脉冲重复频率和脉宽对脉冲相噪的灵敏度测试

频谱分析仪知识概述

频谱分析仪知识

一、概述

（一）用途

频谱分析仪是频域测试领域使用最广泛的一类仪器，可以测量连续波、脉冲及调制等多种信号的频谱，可以测试信号的频率、功率、带宽、调制等参数，增加选件可以进行相位噪声、噪声系数、信道功率、矢量信号、网络参数、故障定位、电磁兼容等测试分析，广泛应用于通信、雷达、导航、频谱管理、信号监测、信息安全等测试领域，还可以用于电子元器件、部件和设备的科研、生产、测试、试验以及计量等。

（二）分类与特点

频谱分析仪按其工作原理可分为非实时频谱分析仪和实时频谱分析仪两大类。

 非实时频谱分析仪特点

非实时频谱分析仪按工作原理分为扫描调谐型、超外差型等，它们首先对输入信号按时间顺序进行扫描式调谐变频，然后对变频后的信号进行中频滤波、包络检波、视频滤波等处理，最终得到信号的频谱信息。这种扫描式频谱分析仪在某一瞬间只能“观看”一个频率，逐次“观看”待测信号的全部频率范围，因此，它们只能分析在规定时间内频谱几乎不变化的周期重复信号。但是，扫本振型超外差式频谱分析仪具有频率范围宽、选择性好、灵敏度高、动态范围大等多项优点，是目前用途最广泛的一类频谱分析仪。

 实时频谱分析仪特点

实时频谱分析仪通过FFT变换，能同时观测显示其规定频率范围内所有频率分量，而且保持了两个信号间的时间关系（相位关系），使得它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分析瞬时信号和猝发信号。实时触发、无缝捕获和多域分析是实时频谱分析仪的几个主要特点。实时频谱分析仪可以很好地解决现代雷达和通信系统中出现的脉冲压缩、捷变频、直扩、跳频、码分多址和自适应调制等各种复杂信号的测试需求。

频谱分析仪按其结构形式可分为台式、便携式、手持式和模块（VXI、PCI、PXI、LXI等总线形式)等类型产品。

（三）产品国内外现状

国内生产频谱分析仪的厂家主要有：中国电子科技集团41所、成都前锋电子、天津德力、北京普源精电、安泰信电子、苏州同创电子等单位。中国电子科技集团41所拥有台式、便携式、手持式和模块产品，频率范围覆盖3Hz～50GHz（通过外扩频方式可到110GHz）。成都前锋、北京普源精电、安泰信等单位推出的产品以中低档为主，频率范围基本在射频频段。国外厂家以美国安捷伦公司和德国罗德施瓦茨公司为代表，最高测量频率达到67GHz。

相位噪声

引言

频率合成技术就是把一个或者多个高稳定度、高准确度的参考频率，经过各种信号处理技术，生成具有同等稳定度和准确度的各种离散频率。频率合成器是无线传输设备中的核心部件，无论无线传输设备采用哪种变频体制，都离不开频率合成器。发射机利用频率合成器把基带信号上变频，搬移到设置的无线传输频率，通过天线发射出去；与之相反，接收机利用频率合成器把天线接收的无线信号下变频，变为基带信号，再进行解调等后续处理。频率合成器件的主要性能指标：①频率范围（带宽）；②频率分辨率；③频率转换时间；④频率准确度和稳定度；⑤频谱纯度（主要影响因素是相位噪音和寄生干扰）。

相位噪声的概述

频率源的相位噪声是一项非常重要的性能指标，它对电子设备和电子系统的性能影响很大，主要影响系统的门限性能和邻道干扰，特别在低速率和高阶调制体制中。从频域看它分布在载波信号两旁按幂律谱分布。用这种信号不论做发射激励信号，还是接收机本振信号以及各种频率基准时，这些相位噪声将在解调过程中都会和信号一样出现在解调终端，引起基带信噪比下降。在通信系统中使话路信噪比下降，误码率增加；在雷达系统中影响目标的分辨能力，即改善因子。接收机本振的相位噪声，当遇到强干扰信号时，会产生“倒混频”使接收机有效噪声系数增加。所以随着电子技术的发展，对频率源的相位噪声要求越来越严格，因为低相位噪声，在物理、天文、无线电通信、雷达、航空、航天以及精密计量、仪器、仪表等各种领域里都受到重视

单独提相位噪声来谈频率合成器的实现没有任何实际意义，因为涉及频率合成器的指标还有输出频率、频率步进、频率转换时间、工作带宽、体积、功耗等相关因索，只有综合考虑这些因素，才能优选最佳方案。例如在跳频通信中，频率转换时间和工作带宽是2个重要指标，微波频段的接力通信中频率合成器输出较高的频率是设计的难点，当体积、功耗受限时，方案和器件的选择也会受限。有时频率合成器的要求太高，可以考虑优化系统的方案，如变频方式、频率步进配置等

相噪对EVM和频偏的影响

1 参数定义

1.1 相噪的定义

为了理解相位噪声谱L(f)的定义，我们首先定义时钟信号的功率谱密度)(fSc。将时钟信号接频谱分析仪，即可测得)(fSc。相位噪声谱L(f)定义为频率f处的)(fSc值与时钟频率cf处的)(fSc值之差，以dB表示。图1说明了L(f)的定义。

图1. 相位噪声谱的定义

相位噪声谱L(f)的数学定义为：)](/)(log[10)(ccccfSfSffL in dBc (1)

1.2 EVM的定义

EVM指标通常用来描述发射信号的调制精度。TD-SCDMA和宽带CDMA（WCDMA）标准都用这个指标表征发射信号的质量。众所周知接收机的BER指标通常用来描述信噪比的性能。

EVM是一个幅值量，表示为一个百分比，但是每个测量点上的相位和幅值误差都是要测量的。很多信号都要测量EVM。实际上，EDGE标准要求要在200个以上的突发脉冲上测量EVM，因此它通常指的是RMS或者峰值EVM。

RMS EVM定义为平均误差矢量功率与平均基准功率的比值的平方根。峰值EVM是在测量区间内出现的最大EVM。

1.3 频率偏移的定义

频率偏移用来衡量频率稳定度，频率稳定度为用户设备(UE)射频传输与基站(BS)射频传输之间的已调载波频率之差。在一个时隙周期内，相对于从BS接收到的信号，UE频率稳定度应当在±0.1ppm范围内。所以综测仪的频率稳定度至少应在±0.05ppm范围内。

2 参数相互之间的关系

2.1 相噪与EVM的关系

时钟信号周期抖动PERJ是实测周期和理想周期之间的时间差。由于具有随机分布的特点，可以用峰-峰值或均方根值(RMS)描述。我们首先定义门限为THV的时钟上升沿位于时域的)(nTPER，其中n是一个时域系数，如图1所示。

我们将PERJ表示为：0)1(TTJPERPER (2)

其中0T是理想时钟周期。由于时钟频率固定，随机抖动PERJ的均值应该为零，PERJ的RMS可以表示为：RMS PERPERJJ2。从图2时钟波形可以看出JPER和TPER之间的关系。

提高频谱仪测试灵敏度的方法

提高频谱仪测试灵敏度的方法有多种，具体如下：

减小分辨率带宽。信号分辨能力由中频滤波器带宽即分辨率带宽决定。若两个信号的幅度不等，但频率仍然靠得很近，则小信号有可能被大信号的响应所淹没，因而出现测量误差。因此在频谱分析仪测试过程中可以通过减小分辨率带宽来提高频谱分析仪的灵敏度。

减小VBW。减小VBW不会对显示的CW信号频谱造成影响，因为CW信号检波输出为DC信号，DC信号通过低通滤波处理时，不会被滤波器带宽所影响。需要注意的是：减小VBW可以对噪声信号进行平滑，但并不是得到该噪声信号的功率平均值。

充分利用视频滤波器。视频带宽应小于0.1-0.01分辨带宽。

使用前置放大器。前置放大器有助于增加频谱分析仪的灵敏度。具体地，内部前置放大器需要选件，工作频率范围一般为〈3GHz。前置放大器的开关由[Amplitude] Int Amp：on/off 控制。外置放大器对频谱分析仪灵敏度的改善=放大器件增益-放大器噪声系数。

降低噪声系数。降低噪声系数可以提高频谱分析仪的灵敏度。

提高放大器增益。提高放大器增益可以增加频谱分析仪的灵敏度。

需要注意的是，提高频谱仪测试灵敏度的技术方法可能会与其它测量要求存在矛盾，如较小的分辨带宽会大大增加测量的时间，0dB输入衰减会增加输入驻波比，降低测量精度，增加前置放大会影响频谱仪动态范围指标。因此，在实际操作中需要根据实际情况进行选择和调整。

单脉冲雷达距离和速度测量精度技术解析

摘要：科技在快速的发展，社会在不断的进步，分析了单脉冲雷达测量误差的不同来源及其对测量精度的贡献，并给出了误差分类，对于随机误差给出了工程上常用的减小误差方法。

关键词：单脉冲雷达；测量精度；误差分析；卡尔曼滤波

引言

单脉冲雷达属于一种较为精密测量雷达，通过测量运动目标距离测站的距离变化和距离变化率，再结合伺服跟踪系统的测角数据，从而完成对目标运行轨迹测量。单脉冲雷达在进行距离测量时，很容易受内外因素的影响，导致距离测量存在较大的误差，会造成目标飞行任务不必要的损失。因此，为了提升单脉冲雷达距离的准确性，采用合理的速度测量精度技术是非常必要的，下面就对单脉冲雷达距离和速度测量精度技术的相关内容，展开分析和阐述。

1单脉冲雷达的主要干扰技术分析

随着电子干扰技术的迅速发展，如今能够对雷达实施干扰的技术非常多，我们从战术应用角度将其分为常规干扰和非常规干扰两大类。其中，常规干扰具体指的是雷达对抗中经常采用的普适性较强的一些干扰方法，其主要干扰原理是有效降低雷达接收信号的信噪比。常用的常规干扰技术主要包括阻塞噪声、射频存储转发干扰和无源干扰等。雷达抗常规干扰的主要方法是提升雷达的跟踪和探测性能，比如增加隐身天线、增加发射功率以及采用低截获概率技术等。非常规干扰主要是指对采用了特定技术的雷达或者构造、功能比较特殊的雷达实施干扰的方法和措施。一般来讲，对特定的雷达进行非常规干扰应当先侦查、收集被干扰雷达的一些特定信息（比如雷达频率、雷达操作系统等），然后使干扰机在逼真复现被干扰雷达信号的同时有效控制信号，从而产生虚假现象，通过制造假的雷达目标回波，让被干扰雷达产生错误的数据和信息。非常规干扰方法对跟踪雷达的干扰更为有效，这也是对单脉冲雷达进行干扰时经常采用的方法。这类干扰技术主要有距离欺骗、角度欺骗、速度欺骗和自动增益控制欺骗等。其中，距离欺骗的特点是利用干扰信号将雷达距离波门从真目标上脱开，以控制、转发或延迟等有效手段使雷达产生距离假目标。其干扰原理是通过发送干扰让雷达两个距离波门中的信号强度不一样，从而干扰雷达的距离分辨能力。角度欺骗干扰的主要特点是在单脉冲雷达分辨角内设置两个或以上的干扰源，对单脉冲雷达的角跟踪系统精度和准确度实施干扰。速度欺骗的特点是通过发送两个高低不同频移的干扰信号，从而让雷达速度跟踪波门难以准确测定目标的移动速度。自动增益控制欺骗的特点是通过连续不断的干扰使AGC不断进行控制转化，从而造成雷达接收机工作失常，进而出现跟踪、探测中断或雷达整体性能下降等问题。

射频参数测试方法

射频参数测试方法用于评估和验证射频设备或电路的性能。以下是常见的射频参数测试方法：

1. 频率测量：此测试方法用于确定设备的工作频率。常见的测试仪器包括频谱分析仪、频率计等。通过测量设备的输出信号频率，可以确定设备的工作频率是否在要求范围内。

2. 输出功率测量：输出功率是衡量射频设备输出能力的重要参数。通常使用功率计或功率传感器进行测量。测试时需要将功率计连接到设备的输出端口，以获取设备的输出功率值。

3. 灵敏度测试：灵敏度是指设备在接收信号时的最低输入功率。该测试方法通常使用信号发生器和功率计结合，通过逐渐降低输入信号的功率，观察设备的接收能力和误码率，以确定设备的灵敏度水平。

4. 相位噪声测量：相位噪声是指设备输出信号的相位稳定性和纯净度。通常使用频谱分析仪进行测量。通过将设备的输出信号连接到频谱分析仪，可以确定设备的相位噪声水平。

5. 谐波和杂散测试：谐波和杂散是设备输出信号中非预期频率成分的表现。通过使用频谱分析仪或谐波分析仪，可以检测设备输出信号中的谐波和杂散水平。 6. 带宽测量：带宽指设备能够传输的信号频率范围。常见的方法是使用频谱分析仪进行测量，观察设备输出信号的功率在不同频率上的分布情况，以确定设备的带宽。

7. 信噪比测量：信噪比是指设备输出信号中所包含的有效信号与噪声的比值。该测试方法通常使用信号发生器提供有效信号，配合功率计或频谱分析仪测量噪声水平，从而计算信噪比值。

接收机灵敏度的测量方法

１７６　应用方法论　科２０　１窄未７霸　＿Ｌ　２年第期　

接收机灵敏度的测量方法　

王硕　

（中电集团二十所，陕西西安７１００６８）　

摘要接收机灵敏度表征了雷达接收微弱信号的能力，准确测量接收机灵敏度对于预估接收作用距离有其重要意义。本文　

分析了接收机的噪声、信号形式，详细解释了两种简单，－Ｊ４－ｉ－￣灵敏度测试方法。　

关键词接收机；灵敏度；测量　

中圈分类号ＴＮ　文献标识码Ａ　文章编号１６７３—９６７１一（２０１２）０４１—０１７６—０２　

１灵敏度是衡量电子接收机设备接收信号能力的指标　

接收机的性能影响灵敏度的大小，接收机接收微弱信　

号的能力越强则灵敏度越强，接收机灵敏度的定义为：保　

持接收机正常工作的最小可接收信号强度。这里我提出两　

种对接收机灵敏度的测量方法：传统的噪声系数法和临界　

灵敏度的直观测量法。　

２噪声系数法测量接收机灵敏度　

接收机灵敏度用来表征接收机接收微弱信号的能力。　

而噪声是影响接收机的灵敏度的重要因素。接收机的噪　

声有２种，内部噪声和外部噪声，其中的内部噪声是由接　

收机馈线、高中频放以及混频器等器件产生的。内部噪声　

越小，灵敏度就越高。通常来说，现代通信都是远距离传　

输，接收信号经发射天线扩散后都是比较微弱的，所以对　

设备的接收机接收灵敏度有着较高的要求。降低接收机内　

部噪声是提高灵敏度的重要方法。　

在有噪声的环境下接收机工作，不但要将输出信号　

放大到一定的数值，而且要使其输出信噪比达到所需数　

值。当性噪比为０　ｄＢ，我们可以得到临界灵敏度的定义　

Ｓ　＝ｋＴＢＦ。　其中ｋ为玻尔之曼常数，Ｔ为绝对温度，Ｂ为噪声通频宽，Ｆ为　

接收机噪声系数。当中取Ｔ为室温２９０　Ｋ，噪声通频带Ｂ为接收机带　

宽的话可以将公式算出：　

Ｓｉｍｉｎ＝一１　１４ｄＢ＋１０１１ｇＢ（ＭＨｚ）＋１０１ｇＦ　

也就是说，只要把接收机的噪声系数Ｆ测出便可算出其临界灵　

敏度Ｓ　，我们把这种接收机灵敏度的测试方法叫做噪声系数法。　

相位噪声 2

引言

频率合成技术就是把一个或者多个高稳定度、高准确度的参考频率，经过各种信号处理技术，生成具有同等稳定度和准确度的各种离散频率。频率合成器是无线传输设备中的核心部件，无论无线传输设备采用哪种变频体制，都离不开频率合成器。发射机利用频率合成器把基带信号上变频，搬移到设置的无线传输频率，通过天线发射出去；与之相反，接收机利用频率合成器把天线接收的无线信号下变频，变为基带信号，再进行解调等后续处理。频率合成器件的主要性能指标：①频率范围（带宽）；②频率分辨率；③频率转换时间；④频率准确度和稳定度；⑤频谱纯度（主要影响因素是相位噪音和寄生干扰）。

相位噪声的概述

频率源的相位噪声是一项非常重要的性能指标，它对电子设备和电子系统的性能影响很大，主要影响系统的门限性能和邻道干扰，特别在低速率和高阶调制体制中。从频域看它分布在载波信号两旁按幂律谱分布。用这种信号不论做发射激励信号，还是接收机本振信号以及各种频率基准时，这些相位噪声将在解调过程中都会和信号一样出现在解调终端，引起基带信噪比下降。在通信系统中使话路信噪比下降，误码率增加；在雷达系统中影响目标的分辨能力，即改善因子。接收机本振的相位噪声，当遇到强干扰信号时，会产生“倒混频”使接收机有效噪声系数增加。所以随着电子技术的发展，对频率源的相位噪声要求越来越严格，因为低相位噪声，在物理、天文、无线电通信、雷达、航空、航天以及精密计量、仪器、仪表等各种领域里都受到重视

单独提相位噪声来谈频率合成器的实现没有任何实际意义，因为涉及频率合成器的指标还有输出频率、频率步进、频率转换时间、工作带宽、体积、功耗等相关因索，只有综合考虑这些因素，才能优选最佳方案。例如在跳频通信中，频率转换时间和工作带宽是2个重要指标，微波频段的接力通信中频率合成器输出较高的频率是设计的难点，当体积、功耗受限时，方案和器件的选择也会受限。有时频率合成器的要求太高，可以考虑优化系统的方案，如变频方式、频率步进配置等

射频指标测试介绍

1.发射功率测试：此测试用于测量射频发送器的输出功率。它可以确定发送器是否能够产生足够的功率来传输信号，并且可以评估发送器的功率调制性能。

2.接收灵敏度测试：此测试用于测量接收器的输入灵敏度。它可以确定接收器能够在低信号强度环境下正确接收和解调信号的能力。接收灵敏度测试也可以检测和识别接收机中的任何感知性能问题。

3.频率响应测试：此测试用于测量电路对不同频率信号的响应情况。它可以确定电路的传输带宽和谐振频率，以及其对不同频率信号的衰减和失真情况。

4.相位噪声测试：此测试用于测量信号生成器或接收器的相位噪声水平。它可以评估设备的时钟稳定性，并确定设备对相位噪声的敏感性。

5.频谱分析测试：此测试用于测量信号的功率分布和频率分量。它可以分析信号的频谱特性，识别不同频率成分的信号干扰，并检测频率偏移和固有噪声等问题。

7.动态范围测试：此测试用于测量设备的最小可测量信号和最大可测量信号的范围。它可以判断设备对弱信号和强信号的处理能力，评估设备的动态范围性能。

在实际应用中，射频指标测试主要用于电信、无线通信、广播电视、雷达、航空航天等领域，用于评估和提升射频设备和系统的性能和可靠性。射频指标测试结果可以用于优化射频电路和系统设计、提高通信质量和传输速率、优化系统抗干扰能力等。总之，射频指标测试是一种重要的射频设备和系统性能评估方法，通过测量和分析射频信号的传输特性、幅度、频率、谐振、带宽等指标，可以评估设备和系统的质量和性能，从而优化设计和提升性能。

开关电源的纹波噪声及测试方法

开关电源的纹波和噪声

来源：今日电子／21ic 作者：北京航空航天大学方佩敏

开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，

一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，

因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左

右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输

出的噪声电压也较小，其单位是μV。

本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。

纹波和噪声产生的原因

开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关

动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关

的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源

线输入开关电源。

开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。噪声脉冲串的频

率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰

值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。