相位噪聲及對雷達(dá)及通信系統(tǒng)影響

隨著技術(shù)的發(fā)展，射頻元器件的噪聲系數(shù)越來越低，放大器的動態(tài)范圍也越來越大，增益也大有提高，使得系統(tǒng)的靈敏度和選擇性以及線性度等主要技術(shù)指標(biāo)都得到較好的解決。同時，隨著技術(shù)的不斷提高，又提出了更高的要求，這就要求系統(tǒng)必須具有較低的相位噪聲，在現(xiàn)代技術(shù)中，相位噪聲已成為限制主要因素。今天就來了解一下相位噪聲及對雷達(dá)及通信系統(tǒng)影響。

（一）相位噪聲的定義

相位噪聲(Phase Noise)是指系統(tǒng)(如射頻器件)在各種噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號相位的隨機變化。它是衡量頻率標(biāo)準(zhǔn)源(高穩(wěn)晶振、原子頻標(biāo)等)的短期穩(wěn)定度的重要指標(biāo)，隨著頻率源性能的不斷改善，相應(yīng)噪聲越來越小，因而對相位噪聲的測量要求也越來越高。

相位噪聲通常定義為在某一給定偏移頻率處的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB為單位的該頻率處功率與總功率的比值。

如圖1所示，一個振蕩器在某一偏移頻率處的相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內(nèi)的信號功率與信號的總功率比值，約等于中心頻率f0處曲線的高度與fm處曲線的高度之差。

通常情況下，一個單頻率正弦信號是頻域的沖擊函數(shù)，但在使用頻譜分析儀或接收機測量中測量中，在頻譜的周圍會有很多毛刺，噪底被抬升，越接近信號的中心頻率，噪聲越高，相位噪聲就表現(xiàn)為近邊帶的噪聲干擾。而影響發(fā)射機信號相位噪聲的因素包括內(nèi)部晶振、時鐘穩(wěn)定度，變頻本振源，以及鎖相環(huán)的性能等。在接收端，接收機的本振相位噪聲性能是影響被測信號相噪的主要因素，而相位噪聲決定了接收機分辨近端不等幅信號的能力。

（二）相位噪聲對雷達(dá)及通信系統(tǒng)的影響

相位噪聲及其時域?qū)?yīng)物、抖動在雷達(dá)和通信系統(tǒng)中也有一定影響，因此高速數(shù)字調(diào)制方案和先進(jìn)雷達(dá)（也使用復(fù)雜數(shù)字調(diào)制技術(shù)進(jìn)行脈沖壓縮）的最新進(jìn)展使雷達(dá)和通信系統(tǒng)更容易受到相位噪聲性能退化的影響。

在標(biāo)準(zhǔn)的星座圖中，相位噪聲可以被視作旋轉(zhuǎn)模糊的符號位置在經(jīng)過反復(fù)試驗后周圍的理想符號位置。在低符號位置計數(shù)數(shù)字調(diào)制方法中，這不是特別關(guān)注的問題。然而，在較高的正交調(diào)幅（QAM）系統(tǒng)和其他高符號位置計數(shù)調(diào)制方法中，由于相位噪聲，符號間干擾會顯著增加。根據(jù)符號的密度，通信方案甚至可能受相位噪聲限制而非受干擾或噪聲限制。

對于雷達(dá)系統(tǒng)，相位噪聲同樣具有破壞性，特別是對于多普勒雷達(dá)和依賴數(shù)字調(diào)制方法的先進(jìn)脈沖壓縮技術(shù)。

以多普勒雷達(dá)為例，通過對原發(fā)射信號和回波信號的頻偏和頻移的轉(zhuǎn)換，可直接計算多普勒雷達(dá)的距離和速度。頻率偏置或偏移的任何變化都將使多普勒雷達(dá)的頻率-時間轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差，并導(dǎo)致距離和速度不準(zhǔn)確。在遠(yuǎn)距離下或在監(jiān)測快速移動目標(biāo)時，頻率精度的相位噪聲變化可能會導(dǎo)致無法接受的雷達(dá)性能退化。

雖然相位噪聲通常被歸為振蕩器選擇問題，但來自放大器、混頻器和其他有源和無源信號鏈組件的附加相位噪聲也可能成為整個系統(tǒng)相位噪聲性能的一個限制因素。

如果振蕩器作為上轉(zhuǎn)換或下轉(zhuǎn)換的本機振蕩器（LO）的相位噪聲性能足夠，但低噪聲放大器（LNA）來自本機振蕩器驅(qū)動混頻器的附加相位噪聲和混頻器的相位噪聲性能較差，則信號中的整體相位噪聲可能低于預(yù)期范圍。

功率放大器（PAs）和混頻器作為低噪聲放大器在許多雷達(dá)和通信體系結(jié)構(gòu)中有著廣泛使用，在限制相位噪聲的設(shè)計中也必須考慮這些組件的附加相位噪聲。

審核編輯 ：李倩