复周期 雷达领域相关文献举例： ● A New Approach for Evaluating the Phase Noise Requirements of STALO in Doppler Radar the 37th European Microwave Conference ● Effects of Transmitter Phase Noise on Millimeter wave LFMCW Radar Performance 2008 IEEE. ● The Effect of Phase Noise in a Stepped Frequency Continuous wave Ground Penetrating Radar 2001 IEEE ● The Influence of Transmitter Phase Noise on FMCW Radar Performance 2006 EuMA ● Prediction of Phase Noise in TWT based Transmitter for a Pulsed Doppler Radar 1996 IEEE,,,中文相关文献举例：● 综论现代雷达频率稳定度问题 1991微波频率源及其测量论文集 郭衍莹 ● 频率源的稳定度对雷达性能的影响 1991微波频率源及其测量论文集 应启珩 ● MTI雷达改善因子与频率源短稳的关系 1991微波频率源及其测量论文集 朱学勇 ● 相位噪声对脉冲多普勒雷达性能影响 《现代雷达》99.21卷2期 方立军 ● 机械雷达频综器相位噪声对杂波下能见度的限制 《电讯技术》2000.40卷4期 王宗龙 ● 本振相位噪声对干涉式合成孔经辐射计性能的影响 《遥感技术与应用》2007.22卷2期杨栅 ● 相位噪声分析及对电路系统的影响 《火控雷达技术》2003.32卷2期 高树延 ● 振荡器相位噪声对FSK稳定性能的影响 《系统仿真学报》2007.19卷1期 ● 频率合成器相位噪声对跳频通信系统的影响 《空间电子技术》2006.3卷4期 徐启刚 ● 相位噪声对传输误码率的影响 《电讯技术》2007.4卷4期 刘嘉兴 ● QPSK系统微波本振相位噪声与BER的定量关系 《空间电子技术》2005.2卷3期 刘玉峰 ● 本振相位噪声引起QPSK信号相噪比降低的分析与仿真 《空间电子技术》2004.1卷1期 张爱兵,,第二章 频率合成器指标频率合成——由一个参考频率通过电路技术产生一个或多个频率信号的 技术参考频率源——高稳定、高纯频谱基准源，一般是XO、TCXO、OCXO 一、频率合成器主要指标1、单边带相位噪声 L（fm） （1）基本概念： 因噪声对输出频率随机调角造成输出频率的瞬时随机抖动（短期频率稳定度），主谱两侧产生调角噪声边带； 在时域，可用阿仑方差表征这种短期频率稳定度； 在频域，可用相位噪声功率谱密度表征瞬时频率稳定度；(2) L（fm）的定义和单位Ps——主谱（f0）功率 Pssb——距主谱fm处1Hz带宽内的单边带调频噪声功率单位：dBc/Hz @ Hz。

3）相位噪声的重要性（举例）* 载波相位噪声解调后影响基带信噪比； * 接收机本振相噪因“倒易混频”使干扰进入中频通带；* AMTI/PD雷达中载波相噪会降低“改善因子”；* 复杂数字调制（如QAM）接收机中，本振相噪下降，误码率增加2、非谐波杂散（1）基本概念：* 除输出频率之外的其它寄生信号（不含噪声）相对于主谱的最大功率 单位：dBc；* 杂散一般是以寄生调频边带形式产生（见左下图）* 谐波是信号的波形参数，并非寄生信号,.,（2）产生杂散的原因：* PLL频综：鉴相杂散，分数杂散；* DDS频综：原因、成分复杂； *混频的组合干扰；*时钟寄生调频；*电源50Hz寄生调频3）杂散抑制指标的意义及测量* 杂散可直接或经过非线性电路进入信道带宽内；* 频谱仪测杂散应该取平均；,3、跳频时间 （1）基本概念：* 频综从f1跳至f2，在误差范围内所需时间，数量级：μs~ms；* 送数时间应计入跳频时间; （2）跳频时间的重要性：捷变频体制的重要指标； （3）跳频时间测量仪器：调制域分析仪、信号分析仪、存贮示波器；二、频率合成器的其他指标4、频率漂移 （1）频率温漂 单位ppm（10－6）（工作温度范围） （2）频率时漂（老化率） 单位ppm/时间——长期频率稳定度频率漂移由频率合成器的参考源唯一确定,。