评估微波接收机相噪指标的方法技术

一种评估微波接收机相噪指标的方法，涉及光电子技术与微波通信技术的交叉领域，该评估微波接收机相噪指标的方法将微波接收机分为微波链路和混频电路，微波链路为混频器前端的所有器件所级联而成的链路，混频电路为由混频器、本振源和滤波器组成的电路，微波链路和混频电路的相噪之和即为微波接收机的总相噪。本发明专利技术打破了传统的设备测试相噪的思路，采用计算的方式有效评估微波接收机的相噪指标，简单、快速，适用于电子式与光子式微波接收机，适合在工程上应用与推广。

【技术实现步骤摘要】
评估微波接收机相噪指标的方法
本专利技术涉及光电子技术与微波通信技术的交叉领域，尤其指一种评估微波接收机相噪指标的方法。
技术介绍
接收机作为通信系统的重要组成部分，其性能高低对通信系统的各项指标影响重大。相位噪声(简称相噪)作为微波接收机的一个重要指标，是指接收机(如各种微波器件)在各种噪声的作用下引起的系统输出信号相位的随机变化，常用于衡量接收机对载波相位干扰程度的大小。目前，涉及相位噪声测量的技术有多种，例如：直接频谱仪法、鉴频法、鉴相法、双通道互相关法等，这些方法的特点各异，适用范围也不尽相同，然而它们均是测量信号源相噪的测试方法，并不适宜用于测量微波接收机的相噪，在通信领域中，还没有较好的用于测量微波接收机相噪的标准方法与商用仪器设备。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提出一种评估微波接收机相噪指标的新方法，能够在频域对电子与光子式微波接收机的相噪实现有效评估。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种评估微波接收机相噪指标的方法，将微波接收机分为微波链路和混频电路，所述微波链路为混频器前端的所有器件所级联而成的电路，所述混频电路为由混频器、本振源和滤波器组成的电路，微波接收机的总相噪为微波链路和混频电路的相噪之和。进一步地，所述微波链路的相噪为由各器件的高斯白噪声、闪烁噪声以及低阶噪声对传输信号的相位产生干扰的白相噪、闪烁相噪以及其它低阶相噪之和。更进一步地，所述混频电路的相噪以本振源的相噪为主。更进一步地，所述微波链路的白相噪为：其中，Fn是第n个器件对应的噪声系数,An是第n个器件对应的电压增益，k为玻尔兹曼常数,T0是环境温度，P0是输入至微波链路中的微波功率；所述微波链路的闪烁相噪为：其中，b-1为器件的闪烁相噪系数，f为工作频率；所述微波链路的其它低阶相噪为：其中b-m为-m阶近载频相噪系数；所述微波链路所有器件的相噪之和为：其中，N表示微波链路中器件的数量，M表示噪声的数量，b-i,n为第n个器件的-i阶相噪系数。更进一步地，所述混频电路的本振源相噪为：其中，为振荡器的单边带相噪；微波接收机的总相噪为：本专利技术首次提出了一种在频域评估微波接收机相噪指标的有效方法，在该方法中，将微波接收机分为微波链路和混频电路，微波接收机的总相噪为微波链路相噪与混频电路相噪之和，微波链路相噪又由白相噪、闪烁相噪以及其它低阶相噪组成，而混频电路相噪主要考虑本振源相噪。本专利技术打破了传统的设备测试相噪的思路，采用计算的方式有效评估微波接收机的相噪指标，简单、快速，适用于电子式与光子式微波接收机，由本专利技术的相噪计算式可得知，优化微波链路的噪声系数、降低相噪系数以及采用低相噪本振源均可以有效提高微波接收机相噪指标，因此，本专利技术对于降低微波接收机的相噪具有很好地指导意义。附图说明图1为微波接收机的结构框图；图2为电子式微波接收机的结构框图；图3为光子式微波接收机的结构框图；图4为图3中微波光链路的结构框图；图5为微波接收机的相噪实验测试结果与理论评估结果的对比图。具体实施方式为便于本领域技术人员理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。图1是微波接收机的基本框架结构，该结构对于电子式与光子式微波接收机具有普适性。根据接收机的结构特征，可把接收机分为微波链路与混频电路，其中，混频器前端的所有器件级联而成的电路称为微波链路；微波链路实现对微波信号的传输与处理；混频器、本振源与滤波器组成的电路即为混频电路，混频电路实现微波信号与本振源的混频，并通过后置滤波器的选频实现中频输出。具体的，如图2所示的电子式微波接收器，电缆、可调放大器与滤波器1依次连接构成微波链路，混频器、本振源与滤波器2组成混频电路，本振源与微波链路的输出连接混频器的两微波输入端口，滤波器2与混频器的输出端相连。在微波链路中，电缆用于传输微波信号，可调放大器用于补偿微波信号的传输损耗并调谐其输出功率，滤波器1用于滤除杂波与噪声。该微波链路工作时，被接收的微波信号先通过电缆传输后到达可调放大器，通过放大器可补偿电缆传输过程中的损耗，并通过调谐放大器的增益来控制输出功率，信号再进入滤波器实现杂波与噪声抑制，然后输入至混频电路的混频器中，微波信号与本振源通过混频器实现混频输出，通过滤波器2对混频输出产物进行选频，最终实现中频输出。再有，如图3所示的光子式微波接收器，对比图2所示的电子式微波接收机，其本质上是采用了微波光链路代替传统的电缆，实现对微波信号的传输，其它工作原理与电子式接收机类似。光纤相比电缆而言，具有低损耗、大带宽、抗电磁干扰等优势，所以当前传统电缆正日渐被光缆所代替。微波光链路代替电缆传输微波信号，其工作原理如图4所示，微波信号通过电光强度调制器对激光器发射的激光信号实现“强度调制”，已调的光信号通过光纤传输后达到光电探测器完成包络检波后实现“直接解调”，最终还原成微波信号。需要补充说明的是，“强度调制”即电光转换过程，“直接解调”即光电转换过程，电光、光电转换过程均会产生转换损耗，所以，即使光纤传输损耗极低(单模通信光纤G652约为0.2dB/km)，微波光链路在传输微波信号时也会产生损耗，故需要后置一放大器实现损耗补偿。在上述微波接收机(电子式微波接收机和光子式微波接收机的统称)的微波链路中，各器件的高斯白噪声、闪烁噪声以及其它低阶噪声均会对传输信号的相位产生干扰，从而产生相应的白相噪、闪烁相噪以及其它低阶相噪，这些相噪的总和为微波链路的相噪，而由单个器件的高斯白噪声对载波产生的附加相噪即所谓的白相噪，可表示为：F是该器件的噪声系数,k为玻尔兹曼常数,T0是环境温度，P0是输入至该器件的微波功率。根据级联电路噪声系数的计算方法，由多器件级联的“微波链路”对应整个链路的白相噪b0,t可表示为：An是第n个器件对应的电压增益，Fn是第n个器件对应的噪声系数。闪烁噪声是有源器件的另一种典型噪声，由于其噪声谱密度与工作频率成反比(即与1/f成正比例)，所以也被称为1/f噪声，它会通过调制微波信号而寄生到相位中，即所谓的闪烁相噪。综合考虑白相噪和闪烁相噪两种相位噪声，单个器件的相噪可表示为：b0为器件的白相噪；b-1为器件的闪烁相噪系数，f为工作频率，即为闪烁相噪；考虑到随机漫步噪声等更为低阶的近载频噪声，单个器件的相噪更具体的可表示为：其中b-m为-m阶近载频相噪系数。对于多器件级联的微波链路，如整个链路有N个器件，共有M种噪声需要考虑，则整个微波链路的相噪可表示为：其中，b-i,n为第n个器件的-i阶相噪系数。被接收的信号通过微波链路后进入混频电路，通过混频器与本振差频，下变频后实现中频输出。在混频电路中，一般不考虑混频器的相噪，整个混频电路的相噪主要取决于本振源的相噪，即混频电路的相噪为本振源的相噪。混频处理后的中频输出信号的相噪为两混频信号相噪的叠加，即整个微波接收机的总相噪为微波链路与混频电路的相噪之和，可表示为：为本振源相噪。需要说明的是，业内常用单边带相噪来描述振荡器的相噪，两者的关系为综合上述公式，最终可得出在频域评估微波接收机相噪的数学表达式为：由上式(7)可知，微波接收机(电子式微波接收机和光子式微波接收机的统称)的总相噪由两部分组成，即微波链路相噪与混频电路相噪，微波链路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.评估微波接收机相噪指标的方法，其特征在于：将微波接收机分为微波链路和混频电路，所述微波链路为混频器前端的所有器件所级联而成的电路，所述混频电路为由混频器、本振源和滤波器组成的电路，微波接收机的总相噪为微波链路和混频电路的相噪之和。

【技术特征摘要】
1.评估微波接收机相噪指标的方法，其特征在于：将微波接收机分为微波链路和混频电路，所述微波链路为混频器前端的所有器件所级联而成的电路，所述混频电路为由混频器、本振源和滤波器组成的电路，微波接收机的总相噪为微波链路和混频电路的相噪之和。2.根据权利要求1所述的评估微波接收机相噪指标的方法，其特征在于：所述微波链路的相噪为由各器件的高斯白噪声、闪烁噪声以及低阶噪声对传输信号的相位产生干扰的白相噪、闪烁相噪以及其它低阶相噪之和。3.根据权利要求2所述的评估微波接收机相噪指标的方法，其特征在于：所述混频电路的相噪以本振源的相噪为主。4.根据权利要求3所述的评估微波接收机相噪指标的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪俊，李祖林，严亚周，刘海波，王小虎，张松华，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43