（测试计量技术及仪器专业论文）相位噪声测量方法及其研究.pdf

摘要 小文在剥斗u 位噪声概念、产生及其相关测量方法研究的基础上，引入了一种自动 棚位噪声测量系统。本文首先引入了相位噪声的概念，并对其噪声特性及其相位噪声产 生模型进行研究和分析的基础1 - 引入了相位噪声的测量公式和自动测量系统。并根据 文中提出的几种测量方法，从硬件和软件环境两个方面，详细论述了自动测量系统的测 量技术基础及其测量过程。，f ：在h p 3 0 4 8 a 应用的基础上，对其运行j ! j = 境进 r 了拓展。 本文所研究的这种相位噪声自动测量系统，在相位噪声方面处于世界领先地位，并 且是一个新的突破它不再是单纯的靠人工来操作，而是利用i e e e - - 4 8 8g p i b 总线进 行控制。具有测量速度快、可重复进行，并可消除山人工操作不准确和不协调产生的测 量误差。在处理大量数掘时可以做到视在性和记录能力。这种测量系统结构简单，性价 比高，具有广泛的用途。 接着本文介绍了两种射频振荡器的刚变相位噪声模型：d e m i r & m e h r o t r a 的非线 性扰动模型和h a j i m i r i & l e e 的时变相位噪卢模型。讨论了两种模型的计算方法，介绍 了频域巾相位噪声的计算问题。并进一步讨论了日、变相位噪声，指出相位噪声分析的难 点和未来的发展方向。 最后，本文又提出了一种简单的测量晶体振荡器抖动的方法，并从理论上通过抖动 与相位噪声的关系，对其相位噪声进行了估计。 关键词：相位噪声p l li e e e 一4 8 8 接口总线相位噪声估计 a b s t r a c t t h i sp a p e rp r e s e n t sa na u t o m a t i s mp h a s en o i s em e a s u r e m e n ts y s t e mb a s e d o nt h er e s e a r c h a b o u tp h a s en o i s ec o n c e p t i o n ，g e n e r a t i o na sw e l la sr e l a t i v i t ym e a s u r e n l e n tm e t h o d f i r s t l y t h ep a p e r p r e s e n t st h ep h a s en o i s ec o n c e p t i o n s e c o n d l y ，a f t e rt h ed e e pr e s e a r c ha n da n a l y s i s f o ri t s c h a r a c t e r i s t i c s ，a n e wk i n do fa u t o m a t i s mp h a s en o i s em e a s u r e m e n ts y s t e mi s i n t r o d u c e d f i n a l l y , a c c o r d i n gt os e v e r a lm e a s u r e m e n tm e t h o d sp r e s e n t e db yt h ep a p e r , t h e t e c h n i q u ed e t a i lo ft h ea u t o m a t i s mp h a s en o i s em e a s u r e m e n ts y s t e ma n di t s m e a s u r e m e n t p r o c e s sa r ea l s od e t a i ld i s c u s s e df r o mh a r d w a r ea n ds o f t w a r ec o n d i t i o n b e s i d e s ，a tt h eb a s e o ft h ea p p l i c a t i o no ft h eh p 3 0 4 8 a s y s t e m ，1a l s oe x t e n d i t sa p p l i c a t i o nc o n d i t i o u t h ea u t o m a t i s mp h a s en o i s em e a s u r e m e n ts y s t e md i s c u s s e di nt h ep a p e ri so nl e a d g r o u n do fa l l o v e rt h ew o r l d ，i ti sa l s oan e wb r e a k t h r o u g ho nt h ef i e l do fp h a s en o i s e m e a s u r e m e n t t i f f s s y s t e m i sn o t o n l ym a n i p u l a t e db yp u r em a n u a lw o r k ，b u tu t i l i z e i e e e 一4 8 8g p l bb u st oc o n t r 0 1 i t sv i r t u e sl i eo nt h ef a s tm e a s u r e m e n t a n d r e p e a t m e a s u r e m e n t s p e c i a l l y , t h es y s t e mc a l la v o i dt h em e a s u r e m e n te r r o rr e s u l tf r o mi n a c c u r a t e a n do u to fl i n eb ym a n u a lw o r k a tl a s t ，t h em e a s u r e m e n tr e s u l t sc a nb e e nv i s u a la n da l s oc a l l b er e c o r d e dw h e nt h es y s t e md e a l tw i t hg r e a td e a ld a t a t h i sk i n do fm e a s u r e m e n t s y s t e mi s s i m p l ei ns t r u c t u r e ，h i g hi nt h er a t i oo fp e r f o r m a n c ea n dp r i c e ，w h i c hc a l lb ew i d e l yu s e d t w o t i m e - v a r y i n gp h a s en o i s em o d e l sf o rr fo s c i l l a t o r s ，d e m i r & m e h r o t r a sn o n l i n e a r p e r t u r b a t i o nm o d e l a n dh a j i m i r i & l e e st i m e - v a r y i n g p h a s en o i s em o d e l a r ei n t r o d u c e d t h e t w om o d e l sa r eb u i l tr e s p e c t i v e l yf o ras i m p l en o n l i n e a rc o n d u c t a n c el c o s c i l l a t o r , a n dt h e c o r r e l a t i o no ft h et w om o d e l sa n dt h e i rd i f f e r e n c e sa r ep o i n t e do u t c a l c u l a t i o nt e h n i q u e sf o r t h et w om o d e l sa r ed i s c u s s e d f r e q u e n c yd o m a i nm e t h o d sa r ea l s ob r i e f l yr e v i e w e d f i n a l l y ， d i f f i c u l t i e sa n do p e np r o b l e m so fp h a s en o i s ea n a l y s i sa n di t s d e v e l o p m e n tt r e n da r ea l s o d i s c u s s e d f i n a l l y ，t h ep a p e rb r i n g sf o r w a r das i m p l em e t h o dt om e a s u r et h ej i t t e ro ft i l e c r y s t a l o s c i l l a t o r i nt h e o r y , t h r o u g ht h e i rr e l a t i o no ft h e j i t t e ra n dt h ep h a s en o i s e ，t h ep a p e re s t i m a t e s j t sp h a s en o i s e k e yw o r d s ：p h a s e n o i s e p h a s el o c kl o o pi e e e 4 8 8i n t e r f a c eb u s e s t i m a t i o no f p h a s en o i s e 创新性声明 n 6 9 5 5 76 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究：j ：作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容外，论文中刁i 包含其他人已经发表或撰写过得研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志刈本研究所做 的任何贡献均已在沦文中作了明确的说明并表示了谢意。 【 i 请学位论文鲁资料若有不实之处，本人承担一切年 j 关责任。 本人签名：j 势b 张h 期：一b 牛 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技人学有关保留和使用学位论文的规定，：研究 生存饺攻读学位j 3 i i l j 论文工作的知u 产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后发表论文或使用论文_ 【= 作成果时署名单位仍然为西安电了科技人学。 学校仃权保留送交论文的复e l j f t ：，允许：查阅和借阅论文；学校可以公前j 论丈的全 部或部分内容，可以允许采刚影e 、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的沦 文在解密后遵守此规定) 小学位论文属1 ：f 5 蜜，在年解密后适用本授权1 s 。 本人签名：处盘壑r l 期：盘! f ! 互l 导师签名：要晕；芝 h 期：丛：f 至= 煮鎏篷，i 第一辇缝论 攀在鞠苹囊富轰瓣赛猃蓉臻糠声蓬蓑蓑辩粼蕊号嚣嚣粼。爨霆，霎逐然 黟熬褫瓣嗓辫瀚虢究还蕊豫年代歼激缀液窝徽波戢瓣，绣有必辩鞫霹能对撩声 黪深入鹾究。礤枣数疆焚凝浚羹对予溅髓缎器、蘧搭、嚣这等备令镳竣都有蕊羧 熟瓣豌。 瑶杰澎挚笼襞遣逶蔫撩簿这菱寒憋游簿，瓣蓉缝憩爨瓣凄了懑辩、菱尹嵇瓣溪 蕊，因而毅瀚漱翩因素叉 憋了从事卷孝鼹工作的辩媲人员的注溅髑研究。这螭 濑秘、主要瓣裁鬻素之一簸怒赣篷臻声。夔一数魏镳怒边带嗓声麓捐霞藻净髑 a m 篱拳熬辩龠) 。蘩率滁襟霪蚤声魏溪臻鬻零霆夔夸藤壤嚣蓑懿懋爨。毒攀奏瓣 飘糖位噪声灏漆冀潋及骝键绦声在薅域耪黼蠛两个蠢黼遥行定量撼滤。 l ，l 摇撼暌声羹蒸愈 稽位噤声触整零禳滁m 遴常使用襁懈憔声这个凇淤，实际主灏搬( 正弦) 蹴 褰麓短袋稳爨楚。交予键傻螓芦麴存在，霉| 起鼗渡熬漤豹扩蓑，蕊菠鏊虿爨觚缡 髓餐装参予i 疆塞趸蛰麟是鸯嚣蓑熟睡臻岁嚣蘸蹴k | 簿麓滋穗燕蘩曩黎在 熬个蕊定戆瓣潮蔻蘑疼产辍襁翳舔颈零瀚释蟹蕊。辩梁售号灏黎夺在瓣蠢辩鼹 他* 不能保持攀变，那么储峰源裁存程黪苯稳定性。霞靛超禹就楚粕馥睽声。 鬻1 一 簿城孝稳蟋凌罄号夏萁零瓮置 舞了羹鬈髓趱羹蘩率獠避逐器莛蘧嫌簿乏囊嚣鬟鼷，鼗饕蓄耄镤零蕊号蘩赣攥 辩诳弦渡寇囊德豹，蘑式淡累觏下： = 强s i n 2 确1 一i 式审 p 秽蓑擎憋麟簿邀蓥； i 塑篓壁垒鲨茎銮鎏墨薹翌! 茎 一 v o 信号的标称峰值电压幅魔； 磊嫔号兹稼猿频率。 这样一个信号在时域表聩为完全纯的正弦波，用示波器观察，如瞬1 1 ( 出 现零交叉变化之i i ) 。在频域中表现为一根信号谱线，如图1 - - 2 ( a ) 所示。 d t if 矗) ( 丑) 鲢正弦信号一稂谱线 啪) ( b ) 不纯王e 弦信号鹃噪声边带频灌 嘲1 2 正弦信号的频谱圈 在实际瘟弼审+ 繇有弱傣弩源都存在繁不稳定往，舔存在羞无弱的信号疆疫、 频率或相位起伏，永远不会产生完全纯的讵弦信号。这样的不纯信号w 表示为 v ( f ) = 【v o + 8 ( 0 s i n 2 f d + ( f ) 】 ( 1 2 ) 式中害f f 瓣嚣李龌发怒菝； ( ，1 瞬时柏位起伏。 遵零靛绩号溺浚窭弱傣号都会有e ( t ) ( 巢一低截1 频率) l & 琵；凳髓着瓣酶低，s 伊( ，) 夜示出强烈虢“短期”噤声散应，睦三就怒 1 5 乇f n l 越接近载波频：铽，s 妒( ，) 的值就趟犬，甚至趋_ i 黩于无穷。这方面说明了 j m 婴性，3 方面还要求对、，有一个限制，h i j 岛 f i 。这样豹限制对应用是正确 豹e 。黧l 一6 给滋了辕泣噪声落密凌楚耪誉溺n 笾交纯瓣瑾滏分重j 趣线。在实际 f h i 路。p 式( 1 7 ) 所表示的释项并不是都有意义的( 溅i i 现) ，大多数情况是在某 瓣7 稳稳醺声浚蟥穷法爱箕蘸竟 一频率撤l 捞内起主婴作i j 的项j 出蕊，特剐是疗4 项非常少她，很多资料q 5 没 办这一顶。 辍；- - 6 擐黎臻声漤蜜菠乏五鹣哭豢 l ，3 本文的硪究幽容与安摊 随着乖f 举拽术盼发腋，尤其蹙现彳弋通i l f 技术的商遴发艇，对低蝶声器件的精 艇娅求越来趟撼。相应的梢饿噪声韵i 鲤| ! 燃方法也越米越商。因此。爨精确构棚俄 溅藤童蘧嚣磷巍粒嚣蒙黎娥零、蠹葑辫帮曩蹙瑗方键懿摇犍嚣嚣设餐有藿 一势蕊 溪瓣意义。本文秘磺究海漆箍在稻往舔声穰念静簦碗。莨，对裕谴礤声的特陵、橇 俄噪声的产生、相位噪声的测量方法以腿1 1 p 3 0 4 8 a 槲俄噪声测量繇统进行了深入 戮究。 兵嚣繇炎斑容甄下： 第章主髅是对相位噪声的基本概忿以发柑位噪声在f i 于域和l 酹域内表示方法 f ；了简单练逃： 露二牵童鬟奔髦了颈率滚戆露霞臻声黪谴，袋爱器耱臻声黪滚籍澎蕊，势疑 埘撼荡器、拣火器巍倍频器孵搪位暌声避杼了筒苹敲逑： 第三枣m 瓣舟绍了年| j 他噪声的；9 3 i 量方法：频潜仪j 5 l | 赞法、差抽法、检相浊、 黪颁法、j 列，姆秽方法绺露蜜。麴貔点举；缺点，织嫠秘游每一张方法鏊奉上熬 徽灏7 鑫裁稔，秀第鏊章戆应疆鬟爨了簌嚣。 笳四章主涨从h p 3 0 4 8 a 拄本学科的臌j f j 出发介蝌了该系统的软硬件运行环 嶙、测量注意泓瑚、测量技术等。 藩盖豢主攀奔怒了蓊黪瓣豢蓉莛黎瀚窖燮穗爱噪声瀵墼：d e m i r & m e h r o r a 麓 谁线栏撬动攘擞辩h a j i m i r i & l e e 盼时交桐位噪声模穗。讨论了两种模型的诗算方 第一鬟舞论了 法，介缁了在e d a 软件t t s p i c e 和s p e c t r e r f 下，以及频域中相位噪声的计算问 越。接饕又撬出了一耱麓舔懿测鬣鹣体振荡爨辩动懿方法，羚铁遴沧上逶避拱动 匆糖爱曝声瓣关系，瓣冀臻佼噪声避行了嚣诗。 莽二章鞭率源秘檑 裁磷声特设 9 第二巍频率源的相位噪声特性 2 ，l 嘹声类型 在电予元器件。p ，盘l i f 乜1 5 j l 、电容、= 板管、晶体管和集成器件l l | 都会产生内 帮噪声。赢乎5 子赫勰频率范幽，磔声分梅比较容辫，从5 千赫 始囊到有源器 ，| ：落益开始1 f 簿瓣赢额段内，鼗弹噪声张热噪声( 绕褡为盘曝声) 越主要 毒嘏； 稿i 低j ：5 千赫频率范实验观测到的噪声超过散弹噪声和自嵘声，这种噪声的 人小与频率成反比关系变化，计为l f 噪声 ) 教弹跺声 敝撵噪声楚电路r fr 琏缫电流所包含的越茯分最。出予宏观上涟续扮电流怒融 个+ 个离 救的荷电粒1 r 构成的，当越然粒子像敞弹样随机飙州，就会饿 乜 淡蝗奁箕5 乎均值上下起伏，它与热垛声蚋不羯之处戎w f 它钉! 擎零黝、均毯，强缝 曩：簿乎簿获态，冀大小仪取决于j 产稳 程流。 在大多数有源器件t l l r 乜荷是以荷电粒子即流动的电予进行传导的。因为通 过。# 导体截蹴的屯子，或浅玎真空管阴极的电予数蹰( 即 l = l 荷最) 是变化舶，电 滚夫参麓辩潮起谈变诧。逡蒋蓥s c h o t t k y ) 在1 9 1 8 年涯嘲娩方l 廷滚越铰 西。如f 式所示： 0 ，。= 2 q i a b( 2 一1 ) 式中：q 电子毫瑟( 1 6 xt 0 - 。孽c ) ； l 半导体或 l 予管中的直流电流( a ) ； ab 测量带抛( h z ) 。 教弹噤声楚失塞独立瓣赫电粒予麴髓爹波动形戏蕊，它熬撂壤分壕；皇离戆爱， 嫌声频港毫频率无关。 ( 2 ) 热噪声 导体自幽l 毡子随机热避劫缩粜程其两端产生交流电压。根据约翰逊 ( j o h o n s o n ) 黎 套奎囊特( n y q u i s t 魏分瓠，饪露零俸滔臻熬r 程溅翁均寿夔为 p i 。，s4 k t r a b( 2 - - 2 ) _ 。扎k 一波尔簸曼常数( 1 。3 8 0 5 1 0 2 3 j k ) ： 罩一热噪声淫瓣绝对漱痿) ； r 一导体的f n 阻( o ) ； b 一洲艟带宽( 1 t z ) 。 与羧嚣躲声毒 l 耘，热礤声邀穆约瀚澄臻声、热挠凄及 廷瓣唆声等) 瓣幅泼 势前i 如逢商新黧瓣t 臻j 。f 颧谱与频率无关，热噪声耀产生的最犬功率怒k t a b 。窀 0孝 l 稼礤j s 瓣精矗潼袋j 蜡究 _ ，_ w _ _ 一一一一一 汛1h 以。邑矾分蚍d l j m 为蚺位的最人助帮为 热。= 一1 7 4 + 1 0 n g ( 必) ( 2 3 ) 炎( 2 - 3 ) 程系统分析巾常 , i t jr l n 。例如，如柒要砷i 器件的输入潲街到需要的佑 峨比( s n ) ，划年f | 应最低功率也、 为 最，= - 1 7 4 + t o i | g ( a b ) 十f + s ，n ) d b m 2 一) 式t hf - - 器件( 放大器戏滟频器) 的嘹声指数( d b ) ： ( s n ) 一给定带宽下所需倍i l 粜比( d b ) ： 嚣0 二翼鸯j o d b 臻声辩数懿放大蒸，如粱要求务t i z 带宽蠹麴僖曝笼为t 6 0 d b ， 掰放大器输入添依譬的最低功率电j f 磊；膊为 只。= 一17 4 + 1 0 + 1 6 0 一4 旧， ( 3 ) 惑凝秘繇鲽声 低频闲烁噪声莲与有源嚣侔表面f 处蝶僚况有荚的韩低频噪声，又称噤声， 它u 土服从商j 斩分确j ，其噪声谱密度的表达式为 ，乃* 女i f ” 2 5 ) ，i l l 指数n 滁蹬纯范匿为o - s 曼瑾1 , 5 ；k 为与器件有关的常数。 肖特是弼一次征u 予铃t p 观察到这种噪声。凼为它似乎源予刚撇电孑发划的 瓣燃理象，搿娃嚣为骝烁效波。在咆戮鞠 怒容中也有这静臻声。与敬浮效应秘热 效应不黼，瓣烁效应嚣不怒种普通存挫鹣嗓声源，商黥器蒋只要避 逶当处璨， | 、 j 烁噪声将的到减少而有的器件! 1 1 0 井可；存在这种噪声。 ( 4 ) 随机游走 也髂扩敬啜，s ，奄蘑运勘等。莛裁；过程豁研究源予穆遴学；| 筑分予害。敦过程。 蛾发现f 【l 学t i ；的随机噤声如包含这种噪声过程，它的特点为： 噪声过襁“无后效性”。所i l l f 无后澈性是指：已盆nn ( t ) 在时删t 。处1 二状态e ， 鲻霞 。蟊h t ) 将这弱豹：l j ：奈与k 疆渣妁状惫无关。 它鹤变他跫连续鹃，并在经褥辩剿豁a - 有有戳瓣蜜 笔警。 n ! 很小的时u jt 内，落的均办差与时m 成j l il 匕。 2 2 籀使襟声表鑫e 频二瞽源n 输f ；信号般可j h 下夜爿： v ( 0 2 f v 。+ ( t ) l s i n 2 “v d 十妒( t ) j( 2 6 ) 式； 1 v o 为妊称溺度：v o 为标称频率；s 瓣为隧极瓤魔起铰；秽( ) 麓糙氍错位起 燕：i 皇鳖至塑墼塑壁鳖兰堑篓一二l 伏；ie ( o v 。l l ，ip ( t ) 2 m , 。| l 。我们关心的是频率信号 j 的相位妒( t ) 或匆( ，) 酌变纯。频率信号q ，由频率激内邦噪声鞠鄹( 调翱或调劳i ) 产夸豹嫩钒毒i 挝起伏 称为相位噤声。褶位嗡声的大小由褶鹰湃密度及其母粥螫表征与测爨鳖的关系如 f ： ( ) 搬饨起伏潴密度s ) 年| f 位起伏瀚密度品越棚位噪声的缀誉本表示形式。年| l 位起伏谱密度品 足v ( t ) 信号通过群e 想的川位枪波器后输出信号的频谱，它町表示为 s 。t f 、= 垒璺曼磐r 8 d 2 | z ( 2 一，) b 。为等效噪j “分析带宽，舭位为h z ：妒。( ，) 为懈离绒波f 处相位起伏的有效 斑，淤嚣瘦治，在溅量露变b 。浅，品( 力砖猿率猿离瓣任德交纯稳霹忽酪。 用对数表示是 涮) 1 z n = 1 0 l g 警 8 ) 或者 s ，( f ) t a n = 2 0 1 9 篙删舭 ( 2 吲 式t hd b r h z 为棚对于i h z 带宽内的d a dd b 数。 & 可用相位解调器黼接测量相位噪声。昂u ) 数抛为分析年| l 僦噪声对车h 位 敏感电爨系统豹影嘲是棼零蠢用趋。翔数字f m ，p s k 霹1q a m 通穗线路。 ( 2 ) 频率起伏潜密度量( ，) 频率起伏游密度s ( ) 魁分析棚位噪声的另种常j f j 的表示彤式。频率起伏计譬 辩艘& ( ，) 楚v ( t ) 信号透过矮憋的澜颤鉴鞠器后输出蔼号的频港，它西表示为 = 警 也可以定义为1 h z 带宽内的频率起伏的均方功率。 化必须忽略。 | j 对数衷示是 蹦m 硼t s 警 ( 2 一1 0 ) 测蛩带宽b 。对s ，( 力的任酊变 ( 2 一1 1 ) 糍攮蝶一；潮精方法鼓舞姘究 溅则 受州* 翘逸警黝怂 1 2 ) 1 1 l d b l l z ! t z 为, l l x q l j 二1 h z 带宽内的i h z d b 数。 ( 3 ) 相蚶频率起伏谱常艘s 。( 力 籀对鞭攀y ( o 靛灌密瞧墨，t 誓裘两为 s 凡) ：( 土) ：f 2 品( 力：( 上) 2 墨( ，)( 2 一1 3 ) ( 4 ) 筚边午h 俄噪j 鸯( ，1 ) 美国困家豁准弱把h 地捌证噤j i c ，。) 迦义为偏禽栽波频率厶，捂，在1 h z 偌浇 内令秘霞辅壤逑带戆功率p s s 8 与总嵇蛩功率p s 之比，可表示为； e c 门= 警= 型她器鬻燮c z 叫) 姿糍谴超捩t 妒t 藕余涵颧矗矗一 一f 属丽( 2 - - 1 s ) 它是在攥定黎宽肉稻链诞麓菝编懿累计毽。叉称惑有效颓率编移。 ( 6 ) 斗l i 位# l | 础妒。 民一= f 丽t 4 r 2 1 6 ) 它表示f l q 旨定带宽i 4 十t l 位起伏的襟汁值( 秘分值) 。 按_ | i 吲期i 一年摊荐的定义和今年燕 | in i s t 刘+ 钉关特征鞋的j | 【i l 嫩，。l 二迷牛l i 他 啜，2 i 表衽鼙( 零l ( 4 ) 俘频率稳定凌懿糖壤筮。繇锪鼹瀵，跫游“糍黯颓率起 伏港密度”s ，( 广) 定义为灏率稳定度， 瓣j j “誓边刚位嗓声( f ) 作为频率稳澈 舞二耄馥枣滚蕊楼簌礤声转憧 臆的表征量。 羔。3 谱密度蕊幕霉疆搂黧 目前都用猎律谱数学模型描述振荡器的相位噪声特性。即认为振荡器的频粼 趟捩谱密度与博氏频率存强犟豹方幂关累，并出一缒珏不稠关的独立过程直接髓 霸蠢囊。簿： s ( ，) * h 。f “ ( 2 1 7 ) 一2 喜之穗纛，楼建霆袄谗赘凌芝乏力液承婺下： s 一( ，) 刚2 0 自f 心( 2 - - 1 8 ) 一2 。冀孛a ；2 连一l ，薅，| ，2 。程突辩藩蔫嚣孛，往往灵京( 2 3 凑蕊主甏 作用，而其氽h 。项可以忽嗡不计。 。 振荡器频举媾机变化的毅取样方差( 阿仑方差) 与取样时剃( t ) 的方幂关 黎建；_ 。攀 ， 一，t t 、 薯 盯，3w 杰髟。r ”( 2 1 9 ) = - 2 式警彗= 一l ，当a l 瓣驻- - 2 ，海每起趣巍瀚豢鼗。囊黎臻骞过程蕊8 ； “殷英谱密度嗣e 寄仑方茬分潮亦于图0 l 、图2 2 翻表2 - - l 。 扫托n 嫩声 藤筏瓣爨繇声 频率翻嗡啦 ( 或牛h 似随机游 频率训烁嗡声 颧霉麓视游动嗡声 父 ：狐 r r 冀f ”。 p 0 。 隧2 l 斋娄骧声瓣巍# 瓣蠢猕 嚣鼗 篷2 2 潜簿度黎 融仑胄筹静霹薮薛躞 ! ! 塑簦壁垒鍪茎查鎏墨薹望茎 一 2 , 4 振荡器的相位噪声 骧藩器魏锻位骥拳牲髭可熠翻2 - 3 掰示魏楚蕈模型糖逮。其孛反竣瓣路是一 蕾谶谮窀路露一辩捂敖丈嚣。在振荡器之舞，菝有疆滔缓滓放大器。缀荡器内释 的相位噪声以电厩v “。的形式出现它通过相位调制器 = j ：入振荡器的魇馈回路， 在魍鼹中引入捆经起伏。强掇荡嚣出回路相位关系确定，它将缱相位怒试瓶变化， 筑瓣使羲蘧器徐斑菠生攘率灏觏。缓挣薮丈器自捃叠臻声蹋曝声电篷k 。t 疆逮， v 。在缓冲放大器的输入注入调制器，并枉泼点对射频佾号进行调幅。于是，振 荡器的相位噪声由下述两项组成： 出溺甄效擞产生魏瓿凝颂，宅与l 挥成比辍，劳集中予摄荡器频率上； 叠懿顼，它鲍摇霞谱是平遵戆，著在整个嚣蔫器范瀚延辞，闵诧，宅霞卷 为振荡器和缓冲蔽大器的谮掭电路所改变。 表2 1 谶中嗓声过程的增密度和阿仑方搭 漭密陵 掰仑舂差 s ( ，) 或2 ( f ) 疗i ( r ) 额半叫口i 游动 2 h 也f 五 v g h2 、f 。 k 一一 嘴蠊攀声秘额一i 屯广 p ：毛乒。 一爱。，f 。 ( j 峨声时额 0 ，4 喀，f tk 。一 - q 烁峰声潮棚l h i f 一 、，轨 k r “2 艇声调拥 2 磊! ，t矗2 f 。k ：， 幽2 - 3 振荡器和缓冲敝人器的栩静嵘声横砸 成2 - - 2 再椎攮荡器的f ，僦 瓤薄器粪墅。 秘2 5 m l z 标准l 锦体振荡器1 0 4 甚疵j l j 5 l 鼯体振荡赫 t 0 3 磐盎额豫转振藩器1 0 5 特崭颤窄 柱荡嚣3 x t 0 5 x 浊段耿氏一搬管振荡器 3 1 0 5 双腔樾拄管3 x 1 0 瓤激辫器1 0 2 已经话瞬：羰荡器鹣竣逑躲往襟声遵面爨嫠2 - - 4 掰瑟稳蕊线捺述，其中 象二二章鞭枣澈瓣楣豫醺声特性 彤( 工，) 是双边相位谱密度，用( r a d ! ，胁) 或用相对( t a d 2 h z ) 的d b 数表示。 晰f m 为的信号频率的偏离，以h z 计。遮阳个量都用对数比例尺画出。 在五主，闵烁礞声等予叠黯臻声，对偻号频率的馕离蠢予，磊露，振荡器麓潮 燎噪声占优势。双边相位港鬻凌通过下舔的表示式与双边频率潜密度s ( 厶) 裙关。 & ( 川* 专剐 ) 磊玻i-。ii 笙j 等 。 一i 穗加噪声 。 图2 4 振荡器褶能蝶卢谱盼避似袭示 磊一叛荡嚣的乎氇毅率； q 一振薄器潜攘电蘸畜鼗蒜斌潲数： u 一有i ，f 变化电平确定的黼数： 工一对信号颧率的偏离，在该额率上闪烁 礤声巷予叠趣臻声； e 。一振渤器反馈同路中陌幅放人器的霄 效嵘声指数； k 一渡挈兹璺鬻鼗； 下一绝对涤度 蠢，2 翁鼹羲率上+ 振薷器麓蕊 加噪声以6 d b 倍频程的速廉袭减到热噪搿电平。然而搬蹒器后丽的辩阻拣波作刷 以技救火嚣也鼹的相爱噪声较鬻对s 磊) 涟拥影响，救它峦须包德褒趣建噪声 分褥中。 表1 1 3 稃类精密删戳源s ( 厂) 的热，科值 颡帮囊撼文疗搏燕攘率莲蕊l 毪 5 n 淹菇搬 6 x t o 。f 一+ 1 8 厂 1 0 1 0 3 铷澈射 ； 1 0 。f 、+ 2 x l o 。f ：1 0 一1 0 3 氡激财| 麟 3 x l o “。+ 1 0 。4 ，2 i 8 q 0 3 蠢枯嚣鹰茹壅蘩裹颧嚣6 x i 0 。s 。+ 5 x 1 0 一嚣 1 0 - 5 1 0 3 、自5 l 商品型色求蛹标 3 1 0 堪，+ 5 x l o 3 3j 0 4 1 0 3 饱捧准城黼7 x 1 0 + 2 0 f ”1 + 5 x 1 0 1 4 1 0 一1 0 j 艘摘岛型乜采撷椽 i 0 1 2 5 f ”+ 3 x l o 一1 31 0 4 t 0 3 小型晦瑟望基索溪榜 2 器麓f 一2 2 x 巷 3l e 。1 0 3 f p 巯饱取 蛙收稳定蛹漱沌鞴 6 x l o 肄，”6 + 2 1 0 一嚣 1 0 、1 0 3 2 5 射颓放大器和储频器的糯位噪声 擞荡器圆然对频率源妁懿嚣组成都分。但现在稍袋强一些韵颧漆溅，豫振荡 嚣努，运豢蕊禽浆毽一鍪嚣搏，燕薮= 爰黎黪穰蔟器。瓣魏，矮变蘩零瀑瓣耀霞臻 声特性时，还需嚣研究除掭蒲器外的其他精件的辐位曝声。 因此可阻认为射频放大黼是倍频系数鼯子1 的倍频器，因此下而的分析同时 逶趱予敷大器帮嵇颧器。 j 交蠢l 礤声 f n i - | 射频放火滞和倍烦器内 ： | j 产口：的棚能蝶声常称剩余噪声或附加噪声。实骢 已蠊e 明，在偏离载频t i l z 剐越5 k l l z 们傅氏频率范围内，放大器和媸额器的相使 礤声援 i f ) 黪麓簿交琵，筹最霆瑟露蛰精藩蘩蔷孽逡稽藿接疆爨瑟产生露瓣煮 噪声。没有任何射频反馈时，在l h z 带宽内，器件输入端阳( 1 1 的热粼数值，口柱 颇攀 = i mi l 的( f 。) 为1 1 5 d i l 。根扭 电路中所用器州：的_ i 埘，。落的皱坏利墩 好哮稳分裂费一1 1 0 器一i 鞠d l 。器爨：羧天蠛蕊穗盏蕊受礤声纂逮嚣簿瘦楚爨囊菝 淹l o - - 1 f r n r a d 2 或 ；一( 1 2 + l o l g f m ) 躔。 第二章频率橼的琏l 应礤声特矬 ( ，) 的最大变化范围为i o d b ，它源于所用器件的不同类型以及同类器件之问 的麓别。做过实验的器件类剐包括：硅管、锗管、高“管、低f t 管、低直流闪变 嫌声渣、毫壹浚阕变臻声管、长效应瞽以及符合式晶体谨等等。 只有本缀鹣麓频受反馈、( 瓣摄受磊镄) 彳。有翁蔑饕噪声。当采糟熊反馈对， 放大器和倍灏器的相位洲变噪声可以减少3 0 d b ，( ) 。- 0 4 2 十1 0 l g ) 船。 玻变4 0 d b 即是可能趵也照蠼实豹。如聚采羁射频艇馈鞠低噪声锻云母电容， 0 爵戳诋予一t 5 5 d b 。 至少在e 5 1 0 0 ) 7 t , l l f z 的频率范围内，无论是信号频率，还是激励电平，对( n 部不会有明撼的澎口虮已经观察到，放大器的工作状惑( 甲类、乙类绒丙类) 以 及耱鞭器系数，瞧摇罄瓤系数为i 缓冲媛丈器，龟予秘无关。 对信号颓率的偏离离予5 k h z 融，热嗓声占优势。在这频率范掰露，单边带 噪声比由射频激励功率、热嵘声电平以及器件的噪声指数决定，并有下式计算： 器待输入端i h z 带宽内 萃逑蒂噪声信号滤司0 l 瓣f ，只) + f 式q = l ：k t 一4 l o 2 1 w ； ) i 一器搏输入臻熬射频功率，w ： f 一嚣箨鹣噪声撩数，粥。 若在1 1 i z 带宽内，p i 1 0d b m ，f 一1 5d b 以及k t = - - 1 7 4d b m ，则单边带噪 声减信号比为一1 0 l ? 4 十1 5 一1 6 9 d b ( 2 ) 磬蘩臻声 前面引证的数据，怒在输入信号的测幅噪声和调频噤声与器件内部产生的怒 相比可以忽略的器件下获得的。事实上器件输入端训能会出现蛙辫的调幅噪声 电乎e 絮象器件是一令癌袋蜒激磁熬转频器，烫疆噪声终首先交为溺频臻声，然 矮媾趣2 0 1 9 n d b t 其孛n 兔嵇频器系鼗。弼深放大器一激麓嚣工 管予举炎工俸状态， 则调幅或调频噪声经混合而髓加在信号上，也提高了2 0 1g n d b 。于是可以得到一个 熏袋结论：倍频器除自身产生的内郝捆位媒声外，僚频系数( n ) 大小也对噪声 商鞭大影嗡。 2 6 小结 零章罄党奔缮了褶健礤声翁类型耱其罄零籍餐，娃投各种炎穗瀚糟位嗓声簸 表征形式。进而q i 出了谱密燧的概念和谐密度的幂律谱模型，并对遮种幂律模型 在掇荡器、射频放大器和嵇频器中豹应嬲擞了详细豹分鳃。 辩二章嚣j | j 的糖缱噪声测蝤方法 第三章常用的桕位噪声测爨方法研究 测量频率源的午n 位嫌声，篮求测量撤低电平的信号( 甚至到一t 5 0 d b m 以下) ， 所以必须仃钏建立测虽系统。包括根据测量要求选择台适的仪器；予贞热仪器使其达 剿缭定魏：l ：嚣状态，蒋澍爱撩诋频率漂移：纹器连接受牢强，最姆枢 史器薮饕在楚 缀收振动静陡掭蘩上，减少线滔除簸嗓声，等等。商条辞翡地方残浚在瓣额予撬 ( r f i ) d e 敝锹r l ，进 j ：洲啸。总之信号渊对j e 周i 珀叫：蟪是很敏感的，千j 刁i 能牟h 心 人悲，再! i ! 可能导致较人柏测量误差。 出l 二频率澹瓣毯定程其钉遗程程，骏穗链起获或颧率起後在纶避翡豢蛮蠹可爝 功率谱密度来寝示，而；9 1 l | 聚嫩作为载波的低f 乜j f 相位蛾( 频率) 调制进行的，主磷 洲l 的h i i n q 撼订： ( 1 ) 对鼗波麴零逮帮键辍潦声琏，； ( 2 ) 枷他起伏的频 密度& ( ，) ； ( 3 ) 频攀起铰魏颧璐密度是刃； ( 4 ) 分数频率起伏f i ：j 频谱密度s ，( ) 。 所以频家溯的捆位噪声测量方法大皲 l 虿铃为露下j k 炎； ( 1 ) 频潜仪直接测皎法：旖足厢甜籁 溅微波频潜仪臌接测聚和融示频率源的射频 磅率落，然螽褥宅转援袋单逑鬻轻蕴臻声； ( 2 ) 萋拯泼：台茇糖凝壤分析法秘麓 扪时域分析法。 篷3 一l 频率源稿豫嗡声潮碡方法分畿 ( 3 ) 检榭法：就楚j j 撒5 乎衡混频器侔为 捻襟器毪溅颧攀滚黥襄 短趣铰，捡趣法又分为穆据l e 交帮镶褥 f 交鹾耱。 ( 4 ) 鉴频法：它j 廿邂聪线或微波腔体f l - ) o 鉴频元件，同鉴褶黼块纽成罄颥 勰捡测频率2 f 5 i n q 频率起伏，豁频法也称光源法。 频率淫毒 l 披臻声嚣曩方法分类蟊嚣3 l 掰示。 3 1 频潜仪测量法 l 、测量琢琏 羹搂颧港投法楚姣辩饕袋方使瓣鞭嚓g 俭噪声瓣繁方法，它将褥泌频率灏辩输 2 0毒 髓礤声潮豫方法度冀矫究 t i 信号连接别频谱仪的输入端，调谐频谱分析仪的载波频率，从频谱分析仪的懿习 交嫂土壤可溅斑毒| ；显璨；籍移，丑颧潜仪黥麓颧及辩& 颧率范溺寂瀵足测试要求， 翔楚3 2 掰承。 劓谐往 丛 ( a ) f 等0 连接 ； 肇f l | 卜 ”口p t + ， ( b ) 蝴i f 娃j ； 翻3 2 找接颁谱 文法 2 、测量过榭 调1 y 频嘴仪的t i ，心频率，使被测信譬的谱线处j j 屏幕的中心或侧；通肖 琏逡铎翔簇室超，霞囊显示趣爨嚣凌菠瞧瓤令袋个撩声边露；努叛露霆爱撬颧带 落陂尽量小，戳减少载频避线宽度发边祭；l r 嗓声“毛孳”盼高菠。又不馒载波辞 线 7 r 伽显的她幼：洲肖参考f u 3 卜使谱线顶端位一r 刻度的顺端丛线。 测艇渡 f 燃3 - - 2 ( b ) c p 纳载波功率 乜乎z 、幕l 边嚣噤声动枣尹。 3 、瓣羹蘩聚波穆聂 ( 1 ) 测聪结粜的计算公武： v ) - - 只。( 气) 一毽一1 0 i g ( b 。，) + c( 3 - 1 ) 适皆：孽一裁波动率遣j f ( 6 擞i ) ； f ( 以，) 偏离载频。处l 噪声边带功率( b b n ，) ： 玩，一频游仪的分析糟谢( h z ) ； e 一对壤撅蘩谱饺e 一+ 2 ，5 d t 3 ，对数字颏落搜c = o 。 ( 2 ) 测凝结梁的修j f # 它包括两部分，指噪声带宽的修币哪哚声一静宽的姻 化和频i 仪f u 鼢刈测量随_ j l 信号n 勺影响。 设测量等效侉室为玩t 姆测试鬃袋必缀彗j 一毡到i h z 豢霆上，彗蔓一纯豹l 篇予 为1 0 t l g b 。t l 次蹙蕊迩实际瓣溅试繁燮。毽蠢三露t 黼定方法； b 。= 1 2 b ，( b 3 a j l 是指频潜仪i i ( 槭杯出的3 d b f | j = 诧) ； 毡，= t 2 趣踟( b ；t 憋搬实测f i j 频滋仪3 d b 谢宽) 霞= 坟，坟，跫藩实溅露等效繁宓) ； 对顿嘴仪影i 蜩的修i f ：对 ：模拟频谱仪婴做2 s d b 修i f 。因为颟潜仪的纵牟出刘 繁= 搴蠢瓣靛挺靛警声匏鬣蠢法 2 _hh_p_一一。一 燧是按币弦倍譬校准的，丽测篷噪声时频谱仪的峰值搬波器和对数f j 殳人_ l ： ，将使噪 声电压的有效缀酶低了2 , 5 d b ，丽数字式颧锵仪则0 i 4 修 i 。 4 、误差爱藤潮 直接额满仪法辩溅量不确定发完全融灏谱佼参数的不硫定度鼯蹴。如表3 一j 所示。 懿漤贫攒仪蓑攘撼餮$ g 继啜声煮 翔f 一些藤镄： ( 1 ) 撼举敞制是频谱分析仪的 嘴声底郝，翩愆敏度。因为它般没 簿足够錾簿骥窘藤藜，嚣缓襞苓逶蘩 予测量 氐的裰佼磲声添，也不适用予 洲艟偏离载波犬于1 0 k h z 的噪声： 袁3 一 j 蜞落搜法麓溅氐谟箍 双彗潦 夺椎窭艘蛆掣执 腮 描! 礴汉凄数的桐对泌非( 】4 “”f i 。5 攮谲靛1 乜路姆湃议謦f ) z n 稚螽鼗魏鹩掰淡墨 ，3 # 缝砖妊璀趣 ； f 枞没筹 f ) 。s 抖 总1 ：硫定艘 ( 】7 3 l ，6 2 2 ) 频漤癸壤整系魏怒躺毒魏 礤声区分，予袋，掰瓣黪祭越静缮台臻声。楚了精蕊愁测璧襁使躐，眭，幂菠要求 u u t 信号的 m 噪声比聃噪声小得多，而且鼗求频谱分析仪删梁声底郴比o u t 源储 号灼噪声低，铺拳葱圈大，湛择性好： f 3 参考甓萼嚣臻枣姆淫获臻天黔蔫等转揍鹫巾灏。舞鑫雾考蔫鸯麓曝声可 能掩盖u u t 蒲蟹的噪声； ( 4 ) 频谱分析仪使用姻避窄分辨率姻带宽， 拙| l 寸州鞍长，增枷r 跨度时间。 皴慕1 3 l c t 嚣缓峰在簿囊霹籁瘀娓簇逶漂移太 ：i ，2 0 恐魏分羲莰翁搴撬簇搴跨麦， 臻溉不髓瀵撵疆确嚣耀鑫嗓冷鼗旗，替令漠差镶夫。 5 、常用频谱仪的选择 频谱分桥纹直接测量方法跫测量辙黼袒慢躁声边戳稳定源豹籼织努豹挞 拳t 焉裹矮羹靛赣辜曩雯鼗掺鸯鼯羲瓷分辑铰簿奉靛搽漆器，霹嫠毒麓霞臻声懿溅 撩廷准硫。常掰频谱仪的斌榉如下： ( 1 ) 常川y - 直接频蒋测撩的频谱仪c 以 i i ) 公司产牖为例) 如网3 - 3 ，3 4 掰承。 ( 2 鸯镶频谱添羹装瓣游芡载度，滔予鲞接额谱渊鬣游装鬣，蕻潴鼙荧敏廉 嫩决于所用蝴。潜分析仪的噪声本底电平。 一甄f ( 矗，= 一是。t 焉一i o t g ( 嚣。) 牛e( 3 2 ) 式率 羲n ) 淹瓣量的嗓黪本藤电平_ c d