现代微波频率合成技术幻灯片.ppt
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1、现代微波频率合成技术第1页,共47页,编辑于2022年,星期一第一章 相位噪声一、基本概念一、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)结论:相位噪声是噪声对主谱的随机调角(调频、调相)二、相位噪声的度量二、相位噪声的度量1、相位噪声的功率谱密度、相位噪声的功率谱密度 简单分析:简单分析:单一频率产生的 噪声调相:第2页,共47页,编辑于2022年,星期一 有效值(应理解为统计值)单位 B测试等效带宽 的数学含义:
2、自相关函数的傅立叶变换,成立2、在、在RF定义的单边带相位噪声功率谱密度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没有相噪的理想频谱 实际的输出,相噪常用测量方法实际的输出,相噪常用测量方法 定义定义 单位单位 单单位:位:第3页,共47页,编辑于2022年,星期一当 时,可证明3、短稳的阿仑方差(无间歇二采样方差)、短稳的阿仑方差(无间歇二采样方差)相位噪声的时域指标相位噪声的时域指标取样时间,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: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、剩余调频 在
3、一定带宽内,噪声调频产生的频偏的统计值在一定带宽内,噪声调频产生的频偏的统计值 第4页,共47页,编辑于2022年,星期一三、相位噪声的产生机理三、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、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、闪烁噪声(噪声)使放大器近端相位噪声恶化 Fc 噪声转角频率噪声转角频率 放大器相噪基底,放大器相噪基底,噪声噪声 第5页,共47页,编辑于2022年,星期一3、振荡器的相位噪声、振荡器的相位噪声(1)Leeson模型及结论模型及结论 其中其中振荡器相噪功
4、率谱密度:振荡器相噪功率谱密度:几个结论:(几个结论:(1)振荡器相噪大于放大器相噪振荡器相噪大于放大器相噪 (2)(半带宽)时,(半带宽)时,靠近输出频率,相噪恶化靠近输出频率,相噪恶化 (3)高高Q振荡器的相噪指标高振荡器的相噪指标高第6页,共47页,编辑于2022年,星期一(2)振荡器相位噪声的幂律谱结构振荡器相位噪声的幂律谱结构将表式将表式 代入代入 后后 白调相噪声;白调相噪声;白调频噪声;白调频噪声;闪烁调相噪声;闪烁调相噪声;闪烁调频噪声;闪烁调频噪声;高高Q与低与低Q振荡器的差别:振荡器的差别:时(高时(高Q)时(低时(低Q)第7页,共47页,编辑于2022年,星期一 晶振与晶
5、振与LC-VCO的差别的差别 加入高加入高Q谐振器谐振器 对振荡器相位噪声的改善对振荡器相位噪声的改善四、相位噪声对电路系统的影响四、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;、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、接收机本振相位噪声可能使信号干扰经“倒易混频倒易混频”进入中频通带。进入中频通带。第8页,共47页,编辑于2022年,星期一3、多进制数字调制系统(如多进制数字调制系统(如QAM)对相位噪声提出更高要求)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:通信领域相关文
6、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 Eff
7、ect of Phase Noise on RF Communication Singles 2000 IEEE第9页,共47页,编辑于2022年,星期一 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
8、 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、相位噪声对OFDM系统性能的影响是当前热门学术话题系统性能的影响是当前热门学术话题OFDM相关文献举例:相关文献举例:Effects of Phase Noise at 60th Transmitter and Receiver on the Perf
9、ormance 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第10页,共47页,编辑于2022年,星期一 Analysis of Phase Noise Effects on Time-Direction Differential OFDM Receivers 2005 IEEE Performance Analysis of OF
10、DM 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、相位噪声直接影响各种体制雷达的指标 雷达体制雷达体制 受相位噪声影响的参数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
11、,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 天线方向图第11页,共47页,编辑于2022年,星期一定量分析专著定量分析专著: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: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:BIF带宽,发射与回波的时延,T重复周期雷达领域相关文献举例: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 Microwav
12、e 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 No
13、ise in TWT based Transmitter for a Pulsed Doppler Radar 1996 IEEE第12页,共47页,编辑于2022年,星期一中文相关文献举例:中文相关文献举例:综论现代雷达频率稳定度问题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微波频率源及其测量论文集 郭衍莹郭衍莹 频率源的稳定度对雷达性能的影响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微波频率源及其测量论文集 应启珩应启珩 MTI雷达改善因子与频率源短稳的关系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微波频率源及其测量论文集 朱学
14、勇朱学勇 相位噪声对脉冲多普勒雷达性能影响相位噪声对脉冲多普勒雷达性能影响 现代雷达现代雷达99.21卷卷2期期 方立军方立军 机械雷达频综器相位噪声对杂波下能见度的限制机械雷达频综器相位噪声对杂波下能见度的限制 电讯技术电讯技术2000.40卷卷4期期 王宗龙王宗龙 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 遥感技术与应用遥感技术与应用2007.22卷卷2期杨栅期杨栅 相位噪声分析及对电路系统的影响相位噪声分析及对电路系统的影响 火控雷达技术火控雷达技术2003.32卷卷2期期 高树延高树延 振荡器相位噪声对振荡器相位噪声对FSK稳定性能的影响
15、稳定性能的影响 系统仿真学报系统仿真学报2007.19卷卷1期期 频率合成器相位噪声对跳频通信系统的影响频率合成器相位噪声对跳频通信系统的影响 空间电子技术空间电子技术2006.3卷卷4期期 徐启刚徐启刚 相位噪声对传输误码率的影响相位噪声对传输误码率的影响 电讯技术电讯技术2007.4卷卷4期期 刘嘉兴刘嘉兴 QPSK系统微波本振相位噪声与系统微波本振相位噪声与BER的定量关系的定量关系 空间电子技术空间电子技术2005.2卷卷3期期 刘玉峰刘玉峰 本振相位噪声引起本振相位噪声引起QPSK信号相噪比降低的分析与仿真信号相噪比降低的分析与仿真 空间电子技术空间电子技术2004.1卷卷1期期 张
16、爱张爱兵兵第13页,共47页,编辑于2022年,星期一 第二章第二章 频率合成器指标频率合成器指标频率合成频率合成由一个参考频率参考频率通过电路技术产生一个或多个频率信号的 技术参考频率源参考频率源高稳定、高纯频谱基准源基准源,一般是XO、TCXO、OCXO 一、频率合成器主要指标一、频率合成器主要指标1、单边带相位噪声、单边带相位噪声 L(fm)(1)基本概念:)基本概念:n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;n在时域,可用阿仑方差表征这种短期频率稳定度;n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
17、位)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。第14页,共47页,编辑于2022年,星期一(3)相位噪声的重要性(举例)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、非谐波杂散(1)基本概念:)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
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