關于測量雷達應用中高端信號源的相位噪聲

測量雷達應用中高端信號源的相位噪聲

1、簡介

信號源質量是先進雷達應用中性能的主要驅動力。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，開發人員需要高度復雜的系統，此類系統由相位檢波器、FFT 分析儀和優異參考源等大量組件所構成。這些源相位噪聲必須具備顯著優于 DUT 的相位噪聲才能確保測量的準確性。如果無法實現這一點，開發人員還可使用互相關技術，即兩個并行接收路徑、兩個不同的參考源和兩個相位檢波器器。通過平均兩個測量路徑產生的噪聲，工程師能夠抑制參考源和測試設置組件固有的噪聲。測試設置因此變得極為復雜，但卻能夠顯著提高靈敏度。

下面的方程式 1 說明了靈敏度的預計提升。

ΔL = 5 ? log(n) ?[1]

ΔL：通過互相關實現相位噪聲提升的靈敏度（單位：dB）

n：互相關/平均數量

例如，互相關次數為 10，相位噪聲則會降低 5 分貝。

但是，相位噪聲不僅僅是雷達應用的關鍵參數，開發人員需要使用這些復雜的系統來執行敏感的測量任務。測量高靈敏度振蕩器也需要這種技術，例如用于科研和通信應用的 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，無需任何復雜設置。借此，開發人員可專注于改善系統，而不用應付測試和測量設備。這款獨一無二的測試儀器配備了極為優異的內部參考源、互相關技術、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，非常適用于雷達應用。

R&S ? FSWP 還可用作信號源分析儀和頻譜分析儀，例如用于驗證待測量信號是否具備預期的電平和頻率。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、優異的內本振實現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雜設置，即可測量穩定雷達系統振蕩器的相位噪聲。R&S ? FSWP內部振蕩器在相位噪聲性能方面優于市面上幾乎所有的發生器或參考源。圖 2 顯示了內部振蕩器的典型相位噪聲值。如果需要更好的靈敏度，互相關則會使用第二個內部振蕩器將靈敏度提高至 25 分貝（R&S ? FSWP-B60 選件）。軌跡下方的灰色區域顯示了特定測量所選互相關次數可實現靈敏度級別（見圖 3）。如果增加互相關次數無法提高靈敏度，互相關過程則會自動中止。由于分析儀內部源的噪聲極低，事實上只需要少量互相關次數就可測量高質量的振蕩器。與同類系統相比，用戶能以快出 100 倍的速度獲得極高敏感度測量的可靠結果，這種優勢可縮短開發和制造時間。

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

3、數字相位/幅度解調技術實現一鍵測量脈沖源的相位噪聲

模擬和數字信號領域的雷達系統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置需要極為昂貴的復雜系統，這是因為脈沖源必須與 DUT 同步。工程師還需準確的脈沖參數信息和十足的耐心才能實現穩定測量。這已成為歷史。配備 R&S ? FSWP-K4 選件后，R&S ? FSWP 即可一鍵執行這些測量。它能記錄信號、自動計算脈沖重復頻率和脈沖寬度等所有參數（見圖 3）、解調信號并顯示相位噪聲和調幅噪聲。最大頻率偏移范圍和測量校準則會自動執行。用戶無需擔心這些參數的設置是否正確。在任何情況下，例如他們還能定義一個門脈沖，用于抑制瞬變或提高靈敏度（圖 4）。互相關還可用于測量相位噪聲優異的信號源，補償靈敏度降低現象，這是因為較長的脈沖關斷時間會對脈沖信號產生低得多的平均信號強度。

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，例如脈沖上升和下降時間、相位和頻率響應以及參數趨勢。

4、信號源內置實現一鍵式測量剩余相位噪聲和脈沖信號剩余相位噪聲

在定性和優化雷達系統時，還應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面影響，并增加噪聲（剩余相位噪聲），即使它們并不會產生信號。例如在開發高端雷達應用時，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，才有可能開發噪聲極低的發射機。R&S FSWP 只需一鍵操作即可執行這種原本極為復雜又需要優異信號源和移相器的測量。用戶只需將內部信號源連接到 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技術，以抑制內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。在定性和優化雷達發射機的組件時，必須在實際條件下開展測量，也就是針對脈沖信號。這是因為脈沖和連續波信號會對組件行為造成不同的影響。

5、總結

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。它能夠測量連續波和脈沖信號的相位及調幅噪聲。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）。