低相位噪声在微波源中的研究

1 引言

随着技术的不断发展，各种微波设备对振荡信号的相位噪声要求越来越高。目前在微波振荡源中广泛采用的倍频链方式，因需要多次倍频、放大、滤波而必须采用较多的有源器件从而产生了较大的附加噪声。对微波振荡源的相位噪声有较大的影响。2856MHz微波源同时利用了脉冲倍频锁相环和介质振荡器两项技术，有效的提高了微波振荡源的相位噪声，同时具有谐波低、体积小、功耗小、可靠性高的优点。可用于卫星通信、雷达、实验设备等对相位噪声要求较高的场合。

2 相位噪声的定义与测量[1]

相位噪声是用来表征一个微波源的短期频率稳定度。相位噪声的概念可通过图1来说明。

图1 相位噪声概念的说明

当一个理想的单频正弦波振荡频率源ƒ0很稳定时，其时域信号波形相位过零点的位置在短期内（通常指1秒内）应当是稳定不变的，如图中（a）所示。对应的在频域中的频谱应是一条谱线ƒ0，如图中（c）所示。但是当因噪声等随机因素引起频率不稳定时，时域中相位过零点位置会抖动，称为噪声对相位的寄生调制，如图中（b）所示。相位变化则频率也会发生变化，在频域中对应的频谱不是ƒ0一条谱线了，而是如图中（d）所示扩散为一个连续频谱。谱线从ƒ0向两边扩展范围的宽窄与频率稳定度相关。频率稳定度越好，则扩展越窄，谱值变化越陡。因此在频域可用相位噪声大小来表征短期频率稳定度。在实际测量中，由于相位噪声频谱特性是对称的，常用单边带SSB（Single Side Band）相位噪声来表征短期频率稳定度。SSB相位噪声L（ƒ）定义为：偏离频率源ƒo为ƒoff处，每赫兹带宽的单边带功率PSSB与频率源功率P0 之比，通常用dB表示，图2为其示意图。

图2 SSB相位噪声示意图
 

3 设计要求

设计的2856MHz微波源主要电特性指标：

输出信号频率：2856MHz；
信号输出功率：
1端口、2端口输出功率≥100mW(20dBm),
3端口、4端口输出功率≥20mW(13dBm)；
输出信号频率准确度：≤±50KHz；
输出信号相位噪声：≤-105dBc/Hz@20KHz；
谐杂波抑制：≥50dBc；
放大器带宽：≥4MHz；
路间隔离度：≥40dBc。