Современная электроника №5/2020

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 50 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2020 ние шума на несущей частоте F c будет обратно пропорционально F . Низкое значение F соответствует высокой спек- тральной плотности и большему шуму, в то время как увеличение ЧПИ приве- дёт к снижениюшума на несущей. Как правило, вблизи несущей уро- вень шума падает очень быстро – со скоростью порядка 20…40 дБ на декаду. Из-за формы огибающей спектра сигнала с импульсной модуляцией, соответствующей функции sin( x )/ x , наложенный шум на этих отстрой- ках будет ниже уровня шума непре- рывного сигнала. Но при больших отстройках, вплоть до F /2, отклоне- ние будет более заметным, особен- но если кривая спектра шума непре- рывного сигнала имеет «пьедестал». Так как «пьедестал» на кривой фазо- вого шума означает относительно постоянный уровень энергии во всём диапазоне отстроек частоты, суммар- ная энергия наложенного шума будет больше, чем для области с постоянно уменьшающимся наклоном. Зависимость параметров шума от характеристик модулирующих импульсов На основе изложенного можно сде- лать вывод об изменении фазового шума импульсной несущей в зависи- мости от значения F и длительности импульса τ . Лучше всего это можно оце- нить по результатам реальных измере- ний фазового шума при различной дли- тельности импульсов. На рисунке 6 приведены результа- ты трёх измерений фазового шума импульсно-модулированной несущей. Все измерения проводились при посто- янном значении F = 10 кГц. Первое измерение проводилось при длитель- ности импульса 10 мкс, результаты показаны с помощью синей (сред- ней) кривой. Для второго измерения длительность импульса была увели- чена до 50 мкс, результаты показаны с помощью зелёной (нижней) кривой. Фазовый шум уменьшился примерно на 6 дБ. Для этого измерения длитель- ность импульса была увеличена в пять раз, что привело к кратному уменьше- ниюширины основного лепестка спек- тра и количества спектральных линий в основном лепестке. Ожидаемое сни- жение фазового шума для этого случая составляет 10lg 10 (1/5) = –6,9 дБ. Полу- ченное значение является упрощённой аппроксимацией наихудшего случая изменения фазового шума. Последнее измерение, результаты которого соответствуют жёлтой (верх- ней) кривой на рисунке 6, проводи- лось при длительности импульса 1 мкс, что в 10 раз меньше, чем во время пер- вого измерения. Видно, что уменьше- ние длительности импульса привело к увеличению фазового шума несущей. Исходя из этого, в общем случае фазовый шум импульсной несущей не будет таким же, как фазовый шум непрерывной несущей, в особенно- сти при больших отстройках. С учётом того, что фазовый шум является одним из важнейших и в то же время ограни- чивающих характеристик для радио- систем, его измерения становятся важ- ной прикладной задачей. Метод фазового детектора для измерения фазового шума Как правило, высокоточные изме- рения фазового шума выполняются с помощью калиброванного фазо- вого детектора, в котором величина отклонения фазы несущей пропор- циональна напряжению на выходе фазового детектора. Сигнал с выхо- да фазового детектора проходит через фильтр нижних частот и усиливается до подачи на высокопроизводитель- ный аналого-цифровой преобразо- ватель или анализатор Фурье. Реали- зация метода фазового детектора для измерения фазового шума пояснена на рисунке 7. F c F c Рис. 6. Вариации фазового шума, вызванные изменением длительности импульса Рис. 4. Спектр несущей и её боковые шумовые полосы Рис. 5. Спектр шумовых боковых полос, наложенных на каждую спектральную линию