相位噪声的基本概念
在我们了解相位噪声的正式定义之前,让我们先看看理想信号(完美振荡器)之间的差异。
在频域中,该信号由一条谱线表示。然而,在现实世界中,信号上总是存在小的、不需要的幅度和相位波动。在理想情况下,所有的功率集中在单一的频率上。现实中CW信号都存在不同程度的频率抖动和幅度抖动。
请注意,频率波动实际上是时域方程相位角部分的附加项。由于相位和频率相关,因此您可以等效地讨论不需要的频率或相位波动。
在维基百科中,相位噪声的定义是“时域不稳定性(抖动)导致波形在相位上发生快速、短期、随机的波动,这种波动在频域中的表现即为相位噪声”。这一术语中的“噪声”一词告诉我们,它指的不是杂散或确定性波动。定义中提到的“短期”是为了与确定时钟源纯净度时所用的其他方法加以区别,例如以百万分之几(ppm)为单位的稳定度。它通常是以更大的时间长度进行测量,例如秒或分钟。
在频域中,信号不再是离散的谱线。现在,它由谱线的扩展来表示 - 由于随机幅度和相位波动,以调制边带的形式高于和低于标称信号频率。
所以相位噪声在时域表现为相位的抖动,原因是一个振荡器的相位不稳定性。
而在频域表现为载波的噪声边带,这种噪声边带将淹没近载波端的小信号。
相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。
相位噪声通常是许多射频应用中的限制因素,并且在各种各样的应用中都很重要。它通常被认为是调制器和发射机,但它在接收器中也很重要。相位噪声会对数字系统和雷达系统产生重大影响。
相位噪声是衡量信号发生器件品质的最重要指标之一,在航空航天与国防以及通信领域的应用中起着重要的作用。相位噪声也是表征频率稳定性的基本概念。
频率稳定性是指振荡源在规定的时间段内产生相同频率的一种度量。频率稳定性又分为长期稳定性和短期稳定性。
长期频率稳定性描述几小时、几天、几个月甚至几年内的频率变化特性。而短期频率稳定性指若干秒内额定载波频率的变化。这里主要介绍短期频率稳定性。在量化相位噪声的众多技术指标中,最常用的测量指标是“单边带(SSB) 相位噪声”。从数学角度来讲,美国国家标准与技术研究院(NIST)将其定义为偏离载波频率处单位带宽内的单边带信号功率与载波信号总功率的比值。
长期频率稳定性描述了长时间(天、月或年)内发生的信号频率的变化。
另一方面,短期频率稳定性是信号频率在几秒或更短时间内的变化。短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示,在频域内用相位噪声来表示。
SA(f) - 用功率谱密度来描述调幅噪声
与 L(f) 定义类似,SA(f) 定义为一个 AM调制边带中的噪声功率除以总信号功率,单位为 dBc/Hz。AM噪声在相位噪声测量中起着重要作用,因为它会影响相位噪声测量的精度。
此处所示的示例表明,虽然 AM噪声通常被认为小于相位噪声,但在某些偏移频率下,AM噪声可能等于甚至超过相位噪声值。
调制解调器中的源和转换过程都会影响整个系统的相位噪声。因此,残余BER 是调制解调器和射频源的函数。残余BER 受到发射器和接收器源的影响!这些都是非常重要的!如果没有调制解调器和RF,则无法评估系统残余BER。同样,如果没有调制器/发射器和接收器/解调器,就不可能评估系统残余BER。
高质量的系统需要对主要相位噪声和失真分量进行参数测试,以保证一致的可互换部件性能。
总 RMS 相位噪声是所有源的几何总和
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