本發明涉及鎖相環頻率調制,尤其涉及一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法。
背景技術:
1、第隨著智能控制技術的迅速發展,對高精度、低噪聲的頻率源需求日益增加。低噪聲寬帶鎖相環作為一種關鍵的頻率合成技術,在通信、雷達、導航等領域發揮著重要作用。
2、目前鎖相環(pll)中,一般的電荷泵、濾波器、振蕩器控制都是單端的,這樣單端信號受地或者電源的噪聲影響大,而采用差分信號可以幾乎完全抑制電源或者地線的影響。特別在射頻收發器中,由于本身需要發射無線信號,這個射頻信號會通過地線或者電源線,甚至本身的泄露,反過來影響振蕩器,導致系統出現誤碼或者干擾。噪聲對射頻系統的載波混頻而言大,輕則影響誤碼率,重則導致收發系統完全無法正常通信。因此,發明一種提升鎖相環的性能,降低相位噪聲的低噪聲鎖相環頻率調制方法,以達到提高系統的性能的目的是該領域技術人員亟待解決的問題。。
技術實現思路
1、本發明提供一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,用以解決現有技術中存在的缺陷。
2、本發明提供一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,包括:
3、s1、獲取鎖相環頻率調制執行平臺中各組件的初始參數。
4、s2、識別并量化導致性能下降的噪聲源,獲取每個噪聲源的功率譜密度,提取噪聲的統計特征得到噪聲特性。
5、s3、通過比較輸出信號與參考信號,計算頻率誤差和相位誤差,并根據噪聲特性,確定噪聲水平。
6、s4、引入基于模糊邏輯的控制策略,定義輸入變量,輸入變量包括頻率誤差、相位誤差和噪聲水平,得到控制策略。
7、s5、根據控制策略,對鎖相環頻率調制執行平臺中的組件參數進行調整,并采用混合調制方式調制載波信號的相位和頻率。
8、s6、重新測量鎖相環輸出信號的相位噪聲,評估頻率調制過程中的優化效果和性能改進。
9、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,在步驟s1中,鎖相環頻率調制執行平臺包括壓控振蕩器、相位比較器、環路濾波器、晶體振蕩器、反饋網絡和控制電路。壓控振蕩器用于根據控制信號變化以線性或非線性的方式調整輸出頻率,實現對信號的調制,得到輸出信號。相位比較器用于比較參考信號與輸出信號的相位和頻率,輸出相位差。環路濾波器用于對相位差進行濾波,去除高頻噪聲。晶體振蕩器用于提供一個穩定的頻率信號作為參考信號。反饋網絡用于將輸出信號反饋給相位比較器,形成閉合環路。控制電路用于設置和調整鎖相環頻率調制執行平臺中的組件參數。
10、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,在步驟s1中,初始參數包括壓控振蕩器的頻率范圍、靈敏度和輸出功率。相位比較器的工作頻率范圍和輸入電壓范圍。環路濾波器的類型、截止頻率和增益。晶體振蕩器的輸出頻率和頻率穩定性。反饋網絡的反饋比例。控制電路的工作電壓和輸入信號兼容性。
11、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,在步驟s2中,選擇測量設備,測量設備包括頻譜分析儀、示波器和噪聲分析儀,并控制外部因素干擾。
12、將測量設備與鎖相環輸出信號連接,記錄正常工作狀態下輸出信號的基本參數,基本參數包括信號幅度、頻率和相位。
13、使用頻譜分析儀對輸出信號進行頻譜分析,得到信號頻譜圖,在信號頻譜圖上識別并標記噪聲峰值。
14、分析噪聲峰值的頻率特性,并將信號頻譜圖與參考信號頻譜進行對比,識別噪聲源類型和影響程度。
15、對輸出信號噪聲進行頻譜特性分析,得到每個噪聲源的功率譜密度。
16、提取噪聲的統計特征,統計特征包括均值、標準差和峰值。
17、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,在步驟s3中,將鎖相環的輸出信號與晶體振蕩器提供的參考信號連接到示波器,并通過示波器同時捕捉輸出信號和參考信號。
18、對輸出信號和參考信號進行快速傅里葉變換,將時域信號轉換為頻域信號。
19、從頻域信號中提取輸出信號和參考信號的主頻率成分,根據輸出信號和參考信號的主頻率成分,計算頻率誤差。
20、從頻域信號中提取輸出信號和參考信號的相位信息,根據輸出信號和參考信號的相位信息,計算相位誤差。
21、結合每個噪聲源的功率譜密度,將頻率誤差與相位誤差與噪聲特性進行比較,得到給定的頻率誤差和相位誤差范圍內的噪聲水平。
22、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,在步驟s4中,引入基于模糊邏輯的控制策略的過程包括:
23、定義輸入變量,輸入變量包括頻率誤差、相位誤差和噪聲水平。
24、對輸入變量進行模糊化處理,并轉換為模糊集合。
25、制定模糊規則庫,根據輸入變量的模糊集合確定控制輸出的模糊集合。
26、根據控制輸出的模糊集合,通過模糊推理和去模糊化,得到控制策略。
27、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,在步驟s5中,對鎖相環頻率調制執行平臺中的組件參數進行調整的過程包括:
28、根據控制策略,提取控制輸出參數,控制輸出參數包括壓控振蕩器增益、相位鎖定帶寬、環路濾波器參數。
29、根據性能要求和當前狀態,制定每個控制輸出參數的目標值作為調整基準。
30、根據調整基準,對環路濾波器的增益和帶寬進行調整,實時調整壓控振蕩器的頻率,使生成的載波信號與參考信號同步,調整壓控振蕩器的相位,使輸出信號的相位誤差最小化。
31、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,在步驟s5中,采用混合調制方式調制載波信號的相位和頻率的過程包括:根據控制策略,提取相位調制信號和頻率調制信號,對相位調制信號和頻率調制信號進行加權求和,生成混合調制信號。根據混合調制信號,對載波信號進行相位改變,并調整載波功率。
32、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,在步驟s6中,對測量設備進行校準。根據預期測量目標設置外部環境,外部環境包括溫度、濕度和電源穩定性。將鎖相環的輸出端與測量設備進行連接。記錄鎖相環未調整前的基線相位噪聲。使用噪聲分析儀收集輸出信號的相位噪聲特性曲線,記錄對應的功率譜密度值。在已調整組件參數并實施混合調制后,再次使用測量設備監測鎖相環的輸出信號。收集相位噪聲數據,針對不同的頻率范圍進行掃描,得到對應噪聲特性曲線。對相位噪聲特性曲線和對應噪聲特性曲線進行數據處理分析,得到比較結果。根據比較結果,評估頻率調制過程中的優化效果和性能改進。
33、根據本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法,數據處理分析的過程包括:
34、對相位噪聲特性曲線和對應噪聲特性曲線進行時間序列處理,時間序列處理包括去噪、濾波和時域分析。
35、從相位噪聲特性曲線和對應噪聲特性曲線中提取重要參數,重要參數包括相位噪聲的相對值、單邊功率譜密度、相位噪聲譜的寬度和噪聲的常數。
36、將相位噪聲特性曲線的重要參數與對應噪聲特性曲線的重要參數進行比較,得到比較結果。
37、本發明提供的一種低噪聲寬帶鎖相環的頻率調制方法、裝置及存儲介質,通過獲取各組件的初始參數,為鎖相環的后續操作奠定了基礎。初始參數的準確獲取確保在調試階段具有良好的起始性能。在后續的優化與調整中,初始參數提供了重要的參考,使得各項參數調整可以更科學地進行,避免了由于初始條件不明確而導致的反復試驗。通過識別導致性能下降的噪聲源,并獲取其功率譜密度,能夠對不同噪聲源產生的影響進行量化。提取的噪聲統計特征為理解噪聲特性提供了基礎。準確識別和量化噪聲源使得后續對其影響的分析成為可能,從而優化相應的控制策略。對噪聲水平的明確認識也為后續的相位和頻率調制提供了依據,能夠提高整體穩定性與可靠性。通過比較輸出信號和參考信號,不僅能夠精確計算出頻率誤差和相位誤差,還能基于噪聲特性來判斷噪聲水平。為后續的控制調節提供了必要的數據支持。頻率和相位的實時誤差監測能夠迅速識別出同步錯誤,及時進行調整。在錯誤發生前的預警機制有助于提高響應速度,確保信號的穩定性與質量。通過定義輸入變量并制定相應的模糊規則,能夠得到可執行的控制策略,顯著增強了自適應能力。模糊邏輯控制策略的引入,在面對不確定性時能夠靈活調整。相較于傳統的控制策略,模糊邏輯能夠更順暢地處理模糊和非線性問題,提升整體控制精度和響應速度。同時,這種方法降低了對數學模型精度的依賴,更具魯棒性。根據設定的控制策略來調整組件參數,并運用混合調制方式同時調制載波信號的相位和頻率,能夠在動態環境中保持穩定運行。通過實時調整環路濾波器的增益和帶寬,以及壓控振蕩器的頻率,相位調制和頻率調制的結合可以更全面地控制輸出信號。在實際應用中,靈活調制方式能夠在不同操作條件下保持最佳性能,顯著降低了因操作環境變化帶來的信號失真。重新測量鎖相環輸出信號的相位噪聲并評估頻率調制過程中的優化效果,能夠全面了解在調節后實現的性能改善。通過與初始狀態的比較,量化優化效果能夠具體分析所采取措施的有效性。不僅能夠幫助確認調節方案的成功與否,還能為未來的改進提供數據支持。記錄改善的數值指標為后續研究和實施提供了方向性指導。