一种放大器附加相位噪声的测量装置及方法与流程

本发明属于微波测试，具体涉及一种放大器附加相位噪声的测量装置及方法。

背景技术：

1、在通信系统、雷达系统、高精密仪表中，放大器的附加相位噪声对系统性能有着显著影响。附加相位噪声反映的是放大器对输入信号相位噪声的恶化，即放大器增加到输入信号的相位噪声。附加相位噪声的测量可以用于评估放大器的相位噪声性能是否可以满足系统需要，具有实际意义。现有的附加相噪测量装置及方法方法，尤其是近端相位噪声(@1hz)的测试装置和方法存在测量系统结构复杂、成本昂贵的问题。现有技术中，附加相位噪声测量装置由参考源、功分器、衰减器、移相器、鉴相器、单片机控制模块、正交相位控制模块、电源模块、噪声电压处理dsp模块等硬件模块组成，且对参考源、鉴相器的相位噪声有很高的要求，这种附加相噪测试系统结构复杂；或者使用商用仪表进行测试，在使用商用仪表进行测试时不仅需要噪底极低的频谱分仪设备进行相位噪声测量，而且需要相位噪声极低的信号源用于产生待测放大器的输入信号，这样的附加相位噪声测量系统价格十分昂贵。因此，有必要发明一种简单高效的放大器附加相噪的测量装置，简化附加放大器附加相位噪声测量系统复杂度，降低附加相位噪声测量成本。

技术实现思路

1、为此，本发明提出了一种放大器附加相位噪声测量装置及方法，针对现有放大器附加相位噪声测量装置，特别是测量近端相位噪底的装置结构复杂价格昂贵的问题，结合放大器输入输出信号频率一致的特点，使用数模转换器产生放大器的输入信号，使用模数转换器采样放大器的输出信号，对模数转换器的采样信号进行处理计算获得放大器的附加相位噪声，该方法设计的附加相位噪声测量装置主要由数模转换器、模数转换器、时钟源组成，装置结构简单；数模转换器与模数转换器使用同一采样时钟，利用采样时钟的相关性降低对数模转换器、模数转换器、时钟的相位噪声要求，降低了测量装置的成本。

2、本发明的一种放大器附加相位噪声的测量装置，包括数模转换器件、衰减器1、衰减器2、模数转换器件、时钟源、模拟电源、数字电源、可编程逻辑器件和上位机；数模转换器件、模数转换器件、时钟源、模拟电源安装在同一pcb电路板上，可编程逻辑器件和数字电源可以安装在与上述器件同一pcb电路板上，或者安装在pcb电路板上通过电缆与上述器件安装的pcb电路板连接；上位机通过网络与可编程逻辑器件进行数据交换。

3、上位机将待测放大器所需测量的频率fc传输给可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件控制数模转换器件产生相应频率的射频信号，该射频信号通过衰减器1将信号功率调整在待测放大器允许输入功率范围内，衰减后的射频信号作为待测放大器的输入信号；待测放大器将输入的射频信号放大产生输出信号，所述衰减器2将待测放大器输出信号的功率衰减在模数转换器件允许的输入范围内，输出至模数转换器件；模数转换器件对输入信号进行采样，将采样结果输出给可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件对采样结果进行数字下变频、滤波和抽取，将采样数据的采样率降至fs2并将抽取后的数据上传给上位机，所述上位机对抽取后的数据进行傅里叶变换获得频谱功率信息，经过计算得到待测放大器的附加相噪。

4、数模转换器件和模数转换器件的采样率fs1一致，由时钟源产生；模拟电源产生数模转换器件和模数转换器件模拟部分的电源；所述数字电源产生可编程逻辑器件、数模转换器件和模数转换器件数字部分的电源。

5、进一步地，数字下变频、滤波、抽取可以在可编程逻辑器件内实现也可以在上位机中实现，在可编程逻辑器件中实现可以有效降低传输的数据量，数据量降为fs2/fs1，减少从可编程逻辑器件到上位机的传输时间，提高测量效率。

6、进一步地，时钟源产生一路时钟信号，该信号经过功分后分别进入数模转换器件和模数转换器件作为它们的采样时钟，或者时钟源也可产生两路时钟信号，各自进入数模转换器件和模数转换器件作为它们的采样时钟。

7、本发明的一种放大器附加相位噪声的测量方法，包括以下步骤：可编程逻辑器件对收集到的模数转换器件采样的数字信号进行数字下变频、滤波和抽取，将采样数据的采样率降低至fs2并将抽取后的数据上传给上位机；上位机对抽取后的数据进行离散傅里叶变换获得频谱功率信息p(f)，-fs2/2<f<fs2/2；频偏f处的附加相位噪声为γ(f)＝p(f)-10*log10(δf/1hz)-p(0)(dbc/hz)，p(0)为放大器输出信号频率处的频谱功率，δf为离散傅里叶变换后的频谱分辨率，δf＝fs2/n，n为抽取后的数据的点数。

8、模数转换器件的采样时间t(s)与傅里叶变换后的频谱分辨率δf相关，t＝1/δf。

9、附加相位噪声的测量精度受系统噪声和采样点数n的影响，提高采样点数n能够提高测量精度，直至达到系统噪声本底。

10、本发明的有益效果在于

11、1、本发明提出的放大器附加相噪测量装置主要有数模转换器件、模数转换器件、可编程逻辑器件、时钟源组成，具有结构简单的优点。

12、2、本发明使用同一时钟源产生数模转换器件和模数转换器件采样时钟的方法，抵消了模数转换器件与数模转换器件由于采样时钟产生的相位噪声对附加相噪测量的影响，有效的降低了对模数转换器件、数模转换器件、时钟源相位噪声的要求，在p波段内装置具有-95dbc/hz@1hz的附加相位噪声测试能力。

13、3、本发明提出的放大器附加相噪测量装置受上位机控制，可以进行自动化测量，提高了测量效率。

技术特征：

1.一种放大器附加相位噪声的测量装置，其特征在于：包括数模转换器件、衰减器1、衰减器2、模数转换器件、时钟源、模拟电源、数字电源、可编程逻辑器件和上位机；数模转换器件、模数转换器件、时钟源、模拟电源安装在同一pcb电路板上，可编程逻辑器件和数字电源可以安装在与上述器件同一pcb电路板上，或者安装在pcb电路板上通过电缆与上述器件安装的pcb电路板连接；上位机通过网络与可编程逻辑器件进行数据交换；

2.根据权利要求1所述的一种放大器附加相位噪声的测量装置，其特征在于：数字下变频、滤波、抽取可以在可编程逻辑器件内实现也可以在上位机中实现，在可编程逻辑器件中实现可以有效降低传输的数据量，数据量降为fs2/fs1，减少从可编程逻辑器件到上位机的传输时间，提高测量效率。

3.根据权利要求1所述的一种放大器附加相位噪声的测量装置，其特征在于：所述时钟源产生一路时钟信号，该信号经过功分后分别进入数模转换器件和模数转换器件作为它们的采样时钟，或者时钟源也可产生两路时钟信号，各自进入数模转换器件和模数转换器件作为它们的采样时钟。

4.一种放大器附加相位噪声的测量方法，应用于权利要求1-3任一项所述的一种放大器附加相位噪声的测量装置，其特征在于：可编程逻辑器件对收集到的模数转换器件采样的数字信号进行数字下变频、滤波和抽取，将采样数据的采样率降低至fs2并将抽取后的数据上传给上位机；上位机对抽取后的数据进行离散傅里叶变换获得频谱功率信息p(f)，-fs2/2<f<fs2/2；频偏f处的附加相位噪声为γ(f)＝p(f)-10*log10(δf/1hz)-p(0)(dbc/hz)，p(0)为放大器输出信号频率处的频谱功率，δf为离散傅里叶变换后的频谱分辨率，δf＝fs2/n，n为抽取后的数据的点数。

5.根据权利要求4所述的一种放大器附加相位噪声的测量方法，其特征在于：模数转换器件的采样时间t(s)与傅里叶变换后的频谱分辨率δf相关，t＝1/δf。

6.根据权利要求4所述的一种放大器附加相位噪声的测量方法，其特征在于：附加相位噪声的测量精度受系统噪声和采样点数n的影响，提高采样点数n能够提高测量精度，直至达到系统噪声本底。

技术总结为了简化附加放大器附加相位噪声测量系统复杂度，降低附加相位噪声测量成本，本发明提出了一种放大器附加相位噪声测量装置及方法，结合放大器输入输出信号频率一致的特点，使用数模转换器产生放大器的输入信号，使用模数转换器采样放大器的输出信号，对模数转换器的采样信号进行处理计算获得放大器的附加相位噪声，该方法设计的附加相位噪声测量装置主要由数模转换器、模数转换器、时钟源组成，装置结构简单；数模转换器与模数转换器使用同一采样时钟，利用采样时钟的相关性降低对数模转换器、模数转换器、时钟的相位噪声要求，降低了测量装置的成本。技术研发人员：曹强,张玉华,王翌,商林峰受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十四研究所技术研发日：技术公布日：2024/12/23