锁相环相位噪声模型及测量方法研究

作     者：段秀林 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈晓龙

授予年度：2018年

学科分类：11[军事学] 0810[工学-信息与通信工程] 1105[军事学-军队指挥学] 08[工学] 081002[工学-信号与信息处理] 110503[军事学-军事通信学] 

主      题：相位噪声 幂律模型 锁相环 锁相式频率合成器 鉴相法 

摘      要：随着科学技术发展的日新月异,锁相技术已经成为现代通信、航空航天、精密仪器仪表等电子领域当中的核心技术,相位噪声作为影响锁相环输出信号质量的一项关键性指标,受到了当前学术界和工业界的广泛关注,超低相位噪声的锁相环系统能够提高卫星的定位精度、改善图像信息传输的质量、降低通信系统中的数据传输误码率,在产生巨大经济效益的同时也能够带动其他相关领域的迅速发展和创新,因此对于锁相环相位噪声指标的研究以及如何精确测量频率源信号的相位噪声已逐渐受到社会的广泛重视。本文首先简单介绍了锁相环的基本工作原理以及环路的动态工作过程,通过软件仿真的手段直观的描述了环路在工作过程中的时频域特性以及相位噪声特性,同时介绍了当前锁相环系统的一些具体应用。随后重点研究了锁相环系统器件引入噪声的幂律谱数学模型,利用最小二乘算法对环路各器件的引入噪声进行了幂律函数的拟合验证,根据环路各模块的引入噪声对最终锁相环输出信号相位噪声的影响原理,构建了锁相环输出信号的相位噪声模型,提出了基于幂律模型的锁相环相位噪声仿真新方法,并通过与实际锁相式频率合成器输出信号的相位噪声测量结果进行对比,验证了研究结论的正确性,并根据研究成果提出了降低锁相环系统输出信号相位噪声的一些建设性意见。本文最后分析了锁相环在锁相鉴相法相位噪声测量系统中的具体应用,通过对测量系统中由于环路存在而导致测量结果出现低频缺损现象的原理进行了分析,提出了对该现象的数字域补偿方法,随后重点研究了测量系统中锁相环器件引入噪声对系统相位噪声测量结果的影响机理,在此基础上提出了对最终测量结果的修正算法,该方法在理论上能够提高鉴相法相位噪声测量系统的测量精度,并通过ADS和MATLAB仿真软件对研究结论进行了验证。