測量雷達(dá)應(yīng)用中高端信號源的相位噪聲

安泰測試設(shè)備

1、簡介

信號源質(zhì)量是先進(jìn)雷達(dá)應(yīng)用中性能的主要驅(qū)動力。相位噪聲越低，意味著空間分辨率越好，對移動物體的速度讀取越準(zhǔn)確。要測量這些信號源在脈沖模式下的相位噪聲并改善性能，開發(fā)人員需要高度復(fù)雜的系統(tǒng)，此類系統(tǒng)由相位檢波器、FFT 分析儀和優(yōu)異參考源等大量組件所構(gòu)成。這些源相位噪聲必須具備顯著優(yōu)于 DUT 的相位噪聲才能確保測量的準(zhǔn)確性。如果無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，開發(fā)人員還可使用互相關(guān)技術(shù)，即兩個(gè)并行接收路徑、兩個(gè)不同的參考源和兩個(gè)相位檢波器器。通過平均兩個(gè)測量路徑產(chǎn)生的噪聲，工程師能夠抑制參考源和測試設(shè)置組件固有

的噪聲。測試設(shè)置因此變得極為復(fù)雜，但卻能夠顯著提高靈敏度。

下面的方程式 1 說明了靈敏度的預(yù)計(jì)提升。

ΔL = 5 ∙ log(n)  [1]

ΔL：通過互相關(guān)實(shí)現(xiàn)相位噪聲提升的靈敏度（單位：dB）

n：互相關(guān)/平均數(shù)量

例如，互相關(guān)次數(shù)為 10，相位噪聲則會降低 5 分貝。

但是，相位噪聲不僅僅是雷達(dá)應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)，開發(fā)人員需要使用這些復(fù)雜的系統(tǒng)來執(zhí)行敏感的測量任務(wù)。測量高靈敏度振蕩器也需要這種技術(shù)，例如用于科研和通信應(yīng)用的 OCXO、DRO和合成源。

R&S ® FSWP 相位噪聲分析儀和 VCO 測試儀（圖 1）集所有這些必要測量功能于一身，一鍵式操作，無需任何復(fù)雜設(shè)置。借此，開發(fā)人員可專注于改善系統(tǒng)，而不用應(yīng)付 測試和測量設(shè)備。這款獨(dú)一無二的測試儀器配備了極為優(yōu)異的內(nèi)部參考源、互相關(guān)技術(shù)、附加測量選件比如：脈沖源相位噪聲測量選件、剩余相位噪聲測量選件和剩余脈沖相位噪聲測量選件，操作簡單方便，非常適用于雷達(dá)應(yīng)用。

R&S ® FSWP 還可用作信號源分析儀和頻譜分析儀，例如用于驗(yàn)證待測量信號是否具備預(yù)期的電平和頻率。R&S ® FSWP 是一種全方位的解決方案，因此技術(shù)人員可輕松切換多種測量頻道。快速掃視頻譜后，即可開始相位噪聲測量。

2、優(yōu)異的內(nèi)本振實(shí)現(xiàn)高靈敏度測量相位噪聲和振幅噪聲

R&S ® FSWP 無需外部參考源或其他復(fù)雜設(shè)置，即可測量穩(wěn)定雷達(dá)系統(tǒng)振蕩器的相位噪聲。R&S ® FSWP內(nèi)部振蕩器在相位噪聲性能方面優(yōu)于市面上幾乎所有的發(fā)生器或參考源。圖 2 顯示了內(nèi)部振蕩器的典型相位噪聲值。如果需要更好的靈敏度，互相關(guān)則會使用第二個(gè)內(nèi)部振蕩器將靈敏度提高至 25 分貝（R&S ® FSWP-B60 選件）。軌跡下方的灰色區(qū)域顯示了特定測量所選互相關(guān)次數(shù)可實(shí)現(xiàn)靈敏度級別（見圖 3）。如果增加互相關(guān)次數(shù)無法提高靈敏度，互相關(guān)過程則會自動中止。由于分析儀內(nèi)部源的噪聲極低，事實(shí)上只需要少量互相關(guān)次數(shù)就可測量高質(zhì)量的振蕩器。與同類系統(tǒng)相比，用戶能以快出 100 倍的速度獲得極高敏感度測量的可靠結(jié)果，這種優(yōu)勢可縮短開發(fā)和制造時(shí)間。

R&S ® FSWP 可將信號混頻到基帶中，隨之對其進(jìn)行數(shù)字化和解調(diào)處理。除相位噪聲外，它還可測量調(diào)幅噪聲，這種參數(shù)的重要性日益提升，尤其對于數(shù)字解調(diào)方法來說。在這種情況下，用戶也可以利用互相關(guān)進(jìn)行測量，靈敏度比二極管檢波器（目前最常用方法）高出 20 多分貝。相位噪聲和調(diào)幅噪聲還可同時(shí)顯示在同一窗口中，也可以顯示在兩個(gè)窗口中（見圖 3）。

3、數(shù)字相位/幅度解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一鍵測量脈沖源的相位噪聲

模擬和數(shù)字信號領(lǐng)域的雷達(dá)系統(tǒng)信號幾乎全是脈沖信號。過去，測試這些信號源的相位噪聲的測試設(shè)置需要極為昂貴的復(fù)雜系統(tǒng)，這是因?yàn)槊}沖源必須與 DUT 同步。工程師還需準(zhǔn)確的脈沖參數(shù)信息和十足的耐心才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定測量。這已成為歷史。配備 R&S ® FSWP-K4 選件后，R&S ® FSWP 即可一鍵執(zhí)行這些測量。它能記錄信號、自動計(jì)算脈沖重復(fù)頻率和脈沖寬度等所有參數(shù)（見圖 3）、解調(diào)信號并顯示相位噪聲和調(diào)幅噪聲。最大頻率偏移范圍和測量校準(zhǔn)則會自動執(zhí)行。用戶無需擔(dān)心這些參數(shù)的設(shè)置是否正確。在任何情況下，例如他們還能定義一個(gè)門脈沖，用于抑制瞬變或提高靈敏度（圖 4）�；ハ嚓P(guān)還可用于測量相位噪聲優(yōu)異的信號源，補(bǔ)償靈敏度降低現(xiàn)象，這是因?yàn)檩^長的脈沖關(guān)斷時(shí)間會對脈沖信號產(chǎn)生低得多的平均信號強(qiáng)度。

作為一臺信號分析儀，R&S ® FSWP 不僅僅能夠測量脈沖信號的相位噪聲。配備 R&S  ® FSWP-K6 選件后，它還能夠自動識別脈沖源表征所需的所有額外參數(shù)，例如脈沖上升和下降時(shí)間、相位和頻率響應(yīng)以及參數(shù)趨勢。

4、信號源內(nèi)置實(shí)現(xiàn)一鍵式測量剩余相位噪聲和脈沖信號剩余相位噪聲

在定性和優(yōu)化雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)了解放大器等組件的剩余相位噪聲。R&S ® FSWP 可提供此用途的內(nèi)部信號源 (R&S ® FSWP-B64)。兩端口器件會對信號的相位噪聲造成負(fù)面影響，并增加噪聲（剩余相位噪聲），即使它們并不會產(chǎn)生信號。例如在開發(fā)高端雷達(dá)應(yīng)用時(shí)，了解放大器等組件會對信號路徑的本振增加多少相位噪聲極為重要。只有這樣，才有可能開發(fā)噪聲極低的發(fā)射機(jī)。R&S FSWP 只需一鍵操作即可執(zhí)行這種原本極為復(fù)雜又需要優(yōu)異信號源和移相器的測量。用戶只需將內(nèi)部信號源連接到 DUT 的輸入，并將 DUT 的輸出接回 R&S ® FSWP 即可獲知 DUT 的殘留相位噪聲。R&S ® FSWP 還可在這種工作模式下使用互相關(guān)技術(shù)，以抑制內(nèi)部變頻器的剩余相位噪聲。

配備 R&S ® FSWP-K4選件后，R&S ® FSWP 可測量脈沖信號的剩余相位噪聲。在定性和優(yōu)化雷達(dá)發(fā)射機(jī)的組件時(shí)，必須在實(shí)際條件下開展測量，也就是針對脈沖信號。這是因?yàn)槊}沖和連續(xù)波信號會對組件行為造成不同的影響。

5、總結(jié)

全新 R&S ® FSWP 相位噪聲分析儀和 VCO 測試儀不僅可為相位噪聲測量提供獨(dú)一無二的靈敏度。這款儀器簡單易用，可選配各類測量選件。它能夠測量連續(xù)波和脈沖信號的相位及調(diào)幅噪聲。R&S ® FSWP 還能測量剩余相位噪聲，并可用作信號分析儀和頻譜分析儀。

圖 1：R&S ® FSWP 相位噪聲分析儀和 VCO 測試儀。屏幕顯示的是高端 OCXO 的軌跡（–190dBc/Hz，頻率偏移為 1 MHz）。

圖 2：R&S ® FSWP 內(nèi)部振蕩器在不同頻率下的相位噪聲。

圖 3：在時(shí)域和頻域中使用頻譜分析儀測量脈沖信號（下圖）以及使用相位噪聲分析儀測量脈沖信號（上圖）。左上角窗口顯示的是脈沖源的相位噪聲；右上角窗口顯示的是調(diào)幅噪聲。結(jié)果可顯示在單獨(dú)窗口中，也可以共同顯示在一個(gè)窗口中。灰色區(qū)域表示通過互相關(guān)技術(shù)獲得的靈敏度。

圖 4：該儀器會自動測量脈沖參數(shù)，但用戶依舊可以自定義脈沖門。