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带有数字锁相环与数控 振荡器的测量 相位噪声与幅度噪声的装置与方法

阅读：89发布：2020-05-08

专利汇可以提供带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置与方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置及其实现方法。装置包括功分单元，两模拟下变频与数字化子系统，两数字锁相解调子系统和数据处理单元。待测信号分两路分别与模拟本振信号混频，通过滤波、放大、模数转换后将数字中频信号送入数字锁相解调子系统。数字中频信号分两路，其一输入至数字锁相环，使得跟踪数控振荡器与数字中频信号锁相，频率控制单元跟踪数控振荡器的频率、计算参考频率并控制数控振荡器输出频率、相位为参考频率、相位的数字正弦信号；另一路信号延时后与数控振荡器输出信号混频，后经幅相解调、滤波后送到数字处理单元通过互相关计算得到相位噪声谱与幅度噪声谱。本发明衰减小，精度高。，下面是带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置与方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置，其特征在于：包括功分单元(2)，分别与功分单元连接的第一、第二模拟下变频与数字化子系统，与第一模拟下变频与数字化子系统连接的第一数字锁相解调子系统，与第二模拟下变频与数字化子系统连接的第二数字锁相解调子系统，以及分别与第一、第二数字锁相解调子系统连接的数据处理单元；
所述第一模拟下变频与数字化子系统包括第一混频器(3)、第一本振信号源(4)、第一中频滤波器(5)、第一中频放大器(6)、第一模数转换器(7)、第一时钟源(8)、第一数字连接器(15)，所述功分单元(2)的A端口输出连接至第一混频器(3)的RF端，第一本振信号源(4)的输出连接至第一混频器(3)的LO端；第一中频滤波器(5)输入端与第一混频器(3)的IF端输出连接，输出端连接到第一中频放大器(6)；第一模数转换器(7)的时钟CLK端连接第一时钟源(8)，IN端与第一中频放大器的输出端连接，OUT端与第一数字连接器(15)连接；第一数字连接器(15)连接至第一数字锁相解调子系统；
第一数字锁相解调子系统包括第一数字混频器(16)、第一锁相环路滤波器(17)、第一数字跟踪振荡器(18)、第一频率控制单元(19)、第一辅助数控振荡器(20)、第一延时单元(21)、第一幅相解调单元(22)、第一输出数字滤波器(23)；所述第一模拟下变频与数字化子系统的一路输出送入第一数字混频器(16)的R端，第一数字混频器(16)的I输出连接到第一锁相环路滤波器(17)，第一锁相环路滤波器(17)的输出连接至第一数字跟踪振荡器(18)的T端口，第一数字跟踪振荡器(18)的S端口输出连接至第一数字混频器(16)的L端口，第一数字跟踪振荡器(18)D端口的瞬时频率和相位输出至第一频率控制单元(19)，第一频率控制单元(19)记录第一数字跟踪振荡器(18)的频率和相位，对输入的瞬时频率与相位进行处理后输出参考频率和相位数据，并传递到第一辅助数控振荡器(20)，使得第一辅助数控振荡器(20)输出与参考频率和相位数据一致的数字正弦信号；第一模拟下变频与数字化子系统的另一路输出送入第一延时单元(21)，第一延时单元(21)的输出连接到第一幅相解调单元(22)的DIF端口，第一辅助数控振荡器(20)的输出连接至第一幅相解调单元(22)的DLO端，第一幅相解调单元(22)通过P端口输出至第一输出数字滤波器(23)，第一输出数字滤波器(23)连接至数据处理单元；
第二模拟下变频与数字化子系统包括第二模数转换器(9)、第二时钟源(10)、第二中频放大器(11)、第二中频滤波器(12)、第二混频器(13)、第二本振信号源(14)、第二数字连接器(24)，所述功分单元(2)的B端口输出连接至第二混频器(13)的RF端口，第二本振信号源(14)的输出连接至第二混频器(13)的LO端口，第二混频器(13)的IF端口连接至第二中频滤波器(12)，第二中频滤波器(12)的输出连接至第二中频放大器(11)，第二中频放大器(11)的输出连接至第二模数转换器(9)的IN端口，第二时钟源(10)的输出连接至第二模数转换器(9)的CLK输入端，第二模数转换器(9)的OUT输出经过第二数字连接器(24)后输出数字中频信号，第二数字连接器(24)连接至第二数字锁相解调子系统；
第二数字锁相解调子系统包括第二数字混频器(25)，第二锁相环路滤波器(26)，第二数字跟踪振荡器(27)，第二频率控制单元(28)，第二辅助数控振荡器(29)，第二延时单元(30)，第二幅相解调单元(31)，第二输出数字滤波器(32)；所述第二模拟下变频与数字化子系统的一路输出送入第二数字混频器(25)的R端，第二数字混频器(25)的I端输出连接至第二锁相环路滤波器(26)，第二锁相环路滤波器(26)的输出连接至第二数字跟踪振荡器(27)的T端口，第二数字跟踪振荡器(27)的S端口输出连接到第二数字混频器(25)的L端口，第二数字跟踪振荡器(27)D端口的瞬时频率和相位输出至第二频率控制单元(28)，第二频率控制单元(28)对输入的瞬时频率与相位进行处理后输出参考频率与相位数据，并传递到第二辅助数控振荡器(29)，第二辅助数控振荡器输出与参考频率与相位一致的数字正弦信号；
所述第二模拟下变频与数字化子系统的另一路输出送入第二延时单元(30)，第二延时单元(30)的输出连接至第二幅相解调单元(31)的DIF端口，第二辅助数控振荡器(29)的输出连接至第二幅相解调单元(31)的DLO端口，第二幅相解调单元(31)得到数字中频信号的相位并通过P端口输出至第二输出数字滤波器(32)，第二输出数字滤波器(32)连接至数据处理单元；
第一输出数字滤波器(23)的输出连接至数据处理单元(33)的AI端口；第二输出数字滤波器(32)的输出连接至数据处理单元(33)的BI端口，数据处理单元(33)进行相位噪声谱与幅度噪声谱的计算和互相关计算，得到最终输出。
2.根据权利要求1所述的带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置，其特征在于：所述功分单元包括第一激光器(101)、第二激光器(102)、合波器(103)、第一光调制器(104)、分波器(105)、第一光探测器(106)、第二光探测器(107)；第一激光器(101)与第二激光器(102)产生波长不同的激光，分别进入合波器(103)的L1端口和L2端口；
合波器(103)的S端口输出信号连接第一光调制器(104)的I端口；第一光调制器(104)的RF端口用于接入待测信号，将待测信号调制到光上；第一光调制器(104)的O端口输出连接分波器(105)的S端口，分波器(105)将不同波长的两束光分开，其L1端口的光信号送到第一光探测器(106)，L2端口的光信号送到第二光探测器(107)。
3.根据权利要求1所述的带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置，其特征在于：所述功分单元包括第三激光器(201)、第四激光器(202)、第二光调制器(203)、第三光调制器(204)、电功分器(205)、第三光探测器(206)、第四光探测器(207)；第三激光器(201)将光送入第二光调制器(203)的I端口，第四激光器(202)将光送入第三光调制器(204)的I端口；电功分器(205)的C端口用于接入待测信号，将信号分两路，后分别通过A端口和B端口输出，并分别连接到第二光调制器(203)的RF端口和第三光调制器(204)的RF端口上；第二光调制器(203)的O端口输出至第三光探测器(206)；第三光调制器(204)的O端口输出至第四光探测器(207)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置，其特征在于：所述幅相解调单元包括：信号移相与分配单元(401)、第一幅相解调混频器(402)、第一解调滤波器(403)、幅相计算单元(404)、第二幅相解调混频器(405)、第二解调滤波器(406)；待测数字中频信号送入第一幅相解调混频器(402)的R端口和第二幅相解调混频器(405)的R端口；参考信号送入信号移相与分配单元(401)的IN端口，信号移相与分配单元(401)中I端口移项0°，送入第一幅相解调混频器(402)的L端，信号移相与分配单元(401)的Q端移项90°送入第二幅相解调混频器(405)的L端；第一幅相解调混频器(402)I端混频的结果经过第一幅相解调滤波器(403)，送到幅相计算单元(404)的I端；
第二幅相解调混频器(405)I端混频的结果经过第二解调滤波器(406)，送到幅相计算单元(404)的Q端；幅相计算单元(404)计算后，输出相位与幅度解调后的结果。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置，其特征在于：所述第一本振信号源(4)和第二本振信号源(14)为不同频率或相同频率，所述相同频率用锁相环实现。
6.带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置的实现方法，其特征在于，基于权利要求1-5中任意一项所述的带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置实现，包括如下步骤：
待测信号通过功分单元将待测信号分两路后，送至两个相同且独立的模拟下变频与数字化子系统；
两模拟下变频与数字化子系统对信号分别进行处理：在各模拟下变频与数字化子系统中信号与模拟本振信号混频，混频器将待测信号下变频到中频；通过模拟滤波器、放大器对经混频变频后信号进行滤波、放大以后，再经模数转换器采样，得到数字中频信号，经过数字连接器以后，送入独立的数字锁相解调子系统；
两个数字锁相解调子系统对数字中频信号分别进行处理：数字中频信号分两路，其中一路输入至数字锁相环，使得跟踪数控振荡器与数字中频信号锁相，频率控制单元根据一段时间内跟踪数控振荡器的频率计算参考频率，计算出来的参考频率用来控制辅助数控振荡器，使得辅助数控振荡器输出频率和相位与参考频率和相位都一致的数字正弦信号，另外一路数字中频信号经过延时单元延时后与辅助数控振荡器的输出信号混频，混频后经过幅相解调单元、输出滤波器后送到数字处理单元；
数字处理单元对两个数字锁相解调子系统输出信号的相位与幅度功率谱，通过互相关运算，得到最终的相位与幅度噪声谱输出。
7.根据权利要求6所述的带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置的实现方法，其特征在于：所述混频器变频后中频信号的频率范围落在0～1GHz。

说明书全文

带有数字锁相环与数控 振荡器的测量 相位噪声与幅度噪声的

装置与方法

技术领域

[0001] 本发明属于光电子和微波技术领域，涉及带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置与方法。

背景技术

[0002] 低相位噪声与幅度噪声信号源对雷达、通信方面有着至关重要的意义。在低噪声源的驱动下，雷达可以获得高信噪比，进而可以获得高灵敏度。在通信方面，低相位噪声源可以获得高信噪比，从而增加带宽容量。但是信号源的相位噪声越低，测量就越困难。因此提高测量相位噪声的精度有着至关重要的作用。

[0003] 目前的相位噪声测量方案有：频谱直接测量方法，模拟延时线鉴频方法，数字延时线鉴频方法，数字低中频正交解调相位差分方法，模拟零中频测量方法。其中直接频谱测量法最为简单，但是受限于频谱仪的有限动态范围的限制而无法测量低相位噪声信号。模拟延时线鉴频结构可以采用电缆或光纤延时，但是近载频相位噪声的测量精度误差很大。模拟零中频测量结构的近载频相位噪声的误差较大，动态跟踪信号能力不强。数字延时线鉴频方法拥有较好的测量精度，同时动态跟踪信号能力较好，但是偏移频率每降低10倍，测量得到的相位谱功率衰减20dB，尽管通过数字补偿，低频偏测量精度比模拟延时线方法有所提高，但低频偏的信噪比仍然不够高。数字低中频差分解调亦拥有较高的测量精度，但是差分结构也会产生低频偏衰减，使得信噪比受限。

发明内容

[0004] 为解决上述问题，本发明公开了带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置及其实现方法，避免相位噪声谱功率衰减现象，拥有更高的低频偏测量精度。该结构拥有更快的动态信号跟踪能力，同时不会因为锁相环带宽的增加而影响带内测量结果，为更低相位噪声信号的快速测量提供了可能。

[0005] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置，包括包功分单元，分别与功分单元连接的第一、第二模拟下变频与数字化子系统，与第一模拟下变频与数字化子系统连接的第一数字锁相解调子系统，与第二模拟下变频与数字化子系统连接的第二数字锁相解调子系统，以及分别与第一、第二数字锁相解调子系统连接的数据处理单元；

[0007] 所述第一模拟下变频与数字化子系统包括第一混频器、第一本振信号源、第一中频滤波器、第一中频放大器、第一模数转换器、第一时钟源、第一数字连接器，所述功分单元的A端口输出连接至第一混频器的RF端，第一本振信号源的输出连接至第一混频器的LO端；第一中频滤波器输入端与第一混频器的IF端输出连接，输出端连接到第一中频放大器；第一模数转换器的时钟CLK端连接第一时钟源，IN端与第一中频放大器的输出端连接，OUT端与第一数字连接器连接；第一数字连接器连接至第一数字锁相解调子系统；

[0008] 第一数字锁相解调子系统包括第一数字混频器、第一锁相环路滤波器、第一数字跟踪振荡器、第一频率控制单元、第一辅助数控振荡器、第一延时单元、第一幅相解调单元、第一输出数字滤波器；所述第一模拟下变频与数字化子系统的一路输出送入第一数字混频器的R端，第一数字混频器的I输出连接到第一锁相环路滤波器，第一锁相环路滤波器的输出连接至第一数字跟踪振荡器的T端口，第一数字跟踪振荡器的S端口输出连接至第一数字混频器的L端口，第一数字跟踪振荡器D端口的瞬时频率和相位输出至第一频率控制单元，第一频率控制单元记录第一数字跟踪振荡器的频率和相位，对输入的瞬时频率与相位进行处理后输出参考频率和相位数据，并传递到第一辅助数控振荡器，使得第一辅助数控振荡器输出与参考频率和相位数据一致的数字正弦信号；第一模拟下变频与数字化子系统的另一路输出送入第一延时单元，第一延时单元的输出连接到第一幅相解调单元的DIF端口，第一辅助数控振荡器的输出连接至第一幅相解调单元的DLO端，第一幅相解调单元通过P端口输出至第一输出数字滤波器，第一输出数字滤波器连接至数据处理单元；

[0009] 第二模拟下变频与数字化子系统包括第二模数转换器、第二时钟源、第二中频放大器、第二中频滤波器、第二混频器、第二本振信号源、第二数字连接器，所述功分单元的B端口输出连接至第二混频器的RF端口，第二本振信号源的输出连接至第二混频器的LO端口，第二混频器的IF端口连接至第二中频滤波器，第二中频滤波器的输出连接至第二中频放大器，第二中频放大器的输出连接至第二模数转换器的IN端口，第二时钟源的输出连接至第二模数转换器的CLK输入端，第二模数转换器的OUT输出经过第二数字连接器后输出数字中频信号，第二数字连接器连接至第二数字锁相解调子系统；

[0010] 第二数字锁相解调子系统包括第二数字混频器，第二锁相环路滤波器，第二数字跟踪振荡器，第二频率控制单元，第二辅助数控振荡器，第二延时单元，第二幅相解调单元，第二输出数字滤波器；所述第二模拟下变频与数字化子系统的一路输出送入第二数字混频器的R端，第二数字混频器的I端输出连接至第二锁相环路滤波器，第二锁相环路滤波器的输出连接至第二数字跟踪振荡器的T端口，第二数字跟踪振荡器的S端口输出连接到第二数字混频器的L端口，第二数字跟踪振荡器D端口的瞬时频率和相位输出至第二频率控制单元，第二频率控制单元对输入的瞬时频率与相位进行处理后输出参考频率与相位数据，并传递到第二辅助数控振荡器，第二辅助数控振荡器输出与参考频率及相位一致的数字正弦信号；所述第二模拟下变频与数字化子系统的另一路输出送入第二延时单元，第二延时单元的输出连接至第二幅相解调单元的DIF端口，第二辅助数控振荡器的输出连接至第二幅相解调单元的DLO端口，第二幅相解调单元得到数字中频信号的相位并通过P端口输出至第二输出数字滤波器，第二输出数字滤波器连接至数据处理单元；

[0011] 第一输出数字滤波器的输出连接至数据处理单元的AI端口；第二输出数字滤波器的输出连接至数据处理单元的BI端口，数据处理单元进行相位噪声谱与幅度噪声谱的计算和互相关计算，得到最终输出。

[0012] 进一步，所述功分单元包括第一激光器、第二激光器、合波器、第一光调制器、分波器、第一光探测器、第二光探测器；第一激光器与第二激光器产生波长不同的激光，分别进入合波器的L1端口和L2端口；合波器的S端口输出信号连接第一光调制器的I端口；第一光调制器的RF端口用于接入待测信号，将待测信号调制到光上；第一光调制器的O端口输出连接分波器的S端口，分波器将不同波长的两束光分开，其L1端口的光信号送到第一光探测器，L2端口的光信号送到第二光探测器。

[0013] 进一步的，所述功分单元包括第三激光器、第四激光器、第二光调制器、第三光调制器、电功分器、第三光探测器、第四光探测器；第三激光器将光送入第二光调制器的I端口，第四激光器将光送入第三光调制器的I端口；电功分器的C端口用于接入待测信号，将信号分两路后分别通过A端口和B端口输出，并分别连接到第二光调制器的RF端口和第三光调制器的RF端口上；第二光调制器的O端口输出至第三光探测器；第三光调制器的O端口输出至第四光探测器。

[0014] 进一步的，所述幅相解调单元包括：信号移相与分配单元、第一幅相解调混频器、第一解调滤波器、幅相计算单元、第二幅相解调混频器、第二解调滤波器；待测数字中频信号送入第一幅相解调混频器的R端口和第二幅相解调混频器的R端口；参考信号送入信号移相与分配单元的IN端口，信号移相与分配单元中I端口移项0°，送入第一幅相解调混频器的L端，信号移相与分配单元的Q端移项90°送入第二幅相解调混频器的L端；第一幅相解调混频器I端混频的结果经过第一解调滤波器，送到幅相计算单元的I端；第二幅相解调混频器I端混频的结果经过第二解调滤波器，送到幅相计算单元的Q端；幅相计算单元计算后，输出幅相解调后的结果。

[0015] 进一步的，所述第一本振信号源和第二本振信号源为不同频率或相同频率，所述相同频率用锁相环实现。

[0016] 本发明还提供了带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置的实现方法，包括如下步骤：

[0017] 待测信号通过功分单元将待测信号分两路后，送至两个相同且独立的模拟下变频与数字化子系统；

[0018] 两模拟下变频与数字化子系统对信号分别进行处理：在各模拟下变频与数字化子系统中信号与模拟本振信号混频，混频器将待测信号下变频到中频；通过模拟滤波器、放大器对经混频变频后信号进行滤波、放大以后，再经模数转换器采样，得到数字中频信号，经过数字连接器以后，送入独立的数字锁相解调子系统；

[0019] 两个数字锁相解调子系统对数字中频信号分别进行处理：数字中频信号分两路，其中一路输入至数字锁相环，使得跟踪数控振荡器与数字中频信号锁相，频率控制单元根据一段时间内跟踪数控振荡器的频率计算参考频率，计算出来的参考频率用来控制辅助数控振荡器，使得辅助数控振荡器输出频率和相位与参考频率和相位都一致的数字正弦信号，另外一路数字中频信号经过延时单元延时后与辅助数控振荡器的输出信号混频，混频后经过幅相解调单元、输出滤波器后送到数字处理单元；

[0020] 数字处理单元对两个数字锁相解调子系统输出信号的相位与幅度噪声谱，通过互相关运算，得到最终的相位与幅度噪声谱输出。

[0021] 进一步的，所述混频器变频后中频信号的频率范围落在0～1GHz。

[0022] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

[0023] 1.本发明提出了一种带数字锁相环和辅助数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置与方法，有着更快的信号跟踪速度，同时不会因为锁相环带宽的增加而影响带内测量结果。同时因为不含有时域相位差分结构，所以在误差传递函数上不会产生偏移频率每降低10倍而相位噪声谱功率衰减20dB的现象，不会使近载频相噪灵敏度发生衰减，低频偏相噪测量的信噪比较高，在低频偏部分有着更高的测量精度，具有很强的应用价值。

[0024] 2.本发明通过延时结构可以测量信号在一段时间内的频率特性。通过跟踪数控振荡器快速跟踪，提高跟踪速度。同时，采用频率控制单元与辅助数控振荡器，降低相位噪声测量系统的附加相位噪声，并能够根据一段时间内被测信号的频率与相位随时间的变化而设定相应的参考频率信号，从而不仅能够测量固定频率信号的相位噪声，也能够测量频率随时间变化的信号的相位噪声。

[0025] 3.本发明针对啁啾信号的相位噪声测量，延时会在误差传递函数上产生零点，这个仅针对特殊的频率处理方法在追踪啁啾信号时相位噪声噪底比现有方案更低；

[0026] 4.相较于传统微波功分器，光隔离功分器可以提高两路模拟下变频子系统的隔离度，降低两路相位噪声的相关性，因此通过互相关计算能够更大程度上抑制噪声。附图说明

[0027] 图1为本发明提供的带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置结构示意图。

[0028] 图2为采用波分复用方式的光隔离功分单元。

[0029] 图3为采用独自调制方式的光隔离功分单元

[0030] 图4为幅相解调单元的一种实现方式。

具体实施方式

[0031] 以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

[0032] 如图1所示，本发明提供的带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置，包括功分单元、第一模拟下变频与数字化子系统、第一数字锁相解调子系统、第二模拟下变频与数字化子系统、第二数字锁相解调子系统和数据处理单元。其中，功分单元分别连接至第一模拟下变频与数字化子系统、第二模拟下变频与数字化子系统，第一模拟下变频与数字化子系统连接至第一数字锁相解调子系统，第二模拟下变频与数字化子系统连接至第二数字锁相解调子系统，第一、第二数字锁相解调子系统均连接到数据处理单元。

[0033] 相位噪声测量系统的输入信号频率在1MHz～10000GHz，待测信号1连接到功分单元2的C端，功分单元2用于将待测信号分成两路，该两路信号分别连接至第一、第二模拟下变频与数字化子系统。功分单元2可以采用电功分器、电耦合器、光隔离功分器或其他能够将待测信号分成多路信号的结构。

[0034] 第一模拟下变频与数字化子系统包括第一混频器3、第一本振信号源4、第一中频滤波器5、第一中频放大器6、第一模数转换器7、第一时钟源8、第一数字连接器15。功分单元2的A端口输出连接至第一混频器3的RF端，第一本振信号源4的输出连接至第一混频器3的LO端，第一混频器3将待测信号下变频到中频。第一中频滤波器5输入端与第一混频器3的IF端输出连接，输出端连接到第一中频放大器6，用于将待测中频信号放大。第一模数转换器7的时钟CLK端连接第一时钟源8，IN端与第一中频放大器的输出端连接，OUT端与第一数字连接器15连接，用于将模拟中频信号变成数字中频信号，方便数字处理单元处理。第一数字连接器15用于连接模拟信号和数字处理单元。数字连接器的使用使两个模拟下变频与数字化子系统之间的隔离度上升，减小串扰。第一数字连接器15输出两路信号，分别与第一数字锁相解调子系统中的第一数字混频器16、第一幅相解调单元22连接。

[0035] 第一数字锁相解调子系统包括第一数字混频器16、第一锁相环路滤波器17、第一数字跟踪振荡器18、第一频率控制单元19、第一辅助数控振荡器20、第一延时单元21、第一幅相解调单元22、第一输出数字滤波器23。其中，第一数字混频器16、第一锁相环路滤波器17、第一数字跟踪振荡器18组成第一数字锁相环。锁相环的锁定带宽大于1kHz，具有快速跟踪信号变化的能力。但如果直接将锁相环的结果用于计算相位噪声的话，1kHz偏移频率以内的相位噪声会受到干扰。为了实现快速跟踪信号的能力但又不会影响锁定带宽内待测信号，我们添加了第一频率控制单元19和第一辅助数控振荡器20。第一模拟下变频与数字化子系统的输出送入第一数字混频器16的R端，第一数字混频器16的I输出连接到第一锁相环路滤波器17，第一锁相环路滤波器17的输出连接至第一数字跟踪振荡器18的T端口，第一数字跟踪振荡器18的S端口输出连接至第一数字混频器16的L端口，第一数字跟踪振荡器18D端口的瞬时频率和相位输出至第一频率控制单元19。第一频率控制单元19记录第一数字跟踪振荡器的频率和相位，对输入的瞬时频率与相位进行处理后输出参考频率和相位数据，并传递到第一辅助数控振荡器20，使得第一辅助数控振荡器输出与参考频率和相位数据一致的数字正弦信号，传递到第一辅助数控振荡器20的参考频率与相位的变化可以非常缓慢，参考频率变化和参考相位变化的截止频率低于第一数字锁相环的环路带宽。第一模拟下变频与数字化子系统输出的数字中频信号也送入第一延时单元21，第一延时单元21的输出连接到第一幅相解调单元22的DIF端口。第一频率控制单元19的输出控制第一辅助数控振荡器20的频率和相位。第一辅助数控振荡器20的输出连接至第一幅相解调单元22的DLO端。第一幅相解调单元22解调出第一延时单元21输出的信号相位，通过P端口输出，经过第一输出数字滤波器23后将解调后的相位与幅度信息送入数据处理单元。

[0036] 第二模拟下变频与数字化子系统与第一模拟下变频与数字化子系统结构相同且独立，包括第二模数转换器9、第二时钟源10、第二中频放大器11、第二中频滤波器12、第二混频器13、第二本振信号源14、第二数字连接器24。功分单元2的B端口输出连接至第二混频器13的RF端口，第二本振信号源14的输出连接至第二混频器13的LO端口，第二混频器13的IF端口连接至第二中频滤波器12，第二中频滤波器12的输出连接至第二中频放大器11，第二中频放大器11的输出连接至第二模数转换器9的IN端口。第二时钟源10的输出连接至第二模数转换器9的CLK输入端，第二模数转换器9的OUT输出经过第二数字连接器24后输出数字中频信号。第二数字连接器24输出两路信号，分别与第二数字锁相解调子系统中的第二数字混频器25、第二幅相解调单元31连接。

[0037] 第二数字锁相解调子系统与第一数字锁相解调子系统结构相同且独立。第二数字锁相解调子系统包括第二数字混频器25，第二锁相环路滤波器26，第二数字跟踪振荡器27，第二频率控制单元28，第二辅助数控振荡器29，第二延时单元30，第二幅相解调单元31，第二输出数字滤波器32。第二数字连接器24的输出送入第二数字混频器25的R端，第二数字混频器25的I端输出连接至第二锁相环路滤波器26，第二锁相环路滤波器26的输出连接至第二数字跟踪振荡器27的T端口，第二数字跟踪振荡器27的S端口输出连接到第二数字混频器25的L端口，第二数字跟踪振荡器27D端口的瞬时频率和相位输出至第二频率控制单元28，第二频率控制单元28对输入的瞬时频率与相位进行处理后输出参考频率与相位数据，并传递到第二辅助数控振荡器29，第二辅助数控振荡器输出与参考频率与相位一致的数字正弦信号。第二数字连接器24输出的数字中频信号也送入第二延时单元30，第二延时单元30的输出连接至第二幅相解调单元31的DIF端口。第二辅助数控振荡器29的输出连接至第二幅相解调单元31的DLO端口，第二幅相解调单元31得到数字中频信号的相位与幅度并通过P端口输出至第二输出数字滤波器32。

[0038] 第一数字锁相解调子系统中第一输出数字滤波器23的输出连接至数据处理单元33的AI端口；第二数字锁相解调子系统中第二输出数字滤波器32的输出送至数据处理单元
33的BI端口。数据处理单元33计算第一数字锁相解调子系统与第二数字锁相解调子系统输出信号的功率谱，并通过互相关运算，得到最终的相位噪声谱输出CO。数据处理单元33可以实施的运算方式包括但不限：插值、滤波、升采样、降采样、傅里叶变换、互相关运算。

[0039] 本发明中两数字连接器(15、24)的连接方式包括但不限于导线直接连接、光隔离连接、变压器隔离连接。本发明中提及的连接包括实体性的导线连接和能起到信号传输效果的其他非实体性连接方式。但其余两频率控制单元(19、28)对输入的数字跟踪振荡器(18、28)的频率、相位随时间变化的函数进行处理，并输出参考频率与相位，处理方式包括但不限于滤波、微分和积分。辅助数控振荡器(20、29)输出的正弦波的频率和相位由频率控制单元(19、28)控制。辅助振荡器可以产生线性调频信号，可用于测量线性调频信号的相位噪声。

[0040] 本发明中，第一本振信号源4和第二本振信号源14可以是相同频率，也可以是不同频率。

[0041] 基于上述带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置，本发明还提供了相应的测量相位噪声的方法，包括如下步骤：

[0042] 待测信号通过功分单元将待测信号分两路后，送至两个相同且独立的模拟下变频与数字化子系统；

[0043] 两模拟下变频与数字化子系统对信号分别进行处理：在各模拟下变频与数字化子系统中信号与模拟本振信号混频，混频器将待测信号下变频到中频，中频的频率范围落在0～1GHz；通过模拟滤波器、放大器对经混频变频后信号进行滤波、放大以后，再经模数转换器采样，得到数字中频信号，经过数字连接器以后，送入独立的数字锁相解调子系统；

[0044] 两个数字锁相解调子系统对数字中频信号分别进行处理：数字中频信号分两路，其中一路输入至数字锁相环，使得跟踪数控振荡器与数字中频信号锁相，频率控制单元根据一段时间内跟踪数控振荡器的频率计算参考频率，计算出来的参考频率用来控制辅助数控振荡器，使得辅助数控振荡器输出频率和相位与参考频率和相位都一致的数字正弦信号，另外一路数字中频信号经过延时单元延时后与辅助数控振荡器的输出信号混频，混频后经过幅相解调单元、输出滤波器后送到数字处理单元；

[0045] 数字处理单元对两个数字锁相解调子系统输出信号的互谱功率，通过互相关运算，得到最终的相位噪声谱与幅度噪声谱输出，互相关运算能够提高测量精度。

[0046] 实施例二：

[0047] 在实施例一的基础上，本例提供了带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置中功分单元的一种可行结构，即采用波分复用调制方式的光隔离结构。如图2所示，功分单元包括第一激光器101、第二激光器102、合波器103、第一光调制器104、分波器105、第一光探测器106、第二光探测器107。第一激光器101与第二激光器102产生波长不同的激光，分别进入合波器103的L1端口和L2端口。合波器103的S端口输出信号连接第一光调制器104的I端口。待测信号1连接到第一光调制器104的RF端口，将待测信号调制到光上。第一光调制器104的O端口输出连接分波器105的S端口，分波器105将不同波长的两束光分开，L1端口的光信号送到第一光探测器106，L2端口的光信号送到第二光探测器107。第一光探测器106与第二光探测器107的输出即为功分单元2的输出。本例中其余技术特征与实施例一相同。

[0048] 实施例三：

[0049] 在实施例一的基础上，本例提供了带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置中功分单元的另一种可行结构，即采用光波分别调制方式的光隔离结构。如图3所示，功分单元包括第三激光器201、第四激光器202、第二光调制器203、第三光调制器204、电功分器205、第三光探测器206、第四光探测器207。第三激光器201将光送入第二光调制器203的I端口，第四激光器202将光送入第三光调制器204的I端口。待测信号1连接到电功分器205的C端口，将信号分两路，分别通过A端口和B端口输出，并分别连接到第二光调制器203的RF端口和第三光调制器204的RF端口上。第二光调制器203的O端口输出被第三光探测器206探测得到功分单元2的输出信号1；第三光调制器204的O端口输出被第四光探测器207探测得到功分单元2的输出信号2。本例中其余技术特征与实施例一相同。

[0050] 实施例四：

[0051] 在实施例一至三的基础上，本例提供了带有数字锁相环与数控振荡器的测量相位噪声与幅度噪声的装置中幅相解调单元的一种可行方式。第一幅相解调单元22和第二幅相解调单元31均可采用该种结构，如图4所示，其具体包括：信号移相与分配单元401、第一幅相解调混频器402、第一解调滤波器403、幅相计算单元404、第二幅相解调混频器405、第二解调滤波器406。

[0052] 待测数字中频信号送入第一幅相解调混频器402的R端口和第二幅相解调混频器405的R端口。参考信号送入信号移相与分配单元401的IN端口，信号移相与分配单元401其中I端口移项0°，送入第一幅相解调混频器402的L端，信号移相与分配单元401的Q端移项
90°送入第二幅相解调混频器405的L端。第一幅相解调混频器402I端混频的结果经过第一幅相解调滤波器403，送到幅相计算单元404的I端。第二幅相解调混频器405I端混频的结果经过第二幅相解调滤波器406，送到幅相计算单元404的Q端。幅相计算单元404计算后，输出幅相解调后的结果。本例中其余技术特征与实施例一至三相同。

[0053] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

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