Addressing Phase Noise Challenges in Radar and Communication Systems: Part 1

This blog post was first published by Custom MMIC谁加入了Qorvo家族in February 2020. Custom MMIC is known for its best-in-class die and packaged components, which augment our power amplifiers to enable multi-chip modules for a broad range of defense, aerospace and commercial applications.

介绍

相位噪声正迅速成为复杂雷达和通信系统中最关键的因素。这是因为它是雷达目标捕获和通信系统频谱完整性的关键参数。关于相位噪声的数学推导，国内外已有很多文献详细介绍，但很少有人提到相位噪声的重要性。在这两部分的博客系列的第一部分中，我们将讨论相位噪声的一般性，以及相位噪声如何影响不同微波系统的性能。

What is Phase Noise?

Phase noise is commonly used as a measure of frequency stability within an oscillator. This noise is inherently different than the general background noise of any electrical system, which is defined as kTB, where k is Boltzmann’s constant, B is the bandwidth, and T is the temperature. Instead, phase noise is a secondary effect directly related to the topology and construction of the oscillator.

图1：理想信号（蓝色）和相位噪声信号（红色）。

Why do we care about Phase Noise?

相位噪声会影响许多不同微波系统的性能。在这个博客系列的第一部分中，我们将特别讨论两个：直接下变频接收机和雷达。

直接下变频是微波通信系统中的一种接收器。直接下变频的一个好处是电路的简单性，这基本上是由本地振荡器（LO）驱动的单个混频器，以将输入的RF信号转换为基带（非常低频）。然后将该基带信号直接应用于用于处理的模数转换器。这种架构的共同术语是“射入的rf”。直接下来的一个问题是，输入的RF信号可以非常接近频率到LO，这使得转换过程易受相位噪声的影响 - 特别是如果信号强度低。

在雷达系统中，这个问题本质上是相似的。雷达系统通过一个频率发射一个脉冲，然后测量返回脉冲的频移，因为偏移与通过多普勒效应成像的物体的速度有关。物体移动非常缓慢会产生一个与传输脉冲非常接近的频率的返回脉冲，如果物体的横截面也很小，则该接收信号的功率电平也会非常低。最终，为了恢复速度信息，必须将该回波脉冲转换为基带，相位噪声会使数据模糊。

在图2中，我们可以看到，如果我们希望转换的射频信号的功率电平低于LO信号的相位噪声谱，我们将无法恢复任何基带信息，因为信号将处于噪声中。因此，降低相位噪声将提高接收机的灵敏度。

图2：理想LO信号（蓝色）、相位噪声（红色）的LO信号和我们希望转换为基带的频率（绿色）的RF信号。

在图3中，我们介绍了相位噪声如何对转换产生负面影响，这一次是多载波正交频分复用（OFDM）信号。在这个图中，我们注意到，如果LO的相位噪声太高，那么噪声将被转换为基带数据的相邻信道，从而破坏信息的完整性。

图3:阶段noise issues in OFDM systems. Ideal LO signal (blue), LO signal with phase noise (red), RF signal (green).

Stay tuned for第2部分of this blog series where we'll discuss what can be done to lessen the effects of phase noise in your microwave systems using specific Custom MMIC solutions. To start solving your phase noise challenges immediately118金宝app .