什么是信號放大器的相位噪聲？相位噪聲有什么作用?

　　一、什么是相位噪聲?

　　相位噪聲是振蕩器信號周圍噪聲頻譜的頻域視圖。它描述的是振蕩器的頻率穩(wěn)定性。頻率穩(wěn)定性可以分為兩個部分：長期穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性。長期穩(wěn)定性(如精度、漂移和老化)以小時、天、月或年為單位表示。短期穩(wěn)定性〈如相位噪聲)則在幾秒甚至更短時間內(nèi)發(fā)生。短期變化對系統(tǒng)影響更大，特別是對于相位噪聲。

　　二、相位噪聲測量單位

　　最常用的相位噪聲測量單位是與載波頻率功率距離一個特定頻率的1赫茲帶寬內(nèi)的單邊帶 (SSB)功率。

　　￡(f) = 1 Hz帶寬內(nèi)的噪聲功率/總信號功率

　　其中，￡(f) 的單位為 dBc/Hz.

　　圖1 所示為 SSB 相位噪聲測量結(jié)果。頻率和幅度均為對數(shù)刻度。對數(shù)圖顯示的是由最小和最大偏移頻率指定的頻率范圍內(nèi)的相位噪聲測量值。黃色跡線為原始測量結(jié)果，藍色跡線為平滑后的結(jié)果。下表列出了十進制頻率偏移和相應(yīng)的噪聲功率(歸一化到 1 Hz 帶寬)。

　　圖 1.SSB 相位噪聲及對數(shù)圖和十進制表

　　三、信號發(fā)生器的體系結(jié)構(gòu)和相位噪聲

　　大多數(shù)信號發(fā)生器體系結(jié)構(gòu)包括參考振蕩器、合成器、電壓控制 / YIG振蕩器和輸出部分。每個元器件對相位噪聲特性會產(chǎn)生不同的影響，如圖2所示。如果偏移低于 1 kHz，噪聲由參考振蕩器的性能決定，它會擴大到載波頻率。如果偏移在 1 kHz到大約 100 kHz之間，合成器的影響最大。VCO / YIG 振蕩器的偏移在 100 kHz到 2 MHz之間，輸出放大器的偏移頻率高于 2 MHz。

　　圖2.相位噪聲性能的貢獻

　　四、相位噪聲有什么作用

　　信號源相位噪聲性能是獲得精確測量的關(guān)鍵因素。它可以用作航空航天和國防以及數(shù)字中特定應(yīng)用的限制因素。理解相位噪聲對測試的影響非常重要。

　　1、雷達應(yīng)用

　　雷達系統(tǒng)需要出色的相位噪聲性能。雷達以特定頻率發(fā)射脈沖，并測量每個返回脈沖的頻率變化。每個返回脈沖的頻率變化與基于多普勒效應(yīng)的運動物體的速度有關(guān)。如果目標移動非常緩慢，那么返回脈沖的頻移很小。移動目標的返回脈沖是“有用信號”，固定目標(如地面)的返回脈沖是“干擾信號”。如果有用下變頻信號被相位噪聲掩蓋，那么雷達接收機無法識別運動目標。

　　圖3、不良的 LO 相位噪聲影響雷達接收機靈敏度

　　2、數(shù)字調(diào)制

　　我們來看看數(shù)字調(diào)制。圖4所示為QPSK數(shù)字接收機的簡化方框圖。LO信號的相位噪聲轉(zhuǎn)換成了混頻器的輸出。相位噪聲對星座圖的直接影響是符號的徑向拖尾(用綠色表示)。在高階調(diào)制方案(如256 QAM)中，符號更接近，符號拖尾導(dǎo)致接收機靈敏度下降、比特誤碼率 (BER) 上升。

　　圖4.具有不良相位噪聲 LO 的數(shù)字接收機簡化框圖

　　3、正交頻分復(fù)用(OFDM)

　　正交頻分復(fù)用(OFDM)是廣泛用于寬帶數(shù)字通信的制方案。OFDM使用許多緊密間隔的正交子載波信號來并行傳輸數(shù)據(jù)，如圖5所示。在具有較差相位噪聲LO的頻率轉(zhuǎn)換期間，帶有相位噪聲的子載波作為干擾擴散到其他子載波中。相位噪聲降低了OFDM信號的調(diào)制質(zhì)量。

　　圖 5.OFDM信號使用較差相位噪聲LO上變頻

　　表1 所示為使用OFDM調(diào)制方案的現(xiàn)代無線標準的子載波間隔。

　　表1 OFDM信號的子載波間隔。

　　從上表可以看出，子載波間隔位于信號發(fā)生器的合成器或振蕩器會話中。為了獲得最佳調(diào)制質(zhì)量下的性能，您需要盡可能降低特定頻率偏移的載波相位噪聲。

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