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射频信号的相干和相位

发表时间:2022/10/21 00:00:00  来源:RF技术社区  浏览次数:6781  
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众所周知,射频信号有相位的概念。相位不是射频信号的特征,而是共享相同频率的两个或更多信号之间的关系。然而,在通信和雷达应用中,经常需要多通道信号相干相参。本文简要介绍了这些概念、相关实现方法以及常见问题,如多路相干源的构建、相干传输线是否必须长度相等、相位相等等。

具有幅度和相位信息的复信号称为矢量信号,相位是一个相对值的概念,是信号矢量与参考矢量之间的夹角。

首先了解CW连续正弦波信号的相位概念:对于一个CW正弦波信号exp(-j2ft),相位随时间变化。

参考下图,频率为f的正弦波在I/Q复平面上的轨迹及其在坐标轴上的投影轨迹。同相分量I=cos(2ft 0),正交分量Q=sin(2ft 0)。

角度=2ft 0,即正弦波的相位。在直角复平面上,正弦波信号在单位圆上匀速运动,其夹角即相位随时间线性变化。

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在射频测试领域,连续波信号相位测量通常测量两个频率相同的信号的相位差,或者同一信号路径中不同位置的相位差。例如,矢量网络分析仪的相位测量:

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信号的相位

相干,也叫相干,是指信号的相位是连续的,相位差是恒定的。

射频系统工作时,各节点的信号相位差是恒定的,所以系统是相干的。在射频测试领域,相干源的另一个含义是可以调整和设置多个信号之间的相位差。

举例说明了几种雷达系统对脉冲跳频信号的相干要求:脉冲初始相位一致;脉冲之间的相位保持;相位记忆,同频点连续相位。如下图:

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相干(相参)信号

调制信号的相位包括载波相位、基带相位和本地振荡器相位。在射频系统中,通常使用普通的本振来实现本振相干。多个相干源之间的相位调整一般通过数字技术实现,可以通过基带或DDS进行调整。

多路相参信号的实现

要回答这个问题,我们首先需要了解PLL:

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如如图,所示,PLL鉴相器的输入频率为fp=fR/R,输出频率RF锁定到参考源频率fp。输出频率RF=V N fp,相位=2V N FP . t为PLL输出信号的相位。

PLL的输出频率是参考源的v n/r倍,相位稳定性也会下降相同的倍数。也就是说,多通道共基准锁相环的输出相位差不能保持完全恒定,不确定度约为基准源相位稳定度的v n/r倍。整数倍越小,相位越稳定,相干性越好。

多通道相干源的相位差稳定度由设计者定义,根据指标定义选择共参考模式或共本振模式。

共用同一个参考频率源的多路PLL信号源,是不是相参的?

在MIMO或相控阵应用中,天线和多通道T/R组件的电缆应具有严格的一致性要求。

很多设计师要求连接电缆等长同相,甚至提出技术和材料性能无法满足的不合理要求。有离谱的要求:30GHz,相位差1,也就是27m电长度.导体尺寸的温度变化可能很容易突破这个相位要求。

与业界顶级的幅相稳定软电缆(网络分析仪用Gore测试电缆)相比,40GHz长度下的幅相稳定度为38 ’,相位稳定度为7.3,无法满足稳定相干的要求。这说明coherence电缆不可能是柔性的,应该使用半钢电缆,老化试验前后电缆相位变化较大。

相干电缆组的基本要求:半钢电缆;需要一些时间来磨炼;电缆制造中不一定要严格要求长度和相位相等,但电长度之差应在1/4波长以内(即相位差为90)。关键是t

多通道相干本振的设计应通过放大同一信号源的功率并将其分成多个通道来实现,而不是共用多个PLL参考。一些制造商提供本地振荡器输入和输出接口。建议用户使用同一个本振功分和输出并联。当射频频率较高时,它们不应串联和级联,这会使相位一致性变差。

多路相参的各个传输电缆是否需要等长等相位处理?

多通道本地振荡器可以使用分频或倍频方案。高频微波频率的传输损耗较大,所以我们一般在6GHz以下直接传输,6GHz以上采用分频/倍频传输。RS信号源就是这样处理的。例如,20GHz本地振荡器发射5GHz,每个本地振荡器输入端有4个倍频器。此外,还有RFoF射频光学长焦技术,以电-光-电的方式实现射频信号的远距离相干传输。

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