Фазовый шум — важный параметр для работы радиолокационной системы. Большинство радаров используют импульсную модуляцию, и скорость цели определяется путем определения доплеровского сдвига отраженного сигнала от цели относительно частоты передатчика. Собственный фазовый шум передатчика сильно влияет на разрешение и точность этого измерения, ограничивая порог обнаружения и точность работы РЛС. Поэтому фазовый шум импульсных сигналов становится все более важным измерением. Вклады в фазовый шум в импульсных радиолокационных системах могут быть аддитивными или абсолютными, при этом для их измерения используются разные методы, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Предлагая решение как для аддитивных, так и для абсолютных измерений, метод фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) хорошо подходит для определения характеристик фазового шума, так как он обеспечивает широкий динамический диапазон с низким уровнем шума, воспроизводимость и надежность. Анализатор фазовых шумов PNA от AnaPico с новым гетеродином (LO) является полезным инструментом для определения характеристик фазового шума импульсных сигналов. В этой статье сначала обсуждается его использование для измерения абсолютного фазового шума, а затем рассматриваются измерения аддитивного фазового шума не из излучающих сигнал компонентов, таких как усилители, например.
Абсолютный фазовый шум
Шум импульсного сигнала состоит из шума, поступающий из опорного генератора и шума, введенного импульсной модуляцией. На рис. 1 показан спектр идеального импульсного сигнала с периодом импульса T и шириной импульса τ. Выше частоты повторения импульсов (PRF) импульсная модуляция полностью маскирует фазовый шум; поэтому данные для частоты смещения выше PRF обычно опускаются. Вблизи PRF фазовый шум сигнала увеличивается за счет импульсной модуляции: суммирования шума несущей с первым спектральным изображением, которое сдвинуто вправо на 1 / T. Увеличение зависит от скважности импульсной модуляции τ / T и является детерминированным.
Абсолютный фазовый шум
Шум импульсного сигнала состоит из шума, поступающий из опорного генератора и шума, введенного импульсной модуляцией. На рис. 1 показан спектр идеального импульсного сигнала с периодом импульса T и шириной импульса τ. Выше частоты повторения импульсов (PRF) импульсная модуляция полностью маскирует фазовый шум; поэтому данные для частоты смещения выше PRF обычно опускаются. Вблизи PRF фазовый шум сигнала увеличивается за счет импульсной модуляции: суммирования шума несущей с первым спектральным изображением, которое сдвинуто вправо на 1 / T. Увеличение зависит от скважности импульсной модуляции τ / T и является детерминированным.
Рисунок 1: Спектр импульсно-модулированного сигнала с шириной импульса τ и периодом импульса T.
Метод измерения с петлей ФАПЧ требует, чтобы настраиваемый гетеродин был синхронизирован по фазе с сигналом тестируемого устройства (DUT). В импульсных условиях поддержание синхронизации по фазе может оказаться сложной задачей. Устранение шума прибора при отключенном сигнале DUT также является сложной задачей, особенно при измерении очень коротких импульсов или очень низких рабочих циклов. Низкая частота повторения импульсов или короткие импульсы могут привести к сдвигу фазы от квадратурной фазы и даже к потере синхронизации при неправильной обработке. В PNA AnaPico сложная схема обнаружения импульсов надежно поддерживает фазовую синхронизацию и активно подавляет фоновый шум прибора, когда импульс отсутствует. В результате анализатор PNA способен надежно измерять импульсы при экстремальных параметрах импульса (см. Рисунок 2). Поскольку процесс блокировки может быть активен только во время периода «включения импульса» и должен ждать в течение периода «выключения импульса», измерения низкой ширины импульса, низкого коэффициента заполнения и очень высокой или очень низкой частоты импульсов могут оказаться трудными для измерения. Несмотря на эти проблемы, анализатор фазовых шумов PNA может измерять импульсы длительностью до 40 нс и частоту повторения импульсов от 500 Гц до 5 МГц с коэффициентом заполнения до 0,1 процента.
Рисунок 2: Импульсные сигналы 3,8 ГГц с длительностью импульса ≥40 нс и частотой повторения импульсов ≤5 МГц.
Вносимый фазовый шум
Фазовый шум в радиолокационных системах исходит от различных источников, а не только от синтезатора частоты - прежде всего от импульсного модулятора и усилителей мощности. Таким образом, при анализе импульсной радиолокационной системы полезно оценить добавленный фазовый шум от каскадов усилителя. Для измерения аддитивного шума усилитель должен работать в реальных условиях с использованием малошумящего источника импульсно-модулированного сигнала. Для этого можно использовать выход LO анализатора источника сигнала PNA. На рисунке 3 показана схема двухканального кросс-коррелированного измерения аддитивного фазового шума усилителя. Импульсный управляющий сигнал для DUT синтезируется непосредственно в PNA, разделяется на три тракта и подается на два входа REF и вход RF анализатора источника сигнала. Помимо трехполосного делителя, для настройки опорных трактов на квадратурную фазу требуются только два механических фазовращателя, при этом фазовый шум управляющего сигнала подавляется и может быть измерен остаточный шум ИУ. Измерение c кросс-корреляциями устраняет приборный шум и существенно повышает чувствительность прибора. Программное обеспечение PNA проводит пользователя через два этапа калибровки, делая измерение практически таким же простым, как измерение абсолютного фазового шума.
Фазовый шум в радиолокационных системах исходит от различных источников, а не только от синтезатора частоты - прежде всего от импульсного модулятора и усилителей мощности. Таким образом, при анализе импульсной радиолокационной системы полезно оценить добавленный фазовый шум от каскадов усилителя. Для измерения аддитивного шума усилитель должен работать в реальных условиях с использованием малошумящего источника импульсно-модулированного сигнала. Для этого можно использовать выход LO анализатора источника сигнала PNA. На рисунке 3 показана схема двухканального кросс-коррелированного измерения аддитивного фазового шума усилителя. Импульсный управляющий сигнал для DUT синтезируется непосредственно в PNA, разделяется на три тракта и подается на два входа REF и вход RF анализатора источника сигнала. Помимо трехполосного делителя, для настройки опорных трактов на квадратурную фазу требуются только два механических фазовращателя, при этом фазовый шум управляющего сигнала подавляется и может быть измерен остаточный шум ИУ. Измерение c кросс-корреляциями устраняет приборный шум и существенно повышает чувствительность прибора. Программное обеспечение PNA проводит пользователя через два этапа калибровки, делая измерение практически таким же простым, как измерение абсолютного фазового шума.
Рисунок 3: Измерение импульсного аддитивного фазового шума с использованием внутреннего гетеродина PNA: блок-схема (а) и фото (б) установки.
Анализаторы источников сигналов PNA от AnaPico позволяют легко и надежно измерять абсолютный и аддитивный фазовый шум импульсных сигналов на частотах до 65 ГГц. Используя усовершенствованный метод ФАПЧ, анализатор обеспечивает большой динамический диапазон и, в сочетании с кросс-корреляционным анализом, низкий уровень шума. Приборы предлагают интуитивно понятные стандартные (опция PULSE) или расширенные (опция NPS) решения по измерению фазового шума в импульсе. Недавно выпущенная опция доступа к интерфейсу гетеродина обеспечивает доступ к внутренним малошумящим источникам импульсных сигналов, устраняя необходимость во внешних источниках для измерения аддитивного фазового шума и делая настройку измерения более быстрой и интуитивно понятной.
Для наиболее точных измерений фазового шума рекомендуем использовать анализаторы фазового шума AnaPico PNA7, PNA20, PNA40, PNA50, PNA65.
За более подробной информацией и помощью в подборе оборудования Вы можете обращаться к нашим менеджерам любым удобным способом: воспользоваться формой обратной связи на сайте, по телефону: +7 (383) 203-10-00 или по e-mail: info@alfa-instr.ru.
