0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

调幅噪声

牵手一起梦 来源:微波射频网 作者:微波射频网 2020-06-04 17:49 次阅读

相位噪声是表征CW信号频谱纯度的非常重要的参数,衡量了信号频率的短期稳定度。通常所说的相噪为单边带(SSB) 相位噪声,相噪的好坏对于系统的性能至关重要!

· 对于终端通信而言,如果接收机LO的相噪较差,且在信道附近存在较强的单音干扰时,在下变频过程中因交叉调制将导致信道内的噪声增加,从而恶化信噪比,严重时将无法进行正常通话!

· 对于卫星通信而言,如果发射机LO的相噪较差,将直接恶化数字调制信号的质量,星座图模糊,EVM变差,从而影响有效的数据传输!

· 对于雷达而言,如果整机的LO相噪较差,将导致部分目标的微弱回波信号淹没在强回波信号的边带中,从而无法正常检测

由此可见,相噪性能是保证系统性能的重要前提!

因此,在设备研制阶段,通过合适的测量手段检验相噪性能是非常重要的一个工作环节。如何检验信号的相噪性能呢?

对于相位噪声的测试,目前业界常用的方法包括:基于频谱仪的测试方法和基于鉴相器的测试方法。使用频谱仪测试相噪又可分为,直接标定法和使用专门的相噪选件进行自动化测试。直接标定法即手动测试,经济实惠,但是操作相对繁琐;使用相噪选件自动化测试操作方便,可以直接给出相噪曲线,但是需要购买!至于基于鉴相器方法的设备,属于更加专业的相噪测试设备,测试能力更强,当然也是价格不菲的。

如果在研发阶段,只是要检验某些频偏处的相噪,而不要求直接得到相噪曲线,可以考虑使用频谱仪直接标定信号相噪,直接标定法也是下面要重点介绍的内容。

本文将首先介绍相噪的定义,然后介绍影响频谱仪相噪测试能力的因素,最后将给出手动测试相噪的关键步骤及注意事项。

相位噪声是如何定义的?

相噪的定义是大家所熟知的,如图1所示,在距离载波fc 一定频偏处的噪声功率谱密度与载波功率的比值即为相位噪声,通常是指单边带相位噪声(SSB PN),单位为dBc/Hz。“c”可以理解为载波carrier,意思是相对载波的电平。类似地,在描述谐波失真度时通常也采用单位dBc。

对于理想的CW信号,其频谱为单根谱线,而实际上由于相位噪声的存在,使得其频谱具有图1所示的边带,距离载波越远,边带幅度越小,意味着相位噪声也越好。

相位噪声的存在,使得信号的相位是随机波动的。之所以信号具有图1所示的边带,是因为相位噪声相当于宽带噪声对信号进行了相位调制!当然,信号的幅度也是存在波动的,相当于宽带噪声对信号进行了幅度调制,这部分噪声称为调幅噪声。相位噪声和调幅噪声并存,使得信号具有一定的边带。

实际上,按照上述定义得到的相噪测试结果既包含了相位噪声,也包含了调幅噪声,通常调幅噪声相对于相位噪声要小得多,可以忽略,因此也就将测试结果当作相位噪声了。基于频谱仪的相噪测试,无论是直接标定还是自动化测试,都是这种情形。如果要分离出相位噪声和调幅噪声,只能采用鉴相测试方法了。

值得一提的是,能够分离相位噪声和调幅噪声只是鉴相器测试法的特性之一,鉴相器法的最主要目的是为了改善相噪测试灵敏度,提高相噪测试能力!

调幅噪声是鉴别相器测试法的特性之一

图1. 单边带相位噪声的定义

决定频谱仪相噪测试能力的因素有哪些?

曾经有过这样的困惑,频谱仪怎么会有相噪的指标,相噪不是信号源的指标吗?后来才明白,频谱仪的相噪其实是内部LO信号的相噪,而且它决定了频谱仪近端相噪的测试能力。频谱仪自身的相噪越低,则相噪测试能力越强!

频谱仪自身的相噪是如何影响其相噪测试能力的呢?

以图2为例,假设RF信号是理想的,LO信号具有一定的边带,在下变频过程中,除了将RF信号变频至IF外,LO信号的边带也会一起搬移至IF。混频器实际上起到乘法器的作用,RF信号与LO信号相乘实现下变频的同时,也会与LO信号边带包含的频率成分相乘,从而使得边带也变频至IF附近。有的文献将此称为互易混频,互易混频使得LO信号的边带搬移至IF。

近端相噪测试通常只关注1MHz频偏范围内的相噪,考虑双边带时,对应的是fc± 1MHz范围内的边带。对于混频器而言,可以认为在2MHz这么窄带宽内的变频损耗是恒定的,这意味着对于图2所示的例子,IF信号的相噪与LO信号的相噪是相同的!这个相噪就是频谱仪自身的相噪“底噪声”,一般称为相噪测试灵敏度,决定了频谱仪的相噪测试能力。

如果待测信号的相噪低于频谱仪自身的相噪,当然是测不出信号真实的相噪水平。检定频谱仪相噪指标时,一般会选择一台相噪更好的信号源,相噪测试结果能够反映出频谱仪自身的水平。

如果要准确测试信号的相噪,则要求频谱仪自身相噪比待测信号好很多,按照经验,至少优异10dB以上,才能保证测试精度!

图2. LO的相噪因互易混频搬移至IF输出信号

以上介绍了影响近端相噪测试能力的因素,随着频偏的不断增大,LO信号的相噪也是逐渐降低的,此时决定仪表相噪测试能力的因素可能不再是LO的相噪,而是仪表的底噪声。

如何判断频谱仪底噪声是否影响远端相噪测试呢?

有两种方法可以尝试:

(1) 降低信号功率,观测远端边带是否也跟随降低,如果没有变化,说明底噪声确实影响远端相噪测试;如果远端边带也随之降低,则说明底噪声带来的影响很小。

(2) 直接关闭信号,保证频谱仪其它设置不变,对比此时的底噪声与关闭信号之前的远端边带功率的大小。如果底噪声低于远端边带功率(建议10dB以上),则对测试影响较小;如果底噪声与远端边带持平,则必然会影响测试结果!

如果底噪声影响了远端相噪测试,如何解决呢?

可以在一定程度上增大信号功率,因为信号功率越高,边带功率也随之提高,使其高出底噪一定水平,从而保证测试精度。但不能导致频谱仪过载,否则将扰乱测试结果,必要时,可以使用陷波器抑制载波信号。

或者选择底噪声更低的频谱仪进行测试!

如何使用直接标定法准确测试相噪?

了解影响频谱仪相噪测试能力的因素之后,下面介绍一下如何使用直接标定法测试信号的相噪。

这里不涉及频谱仪具体的操作,只给出关键的测试步骤及注意事项。

为了提高相噪测试精度,建议适当提高信号功率,以得到更高的边带功率,推荐信号功率在±5dBm范围之内,太强可能导致频谱仪过载。

直接标定法操作步骤(推荐) :

Step 1:设置合适的中心频率和Span,使得能够显示信号频谱并覆盖需要测试的频偏范围。

Step 2:将频谱仪射频前端衰减度设置为0dB,以降低底噪,提高相噪测试精度,这一点对于远端相噪测试尤为重要。

Step 3:将频谱仪的显示检波器类型选择为RMS检波器,这个在之前的文章“如何选择显示检波器”中已有说明,为了得到更加稳定的测试结果,可以考虑增大扫描时间。

Step 4:设置合适的RBW,RBW并不是越小对测试越有利,降低RBW并不会改善远端相噪测试能力,因为底噪降低的同时,边带功率也会降低,而且RBW太小,速度太慢。但是当测试近端相噪时,比如频偏100kHz以内,RBW需要设置小一点,以对载波信号充分抑制,否则会严重影响相噪测试能力!

近端相噪测试过程中,可以通过逐步降低RBW来选择合适的值,降低RBW的过程中,当相噪测试结果不再降低时,选取此时的RBW即可。

Step 5:确定载波信号功率及待测频偏处的噪声功率谱密度,以计算相位噪声。

通过Marker功能很容易确定载波信号功率PC,当然也很容易确定待测频偏处的功率PSSB,则噪声功率谱密度可通过下式计算:

PSD=PSSB - 10lg(RBW ) (dBm/Hz )

则相噪测试结果为

PN=PSD - PC (dBc/Hz )

目前业界大部分频谱仪都支持使用Marker直接测试功率谱密度,再通过显示Marker的delta mode便可以直接显示相噪结果,这样就省去了上述计算步骤,使用非常方便!
责任编辑:pj

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 噪声
    +关注

    关注

    13

    文章

    1125

    浏览量

    47505
  • 卫星通信
    +关注

    关注

    12

    文章

    727

    浏览量

    38800
收藏 人收藏

    相关推荐

    lmx2595是否可以通过编程实现微波的调制输出,包括调频和调幅

    基于lmx2595评估板,我现在已经实现了通过FPGA控制微波的单频输出,我是否可以通过编程实现微波的调制输出,包括调频和调幅
    发表于 11-08 11:53

    负载管的闪烁噪声和热噪声的区别

    负载管的闪烁噪声和热噪声是两种不同的噪声类型,它们在电子设备中的表现和影响各有特点。 闪烁噪声(1/f噪声) 定义 : 闪烁
    的头像 发表于 10-10 11:19 665次阅读

    噪声系数和噪声温度的关系

    噪声系数和噪声温度是电子学和通信领域中描述信号传输系统或器件噪声性能的两个重要参数,它们之间存在密切的关系。 一、噪声系数的定义与表示 噪声
    的头像 发表于 10-09 14:50 2420次阅读

    PurePath数字调幅干扰避免

    电子发烧友网站提供《PurePath数字调幅干扰避免.pdf》资料免费下载
    发表于 09-30 09:39 0次下载
    PurePath数字<b class='flag-5'>调幅</b>干扰避免

    运放噪声产生的原因,运放的高频噪声如何消除

    运放(运算放大器)的噪声产生主要源于多个方面,这些噪声源可以影响运放的输出信号质量。以下是运放噪声产生的主要原因:
    的头像 发表于 06-09 17:09 4489次阅读

    稳态噪声和非稳态噪声的定义 非稳态噪声包括哪些

    稳态噪声和非稳态噪声是描述噪声特性的两个重要概念,它们在信号处理、通信系统设计和噪声控制等领域中具有重要的应用。
    的头像 发表于 05-30 14:49 3548次阅读

    乘性噪声和加性噪声的区别是什么

    乘性噪声和加性噪声是通信系统和信号处理领域中两种基本的噪声类型,它们对信号的影响方式和特点有着本质的区别。
    的头像 发表于 05-30 14:37 2752次阅读

    噪声系数是什么?噪声系数在系统中的应用有哪些?

    噪声系数的定义是输入信噪比比上输出信噪比,即噪声系数是对信号的SNR下降的程度进行衡量。
    的头像 发表于 03-27 15:14 4767次阅读
    <b class='flag-5'>噪声</b>系数是什么?<b class='flag-5'>噪声</b>系数在系统中的应用有哪些?

    超低噪声 1A LDO

    ldo噪声
    jf_30741036
    发布于 :2024年03月19日 14:34:30

    如何描述相位噪声的大小 相位噪声测试和意义

    使用频谱仪法进行相位噪声测试时,虽然测试精度受仪器自身指标影响,但测试设置简单、快捷,频率偏移范围大,可测试很多信号源的特性,比如:杂散发射、邻信道功率泄漏、高次谐波,并且可以直接显示相位噪声曲线(当调幅
    发表于 03-07 10:56 1683次阅读
    如何描述相位<b class='flag-5'>噪声</b>的大小 相位<b class='flag-5'>噪声</b>测试和意义

    噪声抑制的原理 用EMI滤波器抑制噪声的方法

    噪声抑制的原理主要基于声波的相消性干涉,通过产生与原始噪声波相位相反的声波来达到降低噪声水平的效果。
    的头像 发表于 02-22 18:25 2217次阅读
    <b class='flag-5'>噪声</b>抑制的原理 用EMI滤波器抑制<b class='flag-5'>噪声</b>的方法

    调幅波和调频波哪种调制方式传输距离更长?

    调幅波和调频波哪种调制方式传输距离更长?为什么调幅波需要占据更宽的频带范围? 调幅波(AM)和调频波(FM)是两种常用的调制方式,它们在不同的应用场景中都有自己的优势和限制。在传输距离方面,
    的头像 发表于 02-06 14:50 2292次阅读

    调幅波的波形与调频波的波形有何区别?

    调幅波和调频波是两种常见的无线电波调制方式,它们的波形有着显著的区别。首先,让我们了解一下这两种调制方式的原理。
    的头像 发表于 02-05 15:12 7788次阅读
    <b class='flag-5'>调幅</b>波的波形与调频波的波形有何区别?

    差模噪声与共模噪声介绍

    差模噪声(常模噪声)和共模噪声是电磁兼容(EMC)领域中两种主要的干扰类型,它们在电子系统和设备中产生不同的影响,并且需要不同的抑制方法。理解这两种噪声对于设计鲁棒的电子系统至关重要。
    的头像 发表于 02-04 17:37 1997次阅读
    差模<b class='flag-5'>噪声</b>与共模<b class='flag-5'>噪声</b>介绍

    什么是相位噪声 产生相位噪声的原因 相位噪声的表示方法及影响

    什么是相位噪声 产生相位噪声的原因 相位噪声的表示方法 相位噪声的影响 测量相位噪声的常用方法 相位噪声
    的头像 发表于 01-31 09:28 3470次阅读