摘 要：在微波收发设备中，各本振信号、发射信号等射频信号的相位噪声水平直接影响到泄露、检测门限、灵敏度等关键系统指标。所以对微波信号相位噪声的测量是保证系统正常运行的重要保证。本文将从相位噪声的原理、测量方法等多方面进行分析，对不同测试方法进行了研究和比较。
关键词：相位噪声；鉴频法测量；参考信号源
1 相位噪声
相位噪音指的是各种射频器件输出的系统信号在噪音的影响下出现的随机变化，表示了无线电波的幅度、相位、频率的相互影响。相位噪声通常分为两大类：两端口相位噪声和绝对相位噪声。两端口噪声是由设备的分配噪声引起的器件噪声，是对信号时间变化的另一种测量方式，其测量结果能在频率域内显示，通常放大器、混频器等都会有两端口噪声；而绝对相位噪声指的是设备输出口端所出现的总相位噪声，它同时也是器件两端口相位噪声和振荡器噪声的函数。我们在实际的测量中的测量重点在于测量震荡源的绝对相位噪声，所以下文重点介绍微波源绝对噪声的测量方法。
2 测量相位噪声的意义
根据以往实验数据表示，信号源的相位噪音在信号电平分散在较宽动状态围的频率交换中至关重要。例如：如果把两个频率不同的信号输入到变频器之中，然后再加入一个本地震荡信号分别与两个信号混频，使得两个信号变成中频信号，结果发现本地振荡器的相位噪声直接转化撑了混频器的输出。即使变频以后大信号的混频项得到恢复，可是本地振荡器的振荡噪声边带大于两个小信号，这个实验充分说明了本振噪声对系统灵敏度和准确度的影响。在实际的通信中，临近的相位噪声的相位抖动对系统的错误率有较大的影响。在很多通信系统里，调制信号的频是很高的，刚开始时信噪比也很高，但是大部分微波中转站都采用上边频法和下边频法放大信号，就可以得到传输的正常电平，在经过几个中继站之后，宽带噪声会越来越大，由此可见，如果本振的宽带噪声电平太高，对于系统的精度和准度都影响很大。所以，解决相位噪声对于系统、对于实验结果和研究结果有着十分重要的意义。
相位噪声的影响：相位噪声在实际的系统运作过程中会对系统的运作过程和结果产生很大影响，例如对接收机、通讯系统、多普勒雷达系统等。下面我们主要讨论一下相位噪声对接收机的影响。随着科学技术的发展，器件的减噪放大器的动态范围、电路系统的各项技术指标均在快速发展，相位噪声已经成为限制电路系统发展的一大原因，如何降低相位噪声是人们一直以来在研究的重点。在电磁环境不好的情况下，接收器能够提取弱小有用信号是非常有必要的，但是如果附近存在强干扰信号，接收机混频器就会容易出现倒易混频现象。在存在本振相噪差时，如果本频相噪差，接收机就收不到弱小信号，因此我们对接收机的要求是选择性和大动态。
3 测量相位噪声的方法
3.1 直接频谱测量方法
最简单、最直接也是最经典的相位测量技术，把信号分析仪调到适当频率，直接测量功率谱密度。这种方法在测量对频谱密度时存在载波，对测量结果可能有比较大的影响，但是这种方法的优点是可以快速便捷的测定出拥有高噪音的信号源的质量，由于信号分析仪不能区分调幅噪声和相位噪声，所以要求相位噪声必须远远大于被测物件的调幅噪声。
3.2 参考信号源测量法
这种方法需要用到双平衡混频器，由被测物件和信号源两个信号来源为双平衡混频器提供信号。为了使测量的结果更精确，参考信号源的相位噪声应该尽可能的低，基带信号会被放大出入分析仪器。参考信号源测量法的优点是灵敏度高，测量范围广，而且还可以跟踪漂移信号源；该方法的缺点是在测量高漂移信号源时需要较宽的调节范围。
3.3 鉴频器测量方法
鉴频器测量方法也是一种常用的高效的测量微波相位噪音的方法，该方法不需要参考信号源，鉴频器方法的优点是在测量较大的噪声源的时候或者测量高电平的相位噪音时不会受到影响，但是在一定程度上降低了测量的灵敏度。鉴频器测量时吧信号分成了两路通道，其中一路相对产生延迟，从而把频率的起伏转化成了相位的变化，然后鉴相器的两个输出相位形成正交，把相位的波动转化为电压的波动在频率以噪声的形式在分析仪上显示，把频率噪声转化为相位噪声读数。
3.4 鉴相器测量方法
如果使用鉴相器进行相位噪声的测量可以分离调幅噪声和相位噪声，更准确地测量微波相位噪音，在测量过程中，使用鉴相器可以有效地把两个输入信号之间之间的相位差转化为输出端的电压。
3.5 双通道互相关测量技术
该技术其实是两个相同的单通道参考信号源结合在一起形成的系统，由于分开了两个通道，所以两个通道中被测试噪声是不相干的，不会受到彼此之间的影响，此外，两个通道之中被测试的噪声通过互相关的速度也有了相应的降低。双通道互相关测量技术跟其他方法相比优势十分明显，拥有极其出色的测量灵敏度，但是想要实现双通道互相关测量技术需要有非常好的硬件性能，而且互相关级数的增加也会相应的影响到测量速度。
3.6 数字鉴相器测量法
科学的测量方法都是在实践中不断改进的，我们通过在实验中对于模拟延迟线鉴相器方法的总结改进之后得到了数字鉴相器测定法，用来测量一些相位较大、较不稳定的信号源，数字鉴相器测量法比模拟延迟线鉴相器方法拥有更宽更广的噪声测定范围，而且与其他鉴定方法不同的是，数字鉴相器测定方法在任何频率都不需要重新连接模拟延迟线，但是该方法在实际测量中会受到LNA和ADC的限制。
4 总结
微波相位噪声是衡量频率标准源频稳质量的一个关键指标，随着技术的不断提高，相应噪声量也会越来越小，因此对于微波相位噪声的测量也提出了越来越高的要求。
参考文献：
[1]孙隆庆.频谱分析与频谱测量[M].人民邮电出版社，1982.
[2]王保华等.调频无线电技术[M].上海科学技术出版社，1978.
作者简介：薛飞（1982-），男，河南洛阳人，工程师，研究方向：雷达导引头总体设计及试验。