Yerel osilatörün faz gürültüsünün geniş bant alıcının gürültü rakamına etkisi
Süperheterodin alıcıları, yüksek frekans çözünürlükleri, yüksek alma hassasiyeti, geniş alıcı dinamik aralığı ve ara frekans sinyallerinin küçük genliği ve faz distorsiyonu nedeniyle modern iletişim ve radar algılama ekipmanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Geniş bant süperheterodin alıcısı, alınan radyo frekansı sinyalini iki veya daha fazla frekans karıştırma yoluyla sabit bir ara frekans sinyaline dönüştürmek için geniş bantlı bir frekans dönüştürme yerel osilatörü kullanır ve ardından sinyal analizi ve işlemeyi gerçekleştirir. Alıcı devrenin tamamındaki geniş bant yerel osilatör sinyali, süperheterodin alıcısının temel bileşenlerinden biridir.Yerel osilatör sinyalinin faz gürültüsü ve sahte paraziti, alınan sinyal fazını yapmak için karıştırıcının frekans doğrusal olmayan dönüşümü yoluyla ara frekans sinyali üzerine bindirilecektir. Bozulma meydana gelir ve faz gürültüsünün bozulması, alınan sinyalin faz bilgisini kullanan sinyal hedef karakteristik parametrelerinin sinyal işleme ve sistem göstergeleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olacaktır. Örneğin, PSK, GMSK ve QAM sinyallerinin demodülasyon hata oranı, sinyal faz gürültüsünün bozulmasıyla artacak; frekans çözünürlüğü, aralık ve hız ölçümü gibi sistem performansı ve zaman farkı konumlandırması da azalacaktır. Ek olarak, yerel osilatörün faz gürültüsü, alıcının çıkışındaki minimum algılanabilir sinyal-gürültü oranı SNR'yi de etkileyecek, alıcının gürültü rakamını bozacak ve sistemin alıcı hassasiyetini etkileyecektir.
Bu makale ilk olarak faz gürültüsünün temel teorisini tanıtmakta, alıcı bağlantının faz gürültüsünü ve yerel osilatör devresini analiz etmekte ve yerel osilatörün faz gürültüsünün, değişken frekans gürültüsü üzerindeki farklı faz gürültüsünün etkisine göre alıcı gürültü katsayısı üzerindeki etki mekanizmasını analiz etmektedir. Gürültü rakamının kademeli simülasyonuna göre, farklı geniş bant yerel osilatör kaynaklarının faz gürültüsüne uyum sağlamak için tasarım gereksinimleri çizilir ve 0.2 GHz'den 12 GHz'e kadar evrensel bir süper heterodin geniş bant alıcısı, sonucun gereksinimlerine göre tasarlanır. 60 kHz'de 30 dB faz gürültüsü farkına sahip iki geniş bantlı yerel osilatör sinyali, bağlantı gürültüsü rakamının yerel osilatörün bozulmasına uyarlanabilirliği.
1 Temel faz gürültü teorisi
1.1 Faz gürültüsünün anlamı
Giderek daha fazla sayıda belge, Bessel işlevi ve trigonometrik işlevi kullanan bir geçici frekans kaynağının nihayet şu şekilde ifade edilebileceğini kanıtlamaktadır:
Denklem (1), sinyalin, taşıyıcı frekansı wO ve taşıyıcı frekans modülasyon bileşenlerinden oluştuğunu ve her bileşenin boyutunun, modülasyon genlik indeksine (am) karşılık gelen Bessel fonksiyonunun değerine bağlı olduğunu gösterir. Modüle edilmiş sinüs sinyalinin güç spektrumu Şekil 1'de gösterilmektedir.
Bu nedenle, frekans alanındaki faz gürültüsünün tek yan bant faz gürültüsü L (f) şu şekilde tanımlanır: frekans, taşıyıcı sinyal fo'dan, tek taraflı gürültü yan bandının güç spektral yoğunluğunun ölçülen değeri ve 1 Hz bant genişliğinde sinyalin toplam gücünden sapar. Bu nedenle, tek yan bant faz gürültüsü L (f) denklem (3) olarak ifade edilebilir ve faz gürültüsü güç spektrumu Şekil 2'de gösterilmiştir.
1.2 Osilatör faz gürültüsü
Osilatör, modern radyo frekansı ve mikrodalga elektronik sistemlerinin vazgeçilmez bir parçasıdır.Sinyal frekansı üreten temel birimdir.Kristal osilatörlerin frekansı düşüktür, genellikle 100 MHz'nin altındadır.Voltaj kontrollü osilatörlerin frekans kapsamı onlarca megabayt arasında değişebilir. Hertz'den bir düzine gigahertz'e. Osilatörlerin elektronik ekipmandaki önemine dayanarak, birçok bilim insanı faz gürültüsünü analiz etmek için doğru modeller oluşturmuştur. Doğrusal geri besleme sisteminin doğrusal zamanla değişmeyen faz gürültü modeline dayanarak, model, en sezgisel faz gürültü modeli olarak kabul edilen osilatörün elektrik parametrelerine doğrudan bağlanır; Doğrusal zamanla değişen model, salınım devresindeki gerilim ve akım periyoduna dayanır. Darbeye duyarlı fonksiyon, farklı anlarda nabız akımı gürültüsünün faz seğirmesine olan katkısını tanımlamak için kullanılır; doğrusal olmayan zamanla değişen model Floquet teorisini benimser ve faz gürültüsü periyodik sabit durum çözümüne faz kaymasının modülasyonu olarak kabul edilir ve güç üssü 1 / f, 1 / f3 gürültüsü, simülasyon modelleri için uygundur; doğrusal olmayan sayısal analiz modeli, doğrusal olmayan zamanla değişen modele dayalı zaman değişkeni titreşimi sunar ve faz gürültüsünü titreşimin fazı olarak ele alır (doğrusal titreşim ve doğrusal olmayan Jitter), spektral yoğunluk fonksiyonunun ve otokorelasyon fonksiyonunun türetilmesi yoluyla devrenin kararlı durum periyodunun faz modülasyonudur, osilatörün daha doğru bir faz gürültü modeli elde edilir. Denklem (4), doğrusal zamanla değişmeyen modelin hesaplama formülüdür; burada F, cihaz gürültüsüdür, k, Boltzmann sabiti, T mutlak sıcaklıktır, PS, rezonans devresinin güç tüketimi, w, frekans kaymasıdır, w1 / f, 1 / f3 ve 1 / f2'nin geçiş noktası frekansıdır ve doğrusal zamanla değişmeyen modelin şematik diyagramı Şekil 3'te gösterilmiştir.
2 Geniş bant alıcı faz gürültü analizi
Alıcı, esas olarak anten radyo frekansı sinyalini A / D dönüştürücü işlemeye uygun bir sinyal frekansına ve seviye aralığına dönüştürür ve tüm yazılım radyosunun önemli bir parçasıdır. Geniş bant süperheterodin alıcı devresinin şematik diyagramı Şekil 4'te gösterilmiştir. RF ön ucu temel olarak sınırlayıcılar, filtreler, yükselticiler, karıştırıcılar ve yerel osilatörlerden oluşur.Dijital ara frekans ucu AD ve dijital sinyal işlemeden oluşur. Sınırlayıcılar ve filtre zayıflatıcıları gibi pasif doğrusal cihazlar, doğrusal çalışma alanında yeni frekans bileşenleri oluşturmaz ve sinyal faz gürültüsü üzerinde çok az etkiye sahiptir. Amplifikatörler, frekans bölücüler ve frekans çarpanları gibi cihazlar, yarı iletken özelliklerine bağlı olarak, giriş RF sinyalinin faz gürültüsünü 20lgndB oranında düşürecektir (amplifikatör 1 katsayısına sahip bir frekans çarpanı olarak kabul edilir). Alıcıdaki yerel osilatör sinyali, osilatör devresi tarafından üretilir ve mikser ve RF sinyali aracılığıyla yeni bir ara frekans sinyali üretilir.Geniş bant yerel osilatör sinyali ve geniş bant alıcısının RF sinyali kendi osilatör devresi tarafından üretildiği için, sinyal fazının korelasyonu yoktur. , Tüm geniş bant alıcı kanalına eklenen yeni faz gürültüsünün en önemli kaynağıdır.
2.1 Yerel osilatör sinyalinin faz gürültü analizi
Yaygın olarak kullanılan yerel osilatör sinyali, esas olarak bir voltaj kontrollü osilatör (VCO), bir faz detektörü (PD), bir döngü filtresi ve bir frekans bölücüsünden oluşan bir faz kilitli döngü devresi tarafından gerçekleştirilir.Genel olarak kullanılan prensip blok diyagramı Şekil 5'te gösterilmektedir.
Yukarıdaki formüle göre, faz kilitli döngünün döngü bant genişliğindeki faz gürültüsü esas olarak referans sinyalin faz gürültüsünden, faz algılayıcısının temel gürültüsünden ve faz kilitli frekans bölücünün bozulmasından etkilenir. Döngü bant genişliğinin dışındaki faz gürültüsü esas olarak VCO ve döngü filtresi ile tanıtıldı. Genel olarak, bir geniş bant faz-kilitli döngü devresi, onlarca kilohertz'lik bir döngü bant genişliğine sahiptir Bu nedenle, geniş bantlı yerel osilatörün uzak faz gürültüsü, esas olarak VCO fazı ve döngü filtresinin uzaktan bastırılmasıyla belirlenir.
2.2 Mikserin faz gürültüsü
Voltammetri genellikle karıştırıcının çıkışındaki ara frekans sinyalini analiz etmek için kullanılır.Çıkıştaki ara frekans akım sinyali şu şekilde ifade edilebilir:
Formül (8) 'de, karıştırıcı ara frekans ve fark terimlerini (ws + wp) t ve (ws-wp) t verir.Yerel osilatör sinyali ve radyo frekansı sinyali farklı osilatör devreleri tarafından üretildiğinden, sinyal fazının korelasyonu yoktur ve görelidir. Durağan sürecin çapraz korelasyon fonksiyonu ile güç spektral yoğunluğu arasındaki ilişkiye göre bağımsız rastgele süreç:
Bu nedenle, çıkış ara frekansının faz gürültüsü spektral yoğunluğu, RF sinyali faz gürültü gücü spektral yoğunluğu ve yerel osilatör gürültü gücü spektral yoğunluğunun toplamıdır. Örneğin Hitit'in MY88C miksajını ele alalım, P-1 yaklaşık 5 dBm'dir ve Aglient8267D sinyal kaynağı kullanarak RF: 2.8 GHz / 0 dBm sinyali, geniş bant faz kilit devresi (geniş bant yerel osilatör 1) çıkışı LO: 10.43 GHz / 10 dBm Aglient N9020B faz gürültü analizi spektrumundan ölçülen IF: 7.63 GHz sinyalini almak için karıştırılan sinyal, ara frekans sinyalinin faz gürültüsü temelde 10.43 GHz yerel osilatör sinyalinin faz gürültüsü ile aynıdır.Taşıyıcıdan 60 kHz uzakta, LO sinyalinin faz gürültüsü -72.9 dBc / Hz, IF sinyalinin faz gürültüsü -71.9 dBc / Hz'dir ve test sonucu Şekil 6'da gösterilmektedir.
3 Alıcı gürültü rakamının analizi
3.1 Gürültü rakamının tanımı
Alıcı gürültü rakamı, ağın girişindeki sinyal-gürültü güç oranının ağ çıkışındaki sinyal-gürültü güç oranına oranı olarak tanımlanmaktadır.Ağın girişindeki sinyal-gürültü güç oranının ağın oluşturduğu gürültü nedeniyle ağdan geçtikten sonra bozulduğunu açıkça göstermektedir. Matematiksel formülü şu şekilde ifade edilir:
Ağın çıkışındaki nominal gürültü gücü Np, NiGa ve ağın dahili gürültüsünden oluşur ve Bn, eşdeğer gürültü bant genişliğini temsil eder. Geniş bant süperheterodin alıcı devreleri için, karıştırmanın varlığı, yerel osilatörün faz gürültüsünü ara frekans sinyali üzerine bindirecektir, bu nedenle mevcut gürültü gücünün N, eşdeğer gürültü bant genişliği içindeki yerel osilatör sinyalinin yaklaşık olarak faz gürültüsü güç yoğunluğu olduğu düşünülebilir. Gürültü gücünün integrali. Ağ kademeli çıkış terminal gürültü formülü denklem (11) 'de gösterilmektedir Bağlantı ön-uç cihazının gürültü ve kazancı, sistem gürültüsü üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.
3.2 Geniş bant alıcı ön-uç kazancı ve frekans dönüştürme gürültüsünün alıcı bağlantının gürültü değeri üzerindeki etkisi
Geniş bir dinamik geniş bant alma sisteminde, cihazın geniş bant performansı göz önüne alındığında, düşük gürültülü amplifikatörün P-1'i yaklaşık 10 dBm'dir ve geniş bantlı karıştırıcının P-1'i yaklaşık 5 dBm'dir. Gürültü rakamı kademeli hesaplama formülüne (11) göre, karıştırma frekansının ön uç kazancı yeterince büyük olduğunda, frekans dönüştürme kısmının gürültü rakamındaki dalgalanmanın alıcı sistemin gürültü rakamı üzerindeki etkisi ihmal edilebilir, ancak ön uç kazancı çok büyüktür, bu da Karıştırıcı ve amplifikatör sinyal altında doyurulur, bu nedenle alıcı sistemin kazanç tahsisinin, sinyal büyük olduğunda mikserin ve son amplifikatörün dinamik gereksinimlerine odaklanması gerekir ve tüm seviyelerin kazançları makul bir şekilde tahsis edilir.
CASCADE simülasyon yazılımını kullanan Tablo 1, RF ön ucunun kazancının (karıştırmadan önceki devre) ve karıştırıcının frekans dönüştürme gürültüsünün kademeli bağlantının gürültü rakamı üzerindeki etkisini analiz eder. Tablodan görülebileceği gibi, frekans dönüştürme gürültüsü 10 dB olduğunda, frekans dönüştürme gürültüsünün bağlantı gürültüsü üzerindeki etkisini göz ardı etmek için ön uç kazancının 25 dB'den daha büyük olması gerekir; frekans dönüştürme gürültüsü 15 dB'den büyük olduğunda, ön uç kazancının 30 dB'den daha büyük olması gerekir. Değişken frekans gürültüsünün bağlantı gürültüsü üzerindeki etkisini göz ardı edin. Aynı zamanda, alıcı sistemin gürültü rakamı ne kadar düşükse, bağlantı gürültüsü, belirli bir kazanç koşulu altında arka uç frekans dönüştürme gürültüsünün değişimine o kadar duyarlıdır.Ön uç gürültüsü 2 dB ve kazanç 15 dB'dir. Frekans dönüştürme gürültüsü kötüleştikçe, bağlantı Gürültü yaklaşık 1 kat azalacaktır, bu nedenle çok hassas bir alıcı sistem için, yerel osilatörün faz gürültüsünün sistemin gürültü değeri üzerindeki etkisi tasarım yapılırken dikkate alınmalıdır.
4 Faz gürültüsünün frekans dönüştürme gürültüsü üzerindeki etkisi
Karıştırıcı faz gürültü analizine göre, yerel osilatörün faz gürültüsü, Şekil 7'deki enine kesitte gösterildiği gibi, karıştırmadan sonra ara frekans gürültüsü haline gelmek için radyo frekansı sinyalinin faz gürültüsü üzerine bindirilecektir. Yerel osilatörün gücü, radyo frekansı sinyalinin gücünden çok daha büyük olduğu için, yaklaşık olarak ara frekans sinyalinin faz gürültüsü gücünün yerel osilatör sinyalinin faz gürültüsü tarafından belirlendiği tahmin edilebilir. Alıcı sistem çoklu frekans dönüşümlerine sahip olduğunda, yerel osilatör sinyali genellikle aynı referans kaynağı tarafından üretilir Çoklu frekans dönüşümünün lokal osilatörünün faz gürültüsü yakın olduğunda, son çıkış ara frekans sinyalinin faz gürültüsü şu şekilde yaklaşık olarak tahmin edilebilir: bir yerel osilatör faz gürültü gücü + (N-1) × 3 dB, N, frekans dönüştürme sıklığını temsil eder. Bir geniş bant alıcısının yerel osilatörü, genellikle geniş bant devre özelliklerinden ve VCO'nun, faz algılayıcısının, frekans çarpanının ve filtrenin hacminden etkilenen bir geniş bant sinyalidir.Faz gürültüsü genellikle dar bant yerel osilatörden yaklaşık 10-20 dB daha kötüdür, bu nedenle ara frekans sinyalinin fazı Gürültü temelde geniş bantlı bir yerel osilatörün faz gürültüsüyle belirlenir ve sistem gürültüsü esas olarak yerel bir osilatörün faz gürültüsünün etkisini dikkate alır.
HSPK010D mikser seçin, RF: 7,63 GHz / 0 dBm, Aglient8267D sinyal kaynağı tarafından çıktı, LO: 10,43 GHz / 10 dBm, IF: 2,8 GHz, yerel osilatör sinyali üç farklı yerel osilatör devresi tarafından üretilir (geniş bant yerel osilatör 1 , Geniş bant yerel osilatör 2 ve E8267D sinyal kaynağı), faz gürültüsü Şekil 8 (a) 'da gösterilmiş ve gürültü rakamı AglientN8752B gürültü analizörü ile test edilmiş, gürültü gücü entegrasyon bant genişliği 4 MHz olarak ayarlanmış ve test sonucu Şekil 8 (b)' de gösterilmiştir. Gösterildi.
Şekil 8 (b) 'den görülebileceği gibi, üç yerel osilatör sinyal karıştırıcısının dönüşüm kaybı 5,6 dB'dir, ancak gürültü rakamı farklıdır.Frekans dönüşüm gürültü rakamı, yerel osilatör 1 kullanıldığında ve yerel osilatör 2 kullanıldığında 7,2 dB'dir. Bir sinyal kaynağı kullanıldığında 11.7 dB ve 6.4 dB'dir. Üçünün faz gürültüsü Şekil 8 (a) 'da gösterilmiştir. Taşıyıcıdan 60 kHz ofsette LO 1'in faz gürültüsü -71,9 dBc / Hz, LO 2 -102,7 dBc / Hz ve sinyal kaynağı -108,3 dBc / Hz; taşıyıcıdan 500 kHz uzakta, yerel osilatör 1'in faz gürültüsü -105,2 dBc / Hz, yerel osilatör 2 -103,5 dBc / Hz ve sinyal kaynağı -111,3 dBc / Hz; yerel osilatör 1'in 1 MHz'deki faz gürültüsü -111,9 dBc / Hz, yerel osilatör 2 -105 dBc / Hz'dir ve sinyal kaynağı -114,3 dBc / Hz'dir. Yerel osilatör 1'in frekans dönüştürme gürültüsü ile sinyal kaynağı arasındaki fark 1,1 dB'dir, ancak 500 kHz içindeki faz gürültüsü maksimum 30 dB kadar farklılık gösterir, bu nedenle yerel osilatörün faz gürültüsünün 500 kHz içinde bozulması, temelde frekans dönüştürme gürültüsü üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir. Yukarıdaki üç sinyal için, taşıyıcı gücü 7 dBm olduğunda, güç yoğunluğu 4M bant genişliğinde test edilir ve spektrum analizörü RBW 30 kHz'e ayarlanır. Test sonucu Şekil 9'da gösterilmiştir. Taşıyıcıdan 500 kHz uzakta carrierMkr1 sinyal kaynağının gürültüsü Seviye bastırma 80.1 dB'dir; Mkr2 yerel osilatör 2'nin gürültü seviyesi bastırması 59.8 dB'dir; Mkr3 yerel osilatör 1'in gürültü seviyesi bastırması 61.8 dB'dir. Yerel osilatör 1'in faz gürültüsü 100 kHz'de yerel osilatör 2'den 20 dB daha kötü olmasına rağmen, 500 kHz dışındaki yerel osilatör 2'den kademeli olarak daha iyidir Test sonuçları, yerel osilatör 2'nin 4 MHz bandında en kötü sinyal-gürültü oranına sahip olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, frekans dönüştürme gürültüsü de en büyüğüdür.
Karıştırıcıdan önceki alıcı kanalın devre kazancı çok yüksek değilse, Tablo 1'deki analize göre, lokal osilatörün uzak ucundaki faz gürültüsünün çıkış sinyali-gürültü oranı üzerindeki etkisi göz ardı edilemez ve bağlantı gürültüsü iki katına çıkarılır. Daha da kötüsü, yerel osilatör burada daha yüksek bir sahte spektruma sahipse, gürültü rakamı üzerindeki etkisi daha ciddi olacaktır.
5 Geniş bant yerel osilatör faz gürültüsünün alıcı gürültüsü üzerindeki etkisi
5.1 Ultra geniş bant süperheterodin alıcı tasarımı
Genel bir 0.2 GHz ~ 12 GHz ultra geniş bant geniş dinamik yüksek hassasiyetli alıcı alıcı kanal ve yerel osilatör sentezi ilkesi blok diyagramı Şekil 10'da gösterilmektedir. Alıcının ultra geniş bandı, 90 dB geniş dinamikleri ve 5 dB düşük gürültü göstergeleri kapsamlı bir şekilde dikkate alındığında, alım kanalı 1 ön karışım devresi temelde bölümlere ayrılmış önceden seçilmiş bir filtre grubu, LNA ve genişletilmiş dinamik zayıflatıcı içerir ve bölümlü önceden seçilmiş filtre iki özdeş filtreleme aşamasından oluşur. Birinci aşama ön seçici, harici parazit sinyallerinin düşük gürültülü amplifikatörün doğrusallığını etkilememesini sağlar.Bir mikserin doğrusallığını sağlamak ve amplifikatörün harmonik kombinasyonunun parazitini önlemek için düşük gürültülü amplifikatörden sonra bir filtre ve zayıflatıcı eklenir. karıştırma. Alıcının ön uç gürültü rakamı, bant seçim anahtarı ve ön seçicinin ekleme kaybı ve LNA'nın gürültüsü ile belirlenir.Tablo 1'deki analize göre, mikserin dönüşüm kaybı 10 dB'den az olduğunda, arka uç karıştırma yerel osilatörünün faz gürültüsünden kaçınmak için Alıcı gürültü rakamının bozulmasına neden olur İlk karıştırma öncesi devre kazancı 25 dB'den büyük olmalıdır.Tam frekans bandındaki tam sıcaklık çalışma aralığı hesaba katıldığında, LNA'nın oda sıcaklığında minimum kazancı 35 dB'dir ve gürültü rakamı, anahtarlama filtresi kaybı dahil 1,5 dB'den azdır. Karıştırma öncesi devrenin kazancı 27 dB olacak şekilde tasarlanmıştır. İlk ortaokul, geniş bant-yerel osilatör sentezinin mühendislik gerçekleştirilmesinin zorluğunu hesaba katmak için yüksek ve düşük olmak üzere iki ara frekansı seçer, yüksek olanında 0,2 GHz 6,4 GHz ile 8,2 ± 100 GHz arasında karıştırma ve düşük olanında 6,4 GHz 12 GHz ila 3,6 ± arasında karıştırma. 100 GHz; İkincisinde 375 MHz çıkış seçilir ve ikinci yerel osilatörler iki sabit yüksek ve düşük frekanslı 7.825 GHz ve 4.775 GHz'dir.Uygun frekans prosedürleri ile geniş bant birinci yerel osilatör ve ikinci yerel osilatör aynı faz dedektörünü kullanabilir ve VCO uygulaması; üçüncüsü, farklı kullanıcıların ihtiyaçlarını karşılamak için 140 MHz veya 70 MHz düşük orta frekanstır.
Geniş bant bir yerel osilatör, 50 MHz giriş frekansı ve 4 GHz ila 8 GHz VCO çıkış frekansı olan tek döngülü bir PLL tarafından gerçekleştirilir Faz ayrım frekansı, geri besleme döngüsü üzerindeki frekans bölücü ve frekans adımı tarafından belirlenir. VCO çıkış sinyali eşleştirildikten ve yükseltildikten sonra, harmonik çıkış bir bant geçiren filtre ile filtrelenir ve ardından 8.4 GHz ila 14.6 GHz arasında bir sinyal çıkarmak için çift frekanslı bir amplifikasyon filtresi gerçekleştirilir. İkinci yerel osilatör, zayıflama ve amplifikasyondan sonra doğrudan filtrelemek ve çıktı almak için birinci yerel osilatörle aynı faz kilitli döngüyü kullanır. Üç yerel osilatör, DDS saat sinyali frekansı olarak tek döngülü bir PLL kullanır ve 1 kHz adımlamaya ulaşan DDS çıkış sinyali, bant geçiren filtreleme ve çıkış ile güçlendirilir.
Yerel bir osilatör PLL'nin faz algılama frekansı 1.25 MHz'dir, toplam frekans bölme oranı N = 6720 ~ 12480 (döngü dışındaki çift frekans dikkate alınmıştır), döngü bant genişliği 60 kHz olarak tasarlanmıştır ve faz marjı 50 ° 'dir. Farklı platform kalite seviyeleri ve yerelleştirme gereksinimlerine göre, evsel SF9702MQRH faz dedektörü, belirli bir uzay tabanlı platformun gereksinimlerine göre seçilir.Ölçülen değere göre, faz gürültü tabanı: -209 dBc / Hz @ 1 kHz, -215 dBc / Hz @ 10 kHz. Çıkış 10.43 GHz olduğunda, proje basitleştirildikten sonra (döngü filtresi ve VCO'nun etkisi göz ardı edilerek) döngü bandındaki (1 kHz, 10 kHz) faz gürültüsü aşağıdaki gibi hesaplanır (5) ve (6): @ 1kHz: -209+ 10log (1.25 MHz) + 20log8834 = -69 dBc / Hz; @ 10 kHz: -215 + 10log (1.25 MHz) + 20log8834 = -75 dBc / Hz. 100 kHz döngü bant genişliğinin dışındadır ve VCO faz gürültüsü -90 dBc / Hz @ 100 kHz'dir. VCO faz gürültüsü döngü tabanından daha iyi olduğundan, gerçek test yaklaşık -84 dBc / Hz'dir ve çift frekanstan sonra 6 dB kötüleşir. Bu nedenle, gerçek çıktı yaklaşık -78 dBc / Hz @ 100 kHz'dir ve yukarıdaki hesaplama sonuçları, Şekil 8 (a) 'da 10 kHz ve 100 kHz'de geniş bant yerel osilatörün 1 gerçek test sonuçlarıyla temelde tutarlıdır.
5.2 Yerel osilatörün faz gürültüsünün geniş bant alıcının gürültü değeri üzerindeki etkisi
Şekil 8 (a) 'daki yerel osilatör 1 ve yerel osilatör 2'yi sırasıyla Şekil 10 (a)' daki geniş bantlı alıcı kanalın yerel osilatörü olarak alın, geniş bant ara frekans 375 MHz çıkış bağlantısının gürültü şeklini ve bağlantı gürültü şeklini test edin Simülasyon sonuçları Tablo 2'de gösterilmektedir (anahtarlama, filtreleme ve amplifikatör ekleme kaybı kazanımları tipik değerlerdir ve karıştırıcı dönüştürme kaybı ve dönüştürme gürültüsü şekil 8 (b) 'de gösterilen test değerleridir) Alıcı kazanç tasarımı tipik olarak 48 dB'dir. Bu yerel osilatör kaynağı altında alıcı kanalın gürültü rakamının simülasyonu 4,2 dB ve 4,4 dB'dir Gerçek test sonuçları Şekil 11'de gösterilmektedir. Alıcının ön uç anahtarı ve filtre ekleme kaybı değerleri, tipik tasarım değerlerinden biraz daha iyi olduğundan, gerçek test sonuçları simülasyon sonuçlarından daha iyidir. Bu 0,2 dB'dir ve alıcı kanalın gürültü rakamı, simülasyon sonuçlarıyla tutarlı olan iki farklı geniş bant ve bir yerel osilatör kaynağında 0,2 dB'dir.
6. Sonuç
Faz gürültüsü ve gürültü figürünün tanımına göre, bu makale osilatörün faz gürültüsünü ve alıcının faz gürültüsünü ayrıntılı olarak analiz etmektedir.Geniş bant karıştırmanın faz gürültüsünün temelde geniş bant yerel osilatörün faz gürültüsüyle belirlendiği ve yerel osilatörün yakın uçta olduğu sonucuna varılmıştır. 500 kHz içindeki faz gürültüsü bozulması, temelde frekans dönüştürme gürültüsü üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir, ancak uzak uçtaki 1 MHz ötesindeki gürültü, frekans dönüştürme gürültüsü üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Gürültü rakamının basamaklı formülüne göre, bu makale, geniş bantlı alıcı ön uç kazancının ve değişken frekanslı gürültünün kademeli gürültü figürü üzerindeki etkisini hesaplar ve geniş bantlı yerel osilatörün faz gürültüsünün neden olduğu bağlantı gürültüsü şeklini önlemek için yüksek hassasiyetli bir alıcı ön ucu verir. Karıştırmadan önce devrenin ön ucunun kazancının 30 dB'den büyük olması gerektiği sonucu, sistem gürültü figürünün tasarımı için önemli bir yol gösterici öneme sahiptir. Evrensel 0.2 GHz 12 GHz ultra geniş bant geniş dinamik ve yüksek hassasiyetli bir alıcı tasarlanmıştır. 60 kHz'de 30 dB faz gürültüsü farkı ve 1 M'de 10 dB faz gürültüsü farkı ile iki tür geniş bant yerel osilatör 1 ve geniş bant yerel osilatör için uygundur. Titreşim 2, gürültü rakamı sadece 0,2 dB'lik test sonucunu etkiler.Farklı yerel osilatör modüllerine sahip bu alıcı kanal, istikrarlı gürültü performansı ve iyi göstergeler ile uzayda, havacılıkta, gemi ve kara platformlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Referanslar
Li Shijie, Chen Zhangyou, Zhang Lan, vd.Çok kanallı çift frekanslı yüksek frekanslı bir radar alıcısının analog ön ucunun tasarımı.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2018, 44 (2): 31-35.
Zhang Jingui, Xu Xingchen. Faz gürültüsünün 8PSK uydu iletişim bağlantısı üzerindeki etkisi Radyo İletişim Teknolojisi, 2014, 40 (4): 15-17.
Zhou Yubing, Qu Shengyang Yerel osilatör faz gürültüsü ve GMSK demodülasyon performansı üzerindeki etkisi Ölçme ve Kontrol Teknolojisi, 2015, 34 (2): 62-65.
Yang Guoxiang, QAM Sisteminde Faz Gürültüsü Bastırma Algoritması Araştırması Xi'an: Xidian Üniversitesi, 2014.
Zhong Sen, Xia Wei, He Zishu Faz gürültüsünün zaman farkı tahmini üzerindeki etkisinin analizi.Elektronik ve Bilgi Dergisi, 2014, 36 (11): 2614-2620.
Yang Jun, Xu Qiang.Frekans kaynağının faz gürültüsünün radar sisteminin performansı üzerindeki etkisi. Ship Electronic Warfare, 2016, 39 (1): 58-61.
Ren Quanhui, Chen Xiangcheng.Düşük sinyal-gürültü oranı altında tutarlı sinyalin DOA tahmin algoritması üzerine araştırma.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2018, 44 (11): 53-56.
Zhang Xiangfeng Faz Gürültü Test Sisteminde Dijital Sinyal İşleme Yöntemi Araştırması Xi'an: Xidian Üniversitesi, 2011.
Ju Qingyun, Tang Liang, Li Xinwei ve diğerleri.Rubidyum atomik saatler için düşük faz gürültülü voltaj kontrollü bir osilatör.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2016, 42 (11): 84-87.
WARD P, DUWEL A. Doğrusal olmamayı kapsayan bir analitik modelin osilatör faz gürültüsü sistematik yapısı IEEE İşlem Ultrasonik Ferroelektrik Frekans Kontrolü, 2011, 58 (1): 195-205.
TASIC A, SERDIJN W A, LONG J R. Bipolar LC-osilatör teorisinde faz gürültüsünün spektral analizi, doğrulama ve tasarım Devreler ve Sistem I üzerinde IEEE İşlemleri: Düzenli Makaleler, 2010, 57 (4): 737-751.
TRAVERSA F L, BONANI F. Osilatör gürültü karakterizasyonu için bitişik Floquet özvektörünün frekans alanı değerlendirmesi IET Devreleri, Cihazlar ve Sistemler, 2011, 5 (1): 46-51.
SUH I, ROBLIN P. AM'den PM'ye gürültü dönüşümü olan ve olmayan osilatörlerde 1 / f gürültüsü için model karşılaştırması Mikrodalga Teorisi ve Teknikleri üzerine IEEE İşlemleri, 2011, 59 (12): 3129-3145.
Zheng Xiaoguang.Faz Gürültü Ölçüm Sisteminin Tasarımı Nanjing: Güneydoğu Üniversitesi, 2016
Hao Yan, Zhao Aiping, Chen Yingming.Alıcı aşağı dönüşüm gürültüsü rakam ölçüm yöntemi üzerine araştırma.Zaman ve Frekans Dergisi, 2016, 39 (2): 104-110.
yazar bilgileri:
Li Xiaqin
(Çin Güneybatı Elektronik Teknolojisi Araştırma Enstitüsü, Chengdu 610036, Sichuan)
