基于数学模型的相位噪声频域测量方法研究

Phase noise measurement is one of the hotspot issues in electronic measurement field. The existing phase noise measurement methods generally use special circuit to extract phase information from signal-under-test. However, the performance of extraction circuit directly restricts the effect of phase noise measurement and the specifications. This project mainly focused on a new phase noise measurement method based on phase noise mathematical model of oscillator, noise model is used to extract and measure the phase noise of signal-under-test. The main superiority of this method is shown as follow: on the basis of noise model, the phase information extraction of signal-under-test avoided making the influence on performance of phase noise measurement by extraction circuit; The aliased spectrum generated in the modulation process of pulse modulation signal are estimated and recovered, used for measuring the phase noise of pulse width modulation signal higher than half pulse repetition frequency band; it can be used in the analysis and offset of low-frequency defect in phase demodulation phase noise measurement. The main research contents in this project contains: phase noise model and the extraction and estimation of noise factor based on data; recovery of aliased spectrum about pulse modulation signal; analysis and offset of low-frequency defect. From this project, intensive study about frequency-domain measurement technique of phase noise is done, a new phase noise measurement method is proposed, several key techniques in the implement of this method is broken through theoretically.

相位噪声测量是电子测量领域研究的热点问题之一。现有相位噪声测量方法一般利用专用电路进行被测信号相位信息提取，提取电路的性能直接制约了相位噪声测量的效果和技术指标。本课题提出一种新的基于数学模型的相位噪声测量方法，利用噪声模型和参数提取估算方法测量被测信号的相位噪声。该方法主要有以下优势：第一，基于噪声模型提取被测信号相位信息，回避了提取电路对相位噪声测量性能的影响；第二，该方法可用于对脉冲调制信号调制过程中产生的噪声边带混叠进行估算和恢复，测量脉冲调制信号高于半脉冲重复频率频段的相位噪声；第三，该方法可用于鉴相法测量中的低频缺损分析与补偿。本课题主要研究内容包括：相位噪声模型和基于数据的噪声系数提取与估算；脉冲调制信号频谱混叠恢复；低频缺损分析与补偿。本课题在相位噪声频域测量技术方面开展深入研究，突破实现中的几项关键技术，建立一种新的相位噪声测量方法。

相位噪声测量是电子测量领域研究的热点问题之一。现有相位噪声测量方法采用硬件电路提取相位信息，直接制约了相位噪声测量的效果和技术指标。本课题提出一种新的基于数学模型的相位噪声测量方法，利用噪声模型和参数提取估算方法测量被测信号的相位噪声。. 本课题研究内容已完成。主要开展了基于数学模型的相位噪声测试方法、临近载波相位噪声测量的低频缺损机理与补偿算法、脉冲调制信号相位噪声测量方法三个方面的研究内容。. 基于数学模型的相位噪声测试方法方面，实现了相位噪声模型中系数提取与估算，能够通过系数的提取与相位噪声数学模型，可得到与对比仪器测量结果一致的相位噪声。仿真和实验结果表明，对600MHz、800MHz、1GHz、2GHz等频率信号均得到了良好的测试效果。. 临近载波相位噪声测量的低频缺损机理与补偿算法方面，完成了实现基于鉴相法的相位噪声测量系统低频缺损现象机理研究，并建立了低频缺损补偿算法，扩展了现有方法对临近载波的相位噪声测试性能。仿真和实验结果表明，对不同锁相环路带宽的测试信号，均可得到良好的补偿效果。. 脉冲调制信号相位噪声测量方法方面，建立了脉冲调制信号相位噪声的数学模型，对脉冲调制过程的噪声边带混叠进行恢复，扩展脉冲调制信号相位噪声的分析带宽，改善测量效果。仿真和实验结果表明，对100MHz、600MHz、800MHz、2GHz、2GHz等频率信号，最大测量误差分别不大于6.07dBc/Hz、5.63dBc/Hz、6.94dBc/Hz、9.11dBc/Hz，平均误差为1.63dBc/Hz。. 本课题研究建立了一种新的基于相位噪声数学模型的相位噪声测量方法，该方法回避了相位信息提取电路性能对测量结果的影响，利用相位噪声数学模型实现了脉冲调制信号的噪声测量，扩展了现有测试方法的分析带宽和临近载波的测试性能。研究成果是信号分析仪器的关键技术之一，在雷达、导航等测试领域有着重要意义。