【文章內(nèi)容簡介】 引起 QPSK信號相噪比降低的分析與仿真 《 空間電子技術(shù) 》 1期 張愛兵 第二章 頻率合成器指標(biāo) 頻率合成 —— 由一個 參考頻率 通過電路技術(shù)產(chǎn)生一個或多個頻率信號的 技術(shù) 參考頻率源 —— 高穩(wěn)定 、 高純頻譜 基準(zhǔn)源 ， 一般是 XO、 TCXO、 OCXO 一、頻率合成器主要指標(biāo) 單邊帶相位噪聲 L（ fm） （ 1）基本概念： ? 因噪聲對輸出頻率隨機調(diào)角造成輸出頻率的瞬時隨機抖動（短期頻率穩(wěn)定度），主譜兩側(cè)產(chǎn)生調(diào)角噪聲邊帶； ? 在時域，可用阿侖方差表征這種短期頻率穩(wěn)定度； ? 在頻域，可用相位噪聲功率譜密度表征瞬時頻率穩(wěn)定度； (2) L（ fm）的定義和單位 Ps—— 主譜（ f0）功率 Pssb—— 距主譜 fm處 1Hz帶寬內(nèi)的單邊帶調(diào)頻噪聲功率 單位： dBc/Hz @ Hz。 SmS S Bm P ffPfL )()( 0 ??（ 3）相位噪聲的重要性（舉例） * 載波相位噪聲解調(diào)后影響基帶信噪比； * 接收機本振相噪因“倒易混頻”使干擾進入中頻通帶； * AMTI/PD雷達(dá)中載波相噪會降低“改善因子”； * 復(fù)雜數(shù)字調(diào)制（如 QAM）接收機中，本振相噪下降，誤碼率增加 非諧波雜散 （ 1）基本概念： * 除輸出頻率之外的其它寄生信號（不含噪聲）相對于主譜的最大功率。 * 單位： dBc； * 雜散一般是以寄生調(diào)頻邊帶形式產(chǎn)生（見左下圖） * 諧波是信號的波形參數(shù)，并非寄生信號 . （ 2） 產(chǎn)生雜散的原因： * PLL頻綜：鑒相雜散 ， 分?jǐn)?shù)雜散； * DDS頻綜：原因 、 成分復(fù)雜； *混頻的組合干擾； *時鐘寄生調(diào)頻； *電源 50Hz寄生調(diào)頻 。 （ 3）雜散抑制指標(biāo)的意義及測量 * 雜散可直接或經(jīng)過非線性電路進入信道帶寬內(nèi)； * 頻譜儀測雜散應(yīng)該取平均； 跳頻時間 （ 1）基本概念： * 頻綜從 f1跳至 f2，在誤差范圍內(nèi)所需時間，數(shù)量級： μs~ms； * 送數(shù)時間應(yīng)計入跳頻時間 。 （ 2）跳頻時間的重要性： 捷變頻體制的重要指標(biāo)； （ 3）跳頻時間測量儀器： 調(diào)制域分析儀、信號分析儀、存貯示波器； 二、頻率合成器的其他指標(biāo) 頻率漂移 （ 1） 頻率溫漂 單位 ppm（ 10－ 6）（工作溫度范圍） （ 2） 頻率時漂（老化率） 單位 ppm/時間 —— 長期頻率穩(wěn)定度 頻率漂移由頻率合成器的參考源唯一確定 輸出頻率和分辨率（步長） 窄帶源、寬帶源、點頻源 諧波抑制 諧波是波形指標(biāo)，并非寄生雜散 輸出功率及功率波動 功率波動指標(biāo)較高時，需要穩(wěn)幅（溫補衰減、 AGC） 跳頻方式： 串口、并口 負(fù)載牽引： 輸出口指標(biāo)對負(fù)載的敏感度，可用隔離器輸出消除。 關(guān)于頻率牽引： 振蕩器 —— 頻率變化；頻綜源 —— 頻譜畸變 第三章 直接頻率合成（ DS） 直接頻率合成是只采用非線性單元電路（混頻、分頻、倍頻等）和線性單元電路（放大器、濾波器等）實現(xiàn)頻率合成的技術(shù)。 一、放大器的相位噪聲 加性噪聲產(chǎn)生放大器相位噪聲基底 … fmS△ θfcF k T / P s i （ 只 計 及 加 性 噪 聲 ）圖 九 閃 爍 噪 聲 的 影 響無 噪噪 聲 系 數(shù)Pn i噪 聲圖 七 放 大 器 噪 聲 模 型 （ N F 1 ）ω0 ，P si放大器的相噪基底 （圖七的分析結(jié)論） ： siPF kTS ???對數(shù)表示： d B mdBdB d B m siPF1 7 4S ??????分析 ： ?F計及閃爍噪聲后放大器的相位噪聲 ?siP放大器加性噪聲模型 ???SF —— 放大器噪聲系數(shù)； Psi —— 放大器輸入功率 T↑ 閃爍噪聲 （ 1/ fc噪聲）使放大器近端相噪抬高 考慮 fc時的近似公式： ?????? ??mcsi ffPF k TS 1??二、混頻器輸出的相位噪聲 R F圖 十 混 頻 器 模 型VsC O S ( ωs+ △ 248。s)VIC O S ( ωIt + △ 248。I)I FL OVLC O S ( ωLt + △ 248。L)LSI ????????S?? L??和 不相關(guān)時， 二者功率譜密度相加 ∴ ? ? ? ? ? ?mmm fSfSfS LSI ?????? ??幾點分析： * 混頻器輸出相噪由相噪差的一路決定； * 兩輸入信號相噪相同時，輸出相噪惡化 3dB； * 混頻是提高頻綜輸出頻率而不惡化相噪的重要手段。 兩個相參信號混頻后的相噪與相關(guān)系數(shù)有關(guān)，輸出相噪要優(yōu)于不相關(guān)信號混頻時的值 * * 9 G H z 低 相 噪 點 頻 源頻 綜L 0R FI F1 G ~ 1 . 2 G △ f = 1 M H z1 0 G H z ~ 1 . 2 G H z雜 散 可 能 惡 化圖 十 一 混 頻 提 高 輸 出 頻 率 ， 不 惡 化 相 噪三、倍頻器輸出的相位噪聲 Nω0t + △ 248。i( t )ω0+ d △ 248。i/ d ( t )N ω0t + N △ 248。i( t )圖 十 二 倍 頻 器 模 型分析圖 12，理想倍頻時： ? ? ? ? NfLfL mim lg200 ??倍頻器件： * 集成倍頻器（有源、無源） * 分立元件：二、三極管、變?nèi)莨堋?SRD； 一個問題 ： 倍頻器 20lgN的惡化是否不能超越？ —— 否 四、分頻器輸出的相位噪聲 2 0 l g NX 0P L L 倍 頻P L L 帶 外ABC1 0 1 0 0 1 k 1 0 k1 0 0 kfm（ H z ）圖 十 三 各 種 倍 頻 的 相 噪 惡 化 圖 13示例： A—— 整體倍頻 B—— 倍頻鏈中插入窄帶濾波 (高 Q) C—— PLL倍頻 247。 Nωi△ 248。i( t )ωi/ N△ 248。0( t ) = △ 248。i( t ) / N圖 十 四 分 頻 器 模 型由圖 14， 理想 分頻時： ? ? ? ? NfLfL mim lg200 ??分頻器存在底噪（觸發(fā)相位噪聲），導(dǎo)致相噪的降低可能達(dá)不到上述值 圖十五 某集成分頻器的底噪 五、直接頻率合成器舉例 功能： 5MHz參考源，輸出： 40~80MHz， 1Hz步長 缺點： 設(shè)備量極大 如改用新技術(shù) —— DDS（ 1片） +單片機，設(shè)備大大簡化 *由 50MHz參考源產(chǎn)生 100kHz、 300kHz、 2MHz、 5MHz、 10MHz參考信號； *倍頻器組產(chǎn)生頻率 —— 、 步長為 100kHz的 10個頻點； *這些頻點經(jīng)開關(guān)矩陣后在混頻鏈中經(jīng)過了 5個 10分器后 ， 變成為帶寬 17—— 18MHz、步 長 1Hz的頻率 ， 跳頻由開關(guān)矩陣實現(xiàn)； *上述頻段再經(jīng) 2MHz上混成為 19—— 20MHz； *用 10個步長為 1MHz的頻點與上述頻率混頻產(chǎn)生 160—— 170MHz的頻率 (帶寬 10MH