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便攜式場強測試儀對第一本振相位噪聲要求較高，其參考頻率由參考環提供，因此對參考環的相位噪聲要求也很高。參考環采用∑－△調制技術降低相位噪聲，具體原理見參考文獻。 1 設計方案 便攜式場強儀第一本振的主要性能指標： 頻率范圍：4031．25～7031．25MHz；單邊帶相噪：≤－100dBc／Hz@10kHz 由此計算出參考頻率的指標： 頻率范圍：31．25～62．5MHz；單邊帶相噪：≤－118dBc／Hz@10kHz 第一本振方案框圖如圖1所示。 圖1中，左框內為本振環；右框內為參考環；其余部分為步進環。 2 參考環環路濾波器帶寬設計 鎖相環環路帶寬內的相位噪聲主要是由分頻器、鑒相器以及參考信號的噪聲決定的，而在環路帶外的相位噪聲則是由VCO的相位噪聲來決定的。因此選擇帶寬時要綜合考慮帶寬內的相位噪聲和VCO的相位噪聲，以求達到最佳的噪聲效果。 下面計算參考環的環路濾波器帶寬： 參考環的環路濾波器采用有源二階積分濾波器。壓控振蕩器歸一化相位噪聲功率譜密度： 式中：f0為壓控振蕩器的中心頻率；F為頻偏；Q為回路品質因數。 晶振的歸一化相位噪聲功率譜密度： 式中：fr為晶體振蕩器的諧振頻率；F為頻偏。 在忽略鑒相器本身噪聲的條件下，環路輸出的歸一化總相位噪聲功率頻譜密度為： 二階鎖相環路系統通常設計在欠阻尼狀態使用，即0＜ξ＜1。現取阻尼系數ξ=0．5，fr=10MHz，f0=500MHz，Q=500，則： 由此算出環路閉環頻率響應 的伯德圖如圖2所示。 將 一起畫到圖2(a)中，可見兩噪聲譜交于F=104Hz附近。綜合考慮，選擇在兩譜線相交頻率處顯然是最有利的，即fn=104Hz。分別過濾后相位噪聲如圖2(a)虛線所示。由圖可見，晶振噪聲經過低通過濾以后，在F＞fn的高頻段內噪聲譜已低于晶振的噪聲。圖2(a)是歸一化的輸出相位噪聲，實際輸出的相位噪聲應乘以fo2，如圖2(b)所示。 所以參考環積分濾波帶寬選定為104Hz，這樣才會使輸出信號的相位噪聲最低。 3 提高輸出頻率 實際電路中通過提高參考環輸出頻率至500MHz～1000MHz再16分頻來獲得參考信號就可以使本振環參考頻率的近端相位噪聲得到20×LOG(16)dB即24dB的改善，參考環輸出頻率的相位噪聲只需達到-94 dBc／Hz@10kHz就能滿足指標要求，實際測試中輸出信號的單邊帶相位噪聲為-96dBc：／Hz@10kHz，完全滿足指標要求。參考環通過提高輸出頻率而后分頻的方式提高本振環的參考信號的近端相噪，從而提高第一本振近端相噪。 4 試驗結果 環路鎖定后，用頻譜分析儀測試頻率1GHz處的相噪，結果為-96dBc／Hz@10kHz，滿足第一本振相位噪聲的要求。實驗結果如圖3所示： 5 結束語 本文主要介紹了場強儀第一本振參考環的低噪聲設計，現在該儀器已經開始批量生產。因作者水平所限，文中的錯誤在所難免，還請各位多多指正。 |
