Современная электроника №6/2020

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 49 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2020 Рис. 12. Обработка сигнала на ПЛИС анализатора R&S FSWP Рис. 13. Спектр непрерывной несущей (белая кривая) и спектр той же самой несущей с импульсной модуляцией (жёлтая кривая) Цифровой преобразователь с пони- жением частоты позволяет получить точные I- и Q-сигналы, которые не искажены типичными помехами I-Q демодулятора, такими как I-Q дисба- ланс или квадратурные ошибки. После цифрового преобразователя с пониже- нием частоты сигнал проходит через фильтр низких частот (ФНЧ), чтобы устранить высокочастотные гармони- ки, возникшие после смесителя. После этого сигнал подаётся на импульсный детектор и цепь шумоподавления, кото- рые используются в случае измерения параметров импульсной несущей. Этот процесс будет более подробно описан в следующих параграфах. Для непрерыв- ных несущих сигнал подаётся на циф- ровой частотный демодулятор, кото- рый заменяет традиционный фазовый детектор систем с ФАПЧ опорного генератора. Цифровой демодулятор передаёт информацию о низкочастотном дрей- фецифровомупреобразователюспони- жением частоты для коррекции дрейфа сигнала испытуемого устройства (ИУ) и формирует кратковременные флуктуа- циичастоты, обрабатываемыеПКпосред- ством быстрого преобразования Фурье (БПФ) в спектральную плотность флук- туацийчастот S v ( f ), которуюможнолегко преобразовать в спектральнуюплотность флуктуацийфазы S Ф (f) ифазовый одно- полосный шум. Кроме того, параллель- но с ЧМ-демодулятором работает циф- ровой АМ-демодулятор, что позволяет проводить одновременные измерения амплитудного ифазовогошума. Стоит отдельно отметить, что упо- мянутая выше возможность одновре- менного измерения амплитудного и фазового шума ИУ без применения отдельных или внешних амплитуд- ных детекторов является очень важ- ной и уникальной особенностью кон- струкции прибора R&S FSWP, дающей возможность измерения таких шумо- вых параметров без дополнительной перекоммутации. Измерение фазового шума сигнала с импульсной модуляцией с учётом десенсибилизации Существует ряд проблем, усложня- ющих измерения фазового шума для импульсно-модулированной несу- щей: отсутствие уникальной инфор- мации о фазовом шуме для отстроек частоты, превышающих F/2, необходи- мость использования фильтра низких частот с частотой среза F/2. Имеются также проблемы, связанные с импульс- ной модуляцией опорного источни- ка, необходимой для минимизации перегрузки малошумящего усилителя. Дополнительной сложностью является десенсибилизация (просадка амплиту- ды импульса). Все эти факторы оказы- вают негативное влияние на точность измерения фазового шума. На рисунке 13 показан спектр непре- рывной несущей (синяя кривая) и спектр тойже самой несущей с импульс- ной модуляцией (жёлтая кривая). Следу- ет обратить внимание, что центральная линия спектра импульсного сигнала на 20,07 дБ меньше, чем у непрерывного сигнала. Десенсибилизация импуль- са возникает из-за того, что импульс- ная модуляция несущей распределяет энергию несущей по широкой полосе частот. Разницу в мощностях несущей модулированного и непрерывного сиг- налов часто называют коэффициен- том десенсибилизации импульса, кото- рый составляет 20lg( τ F ). Для спектра импульсного сигнала, изображённого на рисунке 13, длительность импуль- са составляет 10 мкс, период повторе- ния импульса – 100 мкс, таким образом, десенсибилизация равна 20 дБ. При измерениях фазового шума импульснаямодуляция в данномприме- ре снижает мощность несущейна 20 дБ, приближая её к уровню собственных шумов анализатора. Теоретическиниж- ний порог измерения фазового шума ограничен тепловым шумом. Тепловой шумпри комнатной температуре равен –174 дБмВт/Гц. Так как фазовый шум и шумамплитудноймодуляции вносят рав- ный вклад в тепловой шум, вклад фазо- вого шума в тепловой шум составляет –177 дБмВт/Гц, т.е. онна 3 дБменьше, чем полнаямощность тепловогошума. Если мощность сигнала несущеймала, напри- мер–20 дБмВт, предел, до которогомож- ноизмеритьфазовыйшум, – это разни- цамежду мощностьюсигнала несущейи АЦП 100 MS/s NCO I/Q ФМ Децимация ПК Децимация ЧМ r/ φ | • | Для импульсного фазового шума Блок обнаружения импульсов I/Q для отстроек более 30 МГц Эквалайзер I Q φ Фильтр ЧПИ Импульсный детектор Шумо- подавление