本發(fā)明屬于微波測試，具體涉及一種放大器附加相位噪聲的測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、高精密儀表中，放大器的附加相位噪聲對系統(tǒng)性能有著顯著影響。附加相位噪聲反映的是放大器對輸入信號相位噪聲的惡化，即放大器增加到輸入信號的相位噪聲。附加相位噪聲的測量可以用于評估放大器的相位噪聲性能是否可以滿足系統(tǒng)需要，具有實(shí)際意義。現(xiàn)有的附加相噪測量裝置及方法方法，尤其是近端相位噪聲(@1hz)的測試裝置和方法存在測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本昂貴的問題?，F(xiàn)有技術(shù)中，附加相位噪聲測量裝置由參考源、功分器、衰減器、移相器、鑒相器、單片機(jī)控制模塊、正交相位控制模塊、電源模塊、噪聲電壓處理dsp模塊等硬件模塊組成，且對參考源、鑒相器的相位噪聲有很高的要求，這種附加相噪測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；或者使用商用儀表進(jìn)行測試，在使用商用儀表進(jìn)行測試時(shí)不僅需要噪底極低的頻譜分儀設(shè)備進(jìn)行相位噪聲測量，而且需要相位噪聲極低的信號源用于產(chǎn)生待測放大器的輸入信號，這樣的附加相位噪聲測量系統(tǒng)價(jià)格十分昂貴。因此，有必要發(fā)明一種簡單高效的放大器附加相噪的測量裝置，簡化附加放大器附加相位噪聲測量系統(tǒng)復(fù)雜度，降低附加相位噪聲測量成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提出了一種放大器附加相位噪聲測量裝置及方法，針對現(xiàn)有放大器附加相位噪聲測量裝置，特別是測量近端相位噪底的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格昂貴的問題，結(jié)合放大器輸入輸出信號頻率一致的特點(diǎn)，使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生放大器的輸入信號，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣放大器的輸出信號，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣信號進(jìn)行處理計(jì)算獲得放大器的附加相位噪聲，該方法設(shè)計(jì)的附加相位噪聲測量裝置主要由數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘源組成，裝置結(jié)構(gòu)簡單；數(shù)模轉(zhuǎn)換器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用同一采樣時(shí)鐘，利用采樣時(shí)鐘的相關(guān)性降低對數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘的相位噪聲要求，降低了測量裝置的成本。

2、本發(fā)明的一種放大器附加相位噪聲的測量裝置，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器件、衰減器1、衰減器2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、時(shí)鐘源、模擬電源、數(shù)字電源、可編程邏輯器件和上位機(jī)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、時(shí)鐘源、模擬電源安裝在同一pcb電路板上，可編程邏輯器件和數(shù)字電源可以安裝在與上述器件同一pcb電路板上，或者安裝在pcb電路板上通過電纜與上述器件安裝的pcb電路板連接；上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與可編程邏輯器件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3、上位機(jī)將待測放大器所需測量的頻率fc傳輸給可編程邏輯器件，所述可編程邏輯器件控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器件產(chǎn)生相應(yīng)頻率的射頻信號，該射頻信號通過衰減器1將信號功率調(diào)整在待測放大器允許輸入功率范圍內(nèi)，衰減后的射頻信號作為待測放大器的輸入信號；待測放大器將輸入的射頻信號放大產(chǎn)生輸出信號，所述衰減器2將待測放大器輸出信號的功率衰減在模數(shù)轉(zhuǎn)換器件允許的輸入范圍內(nèi)，輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換器件；模數(shù)轉(zhuǎn)換器件對輸入信號進(jìn)行采樣，將采樣結(jié)果輸出給可編程邏輯器件，所述可編程邏輯器件對采樣結(jié)果進(jìn)行數(shù)字下變頻、濾波和抽取，將采樣數(shù)據(jù)的采樣率降至fs2并將抽取后的數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)，所述上位機(jī)對抽取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換獲得頻譜功率信息，經(jīng)過計(jì)算得到待測放大器的附加相噪。

4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的采樣率fs1一致，由時(shí)鐘源產(chǎn)生；模擬電源產(chǎn)生數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件模擬部分的電源；所述數(shù)字電源產(chǎn)生可編程邏輯器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件數(shù)字部分的電源。

5、進(jìn)一步地，數(shù)字下變頻、濾波、抽取可以在可編程邏輯器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)也可以在上位機(jī)中實(shí)現(xiàn)，在可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)可以有效降低傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)量降為fs2/fs1，減少從可編程邏輯器件到上位機(jī)的傳輸時(shí)間，提高測量效率。

6、進(jìn)一步地，時(shí)鐘源產(chǎn)生一路時(shí)鐘信號，該信號經(jīng)過功分后分別進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件作為它們的采樣時(shí)鐘，或者時(shí)鐘源也可產(chǎn)生兩路時(shí)鐘信號，各自進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件作為它們的采樣時(shí)鐘。

7、本發(fā)明的一種放大器附加相位噪聲的測量方法，包括以下步驟：可編程邏輯器件對收集到的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件采樣的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字下變頻、濾波和抽取，將采樣數(shù)據(jù)的采樣率降低至fs2并將抽取后的數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)；上位機(jī)對抽取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換獲得頻譜功率信息p(f)，-fs2/2<f<fs2/2；頻偏f處的附加相位噪聲為γ(f)＝p(f)-10*log10(δf/1hz)-p(0)(dbc/hz)，p(0)為放大器輸出信號頻率處的頻譜功率，δf為離散傅里葉變換后的頻譜分辨率，δf＝fs2/n，n為抽取后的數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)。

8、模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的采樣時(shí)間t(s)與傅里葉變換后的頻譜分辨率δf相關(guān)，t＝1/δf。

9、附加相位噪聲的測量精度受系統(tǒng)噪聲和采樣點(diǎn)數(shù)n的影響，提高采樣點(diǎn)數(shù)n能夠提高測量精度，直至達(dá)到系統(tǒng)噪聲本底。

10、本發(fā)明的有益效果在于

11、1、本發(fā)明提出的放大器附加相噪測量裝置主要有數(shù)模轉(zhuǎn)換器件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、可編程邏輯器件、時(shí)鐘源組成，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。

12、2、本發(fā)明使用同一時(shí)鐘源產(chǎn)生數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件采樣時(shí)鐘的方法，抵消了模數(shù)轉(zhuǎn)換器件與數(shù)模轉(zhuǎn)換器件由于采樣時(shí)鐘產(chǎn)生的相位噪聲對附加相噪測量的影響，有效的降低了對模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器件、時(shí)鐘源相位噪聲的要求，在p波段內(nèi)裝置具有-95dbc/hz@1hz的附加相位噪聲測試能力。

13、3、本發(fā)明提出的放大器附加相噪測量裝置受上位機(jī)控制，可以進(jìn)行自動化測量，提高了測量效率。

技術(shù)特征：

1.一種放大器附加相位噪聲的測量裝置，其特征在于：包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器件、衰減器1、衰減器2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、時(shí)鐘源、模擬電源、數(shù)字電源、可編程邏輯器件和上位機(jī)；數(shù)模轉(zhuǎn)換器件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、時(shí)鐘源、模擬電源安裝在同一pcb電路板上，可編程邏輯器件和數(shù)字電源可以安裝在與上述器件同一pcb電路板上，或者安裝在pcb電路板上通過電纜與上述器件安裝的pcb電路板連接；上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與可編程邏輯器件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放大器附加相位噪聲的測量裝置，其特征在于：數(shù)字下變頻、濾波、抽取可以在可編程邏輯器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)也可以在上位機(jī)中實(shí)現(xiàn)，在可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)可以有效降低傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)量降為fs2/fs1，減少從可編程邏輯器件到上位機(jī)的傳輸時(shí)間，提高測量效率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放大器附加相位噪聲的測量裝置，其特征在于：所述時(shí)鐘源產(chǎn)生一路時(shí)鐘信號，該信號經(jīng)過功分后分別進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件作為它們的采樣時(shí)鐘，或者時(shí)鐘源也可產(chǎn)生兩路時(shí)鐘信號，各自進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件作為它們的采樣時(shí)鐘。

4.一種放大器附加相位噪聲的測量方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種放大器附加相位噪聲的測量裝置，其特征在于：可編程邏輯器件對收集到的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件采樣的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字下變頻、濾波和抽取，將采樣數(shù)據(jù)的采樣率降低至fs2并將抽取后的數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)；上位機(jī)對抽取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換獲得頻譜功率信息p(f)，-fs2/2<f<fs2/2；頻偏f處的附加相位噪聲為γ(f)＝p(f)-10*log10(δf/1hz)-p(0)(dbc/hz)，p(0)為放大器輸出信號頻率處的頻譜功率，δf為離散傅里葉變換后的頻譜分辨率，δf＝fs2/n，n為抽取后的數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種放大器附加相位噪聲的測量方法，其特征在于：模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的采樣時(shí)間t(s)與傅里葉變換后的頻譜分辨率δf相關(guān)，t＝1/δf。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種放大器附加相位噪聲的測量方法，其特征在于：附加相位噪聲的測量精度受系統(tǒng)噪聲和采樣點(diǎn)數(shù)n的影響，提高采樣點(diǎn)數(shù)n能夠提高測量精度，直至達(dá)到系統(tǒng)噪聲本底。

技術(shù)總結(jié)
為了簡化附加放大器附加相位噪聲測量系統(tǒng)復(fù)雜度，降低附加相位噪聲測量成本，本發(fā)明提出了一種放大器附加相位噪聲測量裝置及方法，結(jié)合放大器輸入輸出信號頻率一致的特點(diǎn)，使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生放大器的輸入信號，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣放大器的輸出信號，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣信號進(jìn)行處理計(jì)算獲得放大器的附加相位噪聲，該方法設(shè)計(jì)的附加相位噪聲測量裝置主要由數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘源組成，裝置結(jié)構(gòu)簡單；數(shù)模轉(zhuǎn)換器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用同一采樣時(shí)鐘，利用采樣時(shí)鐘的相關(guān)性降低對數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘的相位噪聲要求，降低了測量裝置的成本。

技術(shù)研發(fā)人員：曹強(qiáng),張玉華,王翌,商林峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23