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4篇阅读量过万的“相位噪声”干货文章汇总

4篇阅读量过万的“相位噪声”干货文章汇总 微波射频网
2022-10-17
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导读: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!

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什么是相位噪声?相位噪声会造成什么影响?为什么要测量相位噪声?这些都是射频工程师们十分关心的问题。本文小编将为大家收集整理关于相噪方面的知识,与大家学习交流~

什么是相位噪声?
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!

无线电波的三要素是幅度、频率、相位,他们之间互相影响。理想情况下,固定频率的无线信号波动周期是固定的,在频谱宽度接近0时,频域内的一个脉冲信号在时域内是一定频率的正弦波。但实际情况是信号总会存在一定的频谱宽度、随机的不理想的幅度和相位的波动,而且由于噪声的影响,偏离中心频率的很远处也有该信号的功率,这个偏离的信号叫做边带信号,也叫相位噪声。
为什么要测量相位噪声?相位噪声会带来什么影响?
  • 在军工雷达领域,相位噪声会恶化多普勒频移的信息。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!
  • 在测试测量行业,相位噪声是很多测量仪器的硬指标;相位噪声的大小可以反映出射频器件的优劣。在设计和使用射频器件时,要注意射频器件对相位噪声的抑制能力。相位噪声越小,射频器件越好。
  • 在高速数字通信领域,相位噪声会引起信号失真。
  • 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!
  • 在5/6G无线通信领域,相位噪声会影响信号调制的质量。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!
射频问问原创专栏“RF测试笔记”发布了多篇一线工程师的技术文章,文中分享了许多关于相噪方面的心得,欢迎大家点击学习:
RF测试笔记:

如何准确测试相位噪声

附加相位噪声测试方法

如何理解相位噪声与时间抖动的关系?

相位噪声的两种定义与测试方法简述

除此之外,微波射频网近期举办的“相位噪声测量原理和解决方案”研讨,超500人参与直播,获得了大量好评。这里整理一些会议答疑内容分享给大家。



Q:电源底噪对相噪的影响是怎么样的?

A:电源的噪声体现为电流波动,对相噪的影响是直流噪声通过上变频到载波频率产生的。这一过程是通过开关MOSFET完成的,其充当平衡混频器。噪声的另一路径是通过上拉电感,其从供电轨设置直流偏置,这里存在的任何噪声都会流到晶体管。这种波动会改变其工作条件,如源漏电压和电流源负载等,引起电流变化,从而又一次上混频到RF信号。



Q:相位噪声主要是那些应用下影响大?

A:对模拟通信比如FM,相位噪声会影响临信道指标ACP;对于数字通信,相位噪声会影响调制质量EVM;对于雷达,相位噪声会影响不同速度的目标的探测。



Q:相位噪声主要有哪些产生源头,一般怎样降低这些影响?

A:主要贡献因素有热噪声、有源器件的噪声系数,还有flicker noise(1/f噪声)。对于一个源来说,主要的噪声来源是参考晶振和各级振荡器的噪声,以及输出电路里有源器件的噪声,可以从这几方面进行改善。



Q:怎么建模相位噪,用来仿真对5G NR 信号或者wifi ax 1024QAM信号的影响呢?针对 256QAM信号,一般RF给的整体相位噪声是多少?

A:如果纯粹的软件建模仿真,keysight的systemvue软件可以在仿真链路中对本振信号增加相位噪声失真,可以设定不同频偏处的相位噪声值,进而可以仿真不同相位噪声水平下对后续信号质量如EVM的影响。针对5GNR WIFI等OFDM体制信号,可以针对性地频偏为子载波间隔处的相位噪声值进行模拟,观察不同水平下对OFDM的影响。调制类型关系不大,可以任意设定。



Q:板上差分时钟信号怎么测试会更准确?

A:板上差分时钟信号我们一般推荐用示波器加差分探头来测相位噪声。如果信号的抖动极小皮秒或飞秒级,我们可能会推荐信号源分析仪加差分转同轴探头。



Q:想听一下相位噪声和噪声系数的关系/频谱仪测相噪的方法/PN测=-177+N+增益?

A:相位噪声和噪声系数的关系:对于直接使用频谱仪测相噪的方法,远端相噪的测试测试极限为频谱仪的噪底。对于频谱仪来说,噪底主要由仪表本身的噪声系数决定,有相应的公式,可以通过仪表的噪声系数计算噪底。



Q:信号源近端的相位噪声有什么可以提升的方法?

A:对参考振荡器源,锁相环呈现为低通特性,带宽为环路带宽,环路带宽内,受参考振荡器的相噪和鉴相器相噪的影响。所以用更好的参考源能够改善近端相噪。


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