Современная электроника №5/2020

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 49 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2020 Рис. 3. Фазовый шум непрерывного и импульсного сигналов Рис. 2. Фрагмент спектра несущей с импульсной модуляцией на n × F , где n –натуральноечисло. Ампли- туда спектральных линий (см. рис. 1) будетиметьожидаемуюогибающуювида sin( x )/ x , нуликоторойвозникают в точке 1/ τ , где τ – длительность импульса. При увеличении ЧПИ увеличива- ется расстояние между спектральны- ми линиями. Если ЧПИ очень низкая, спектральные линии будут расположе- ны близко друг к другу и могут поме- шать доплеровской обработке. Ана- логично и при измерениях фазовых шумов: увеличение интервала между частотными линиями увеличивает воз- можности измерения фазового шума между спектральными линиями c точки зрения значения максимально доступ- ной отстройки от несущей. Фазовый шум периодических сигналов с импульсной модуляцией При амплитудной модуляции форми- руется спектр с симметричными отно- сительно несущей частоты боковыми полосами, включающими спектраль- ные линии с интервалом F . Дополни- тельно каждая линия в спектре также содержит фазовый шум несущей, нало- женный в процессе свёртки. Этот добав- ленный шум на каждой спектральной линии можно легко выделить, изучив импульсный спектр сигнала с импульс- ной модуляцией на анализаторе спек- тра при полосе разрешения RBW << F , при этом увеличив полосу обзора до отображения нескольких отдельных спектральных линий. На рисунке 2 показан фрагмент спек- тра несущей с частотой 1 ГГц, моду- лированной импульсным сигналом с длительностью импульса 10 мкс и F = 10 кГц. Здесь хорошо различимы боковые полосы фазового шума несу- щей. Можно заметить, что фазовый шум несущей накладывается на каждую спектральную линию. Также видно, что U-образная кривая формируется между каждой линией спектра. Ещё из рисун- ка можно увидеть, что для отстройки частоты больше, чем F /2, новая инфор- мация о фазовом шуме отсутствует, и его измерения проводятся, как прави- ло, с отстройкой частоты от несущей, не превышающей указанного значе- ния. В классическом случае при изме- рении фазовых шумов после фазово- го детектора ставят фильтр нижних частот. Частота среза этого фильтра меньше F /2, что гарантирует проведе- ние измерений фазовых шумов в кор- ректном диапазоне отстроек частоты. Различие между фазовым шумом непрерывного и импульсного сигналов При сравнении фазового шума для сигнала с импульсной модуляцией и без импульсной модуляции для одно- го и того же источника оказывается, что фазовый шум в первом случае выше, особенно при больших отстройках от несущей частоты. На рисунке 3 пред- ставлен график, на котором построена зависимость фазового шума от частот- ной отстройки. Кривые на рисунке 3 получены путём измерения фазового шума с помо- щью анализатора фазовых шумов FSWP компании Rohde & Schwarz. Использовалась импульсная модуля- ция с τ = 10 мкс и F = 10 кГц. Макси- мальная отстройка частоты для изме- рения импульсного сигнала равна F /2 = 5 кГц. Фазовый шум импульс- ного сигнала начинает отличаться от фазового шума непрерывного сигнала, начиная с отстройки частоты поряд- ка 400 Гц. Фазовый шум примерно на 8 дБ выше при отстройке F /2. Сравни- вая рисунки 2 и 3, можно заметить схо- жую форму кривой. Как отмечалось ранее, при ампли- тудной модуляции формируются две боковые полосы выше и ниже несу- щей. Свёртка всех отдельных спек- тров приводит к появлению всех воз- можных сумм и разностей несущей частоты, всех гармоник модулирующе- го сигнала. Если боковые полосыфазо- вого шума присутствуют в несущей, то спектр импульсного сигнала сво- рачивается со спектром несущей и её шумовыми боковыми полосами. Процесс модуляции накладыва- ет шумовые боковые полосы несу- щей на каждую спектральную линию импульса так, как это пояснено на рисунках 4 и 5. Для фиксированной длительности модулирующего импульса увеличе- Непрерывный сигнал –30 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 1 10 100 1000 10000 Отстройка частоты, Гц С(f), дБн/Гц Импульсный сигнал