CN111130660A - 一种相位噪声测量探头电路 - Google Patents

一种相位噪声测量探头电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相位噪声测量探头电路，被测信号S(t)和参考信号R(t)分别输入等幅等相功分模块，等幅等相功分处理后得到被测信号S(t)、S’(t)和参考信号R(t)、R’(t)，被测信号S(t)和参考信号R(t)、被测信号S’(t)和参考信号R’(t)各进入一个ADC‑Pre量化采集预处理模块得到相位参量φS和φR，两组相位参量分别送入一个差模相位参量DFT处理模块得到φS‑φR和φ’S‑φ’R的DFT信号，进一步经互相关运算模块对其进行互相关运算后得噪声谱估计，由此得被测信号的相位噪声谱。本发明通过采用ADC‑Pre量化采集预处理模块和差模相位参量DFT处理模块相结合，获得被测信号的相位噪声谱，从而提高测量精度。

Description

一种相位噪声测量探头电路
技术领域
本发明属于信号测量技术领域，涉及一种相位噪声测量探头电路。
背景技术
相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导性意义。
相位噪声好坏对通信系统有很大影响，尤其现代通信系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如何能够精准的测量信号相位噪声是射频微波领域的一项重要任务。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种相位噪声测量探头电路，随着当前接收机相位噪声指标越来越高，能够精准的测量信号相位噪声。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种相位噪声测量探头电路，其包括：两个等幅等相功分模块、两个ADC-Pre量化采集预处理模块、两个差模相位参量DFT处理模块和互相关运算模块；被测信号S(t)和参考信号R(t)分别输入一个等幅等相功分模块，进行等幅等相功分处理后得到被测信号S(t)、S’(t)和参考信号R(t)、R’(t)，被测信号S(t)和参考信号R(t)进入一个ADC-Pre量化采集预处理模块得到相位参量φS和φR，，被测信号S’(t)和参考信号R’(t)进入一个ADC-Pre量化采集预处理模块相位参量φ’S和φ’R，两组相位参量分别送入一个差模相位参量DFT处理模块得到φS-φR和φ’S-φ’R的DFT信号，进一步经互相关运算模块对其进行互相关运算后得噪声谱估计，由此得被测信号的相位噪声谱。
其中，所述被测信号S(t)、参考信号R(t)输入至ADC-Pre量化采集预处理模块，由ADC-Pre量化采样完成模拟信号数字量化，被测信号S(t)经正交数字下变频以及低通滤波器处理后输出信号QS(t)和IS(t)，参考信号R(t)经正交数字下变频以及低通滤波器处理后输出信号QR(t)和IR(t)，对信号QS(t)和IS(t)以及QR(t)和IR(t)分别取反正切arctan和最小二乘LSE计算处理后得到相位参量φS和φR。
其中，所述被测信号为：
S(t)＝sin(ωt+φS+φADCS)；
ω：信号S(t)的角频率；
φS：信号S(t)的相位参数；
φADCS：信号S(t)经ADC量化采样后引入的相位参数变量；
DDS_S(0)＝sin(ω’t+φCLK)；
DDS_S(90)＝cos(ω’t+φCLK)；
ω’：信号DDS_S(0)和DDS_S(90)的角频率；
φCLK：同源信号DDS_S(0)和DDS_S(90)以及DDS_R(0)和DDS_R(90)的固有相位参数；
QS(t)＝cos((ω-ω’)t+φS-φCLK+φADCS)；
IS(t)＝sin((ω-ω’)t+φS-φCLK+φADCS)；
φS＝φS-φCLK+φADCS。
其中，所述参考信号为：
Figure BDA0002320361310000021
Figure BDA0002320361310000031
信号R(t)的角频率；
φR：信号R(t)的相位参数；
φADCR：信号R(t)经ADC量化采样后引入的相位参数变量；
Figure BDA0002320361310000032
Figure BDA0002320361310000033
Figure BDA0002320361310000034
信号DDS_R(0)和DDS_R(90)的角频率；
φCLK：同源信号DDS_S(0)和DDS_S(90)以及DDS_R(0)和DDS_R(90)的固有相位参数；
Figure BDA0002320361310000035
Figure BDA0002320361310000036
φR＝φR-φCLK+φADCR。
其中，所述ADC量化采集预处理模块输出的相位参量φS和φR，经减法器得到二者差模信号，对φS-φR进行DFT处理，其中φS-φR如下表述：
φS-φR＝φS-φR+φADCS-φADCR≈φS-φR。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的相位噪声测量探头电路，通过采用ADC-Pre量化采集预处理模块和差模相位参量DFT处理模块相结合，获得被测信号的相位噪声谱，从而提高测量精度。
附图说明
图1为ADC-Pre量化采集预处理模块原理图。
图2为差模相位参量DFT处理模块原理图。
图3为噪声谱处理模块原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1至图2所示，本发明相位噪声测量探头电路的相位噪声测量探头信号处理模块包括ADC-Pre量化采集预处理模块和差模相位参量DFT处理模块。
参考信号R(t)是相位噪声的测量参考，被测信号相噪测量值是测量参考的叠加值，因此被测信号相噪测量值的准确度受限于测量参考的准确度。
ADC-Pre量化采集预处理模块工作原理：被测信号S(t)、参考信号R(t)输入至ADC-Pre量化采集预处理模块，由ADC-Pre量化采样完成模拟信号数字量化，被测信号S(t)经正交数字下变频以及低通滤波器处理后输出信号QS(t)和IS(t)，参考信号R(t)经正交数字下变频以及低通滤波器处理后输出信号QR(t)和IR(t)，对信号QS(t)和IS(t)以及QR(t)和IR(t)分别取反正切arctan和最小二乘LSE计算处理后得到相位参量φS和φR，其信号预处理流程如图1所示。
上述信号表达式如下：
S(t)＝sin(ωt+φS+φADCS)；
ω：信号S(t)的角频率；
φS：信号S(t)的相位参数；
φADCS：信号S(t)经ADC量化采样后引入的相位参数变量；
DDS_S(0)＝sin(ω’t+φCLK)；
DDS_S(90)＝cos(ω’t+φCLK)；
ω’：信号DDS_S(0)和DDS_S(90)的角频率；
φCLK：同源信号DDS_S(0)和DDS_S(90)以及DDS_R(0)和DDS_R(90)的固有相位参数；
QS(t)＝cos((ω-ω’)t+φS-φCLK+φADCS)；
IS(t)＝sin((ω-ω’)t+φS-φCLK+φADCS)；
Figure BDA0002320361310000041
Figure BDA0002320361310000042
Figure BDA0002320361310000043
信号R(t)的角频率；
φR：信号R(t)的相位参数；
φADCR：信号R(t)经ADC量化采样后引入的相位参数变量；
Figure BDA0002320361310000051
Figure BDA0002320361310000052
Figure BDA0002320361310000053
信号DDS_R(0)和DDS_R(90)的角频率；
φCLK：同源信号DDS_S(0)和DDS_S(90)以及DDS_R(0)和DDS_R(90)的固有相位参数；
Figure BDA0002320361310000054
Figure BDA0002320361310000055
Figure BDA0002320361310000056
差模相位参量DFT处理模块，如图2所示，其工作原理：由ADC量化采集预处理模块输出的相位参量φS和φR，经减法器得到二者差模信号，由如下公式可知能够将正交数字下变频过程中引入的同源信号DDS_S(0)和DDS_S(90)以及DDS_R(0)和DDS_R(90)的固有相位参数φCLK消除，被测信号的相位噪声测量值的不确定误差为ADC采样量化误差，而两个信号量化采样ADC均为同批次产品，且电路设计完全一致，尽可能保证二者状态一致，可将φADCS和φADCR的测量误差值尽可能一致。对φS-φR进行DFT处理，其中φS-φR如下表述：
Figure BDA0002320361310000057
如图3所示，进行噪声谱处理，被测信号S(t)和参考信号R(t)分别进行等幅等相功分处理后得到S(t)、S’(t)和R(t)、R’(t)，按图3架构进入两个ADC-Pre量化采集预处理模块，将输出信号送入差模相位参量DFT处理模块得到φS-φR和φ’S-φ’R的DFT信号，并对其进行互相关运算后可得噪声谱估计，由此可得被测信号的相位噪声谱。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种相位噪声测量探头电路，其特征在于，包括：两个等幅等相功分模块、两个ADC-Pre量化采集预处理模块、两个差模相位参量DFT处理模块和互相关运算模块；被测信号S(t)和参考信号R(t)分别输入一个等幅等相功分模块，进行等幅等相功分处理后得到被测信号S(t)、S’(t)和参考信号R(t)、R’(t)，被测信号S(t)和参考信号R(t)进入一个ADC-Pre量化采集预处理模块得到相位参量φS和φR，，被测信号S’(t)和参考信号R’(t)进入一个ADC-Pre量化采集预处理模块相位参量φ’S和φ’R，两组相位参量分别送入一个差模相位参量DFT处理模块得到φS-φR和φ’S-φ’R的DFT信号，进一步经互相关运算模块对其进行互相关运算后得噪声谱估计，由此得被测信号的相位噪声谱。
2.如权利要求1所述的相位噪声测量探头电路，其特征在于，所述被测信号S(t)、参考信号R(t)输入至ADC-Pre量化采集预处理模块，由ADC-Pre量化采样完成模拟信号数字量化，被测信号S(t)经正交数字下变频以及低通滤波器处理后输出信号QS(t)和IS(t)，参考信号R(t)经正交数字下变频以及低通滤波器处理后输出信号QR(t)和IR(t)，对信号QS(t)和IS(t)以及QR(t)和IR(t)分别取反正切arctan和最小二乘LSE计算处理后得到相位参量φS和φR。
3.如权利要求2所述的相位噪声测量探头电路，其特征在于，所述被测信号为：
S(t)＝sin(ωt+φS+φADCS)；
ω：信号S(t)的角频率；
φS：信号S(t)的相位参数；
φADCS：信号S(t)经ADC量化采样后引入的相位参数变量；
DDS_S(0)＝sin(ω’t+φCLK)；
DDS_S(90)＝cos(ω’t+φCLK)；
ω’：信号DDS_S(0)和DDS_S(90)的角频率；
φCLK：同源信号DDS_S(0)和DDS_S(90)以及DDS_R(0)和DDS_R(90)的固有相位参数；
QS(t)＝cos((ω-ω’)t+φS-φCLK+φADCS)；
IS(t)＝sin((ω-ω’)t+φS-φCLK+φADCS)；
Figure FDA0002320361300000021
4.如权利要求3所述的相位噪声测量探头电路，其特征在于，所述参考信号为：
Figure FDA0002320361300000022
Figure FDA0002320361300000023
信号R(t)的角频率；
φR：信号R(t)的相位参数；
φADCR：信号R(t)经ADC量化采样后引入的相位参数变量；
Figure FDA0002320361300000024
Figure FDA0002320361300000025
Figure FDA0002320361300000026
信号DDS_R(0)和DDS_R(90)的角频率；
φCLK：同源信号DDS_S(0)和DDS_S(90)以及DDS_R(0)和DDS_R(90)的固有相位参数；
Figure FDA0002320361300000027
Figure FDA0002320361300000028
φR＝φR-φCLK+φADCR。
5.如权利要求4所述的相位噪声测量探头电路，其特征在于，所述ADC量化采集预处理模块输出的相位参量φS和φR，经减法器得到二者差模信号，对φS-φR进行DFT处理，其中φS-φR如下表述：
Figure FDA0002320361300000029
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