振动条件下晶振相位噪声分析及其补偿处理技术研究

摘要

在通信、导航、精确制导和雷达等系统中，频率参考源作为其最重要的组成部分之一，它的稳定性直接决定了整个系统的性能。并且随着现代技术的不断发展，对频率参考源的要求也在不断提高，因此，迫切需要研制高稳低相噪的频率参考源。
　　晶体振荡器由于它高 Q值的特点，是目前各个领域应用最为广泛的频率参考源。但是由于力频特性的存在，在振动条件下石英晶体的很多参数会发生改变，导致其输出信号相位噪声增加，严重影响了各种先进仪器设备在振动环境下的工作性能。并通过实例分析了振动对星载雷达频综器和通讯系统的影响。
　　本文从晶体振荡器相位噪声这一重要指标着手，介绍了相位噪声的概念及其表征方法，分析了基于Leeson模型和Robins模型的晶体振荡器相位噪声，介绍了三种常用的相位噪声测量方法及测量原理。从理论上分析了振动对晶体振荡器相位噪声的影响并通过具体的振动实验来观察验证。针对晶体振荡器体积小，质量轻的特点搭建了小型晶振振动平台，该平台能够满足晶体振荡器振动补偿的绝大部分振动环境要求。分析了晶体振荡器的加速度敏感矢量主轴，设计了一种能够快速标定晶体振荡器加速度敏感度矢量主轴的装置。
　　提出了基于数字控制器的电子补偿原理，对电子补偿的时延性进行了分析，得出了其适合低频振动补偿的结论并通过实验验证。分别设计了基于钢丝绳和橡胶垫的机械减振结构，并对钢丝绳减振器的理论模型进行了仿真分析，经过测试得出了机械缓冲适合高频振动补偿的结论。提出了混合补偿方法，结合了电子补偿低频有效和机械缓冲高频有效的特点，达到全频段的补偿。实验结果表明：在10~2kHz随机振动下晶体振荡器的相位噪声取得了非常明显的改善，改善量达20dB以上。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 振动条件下相位噪声恶化对电子设备性能的影响

1.1.1振动对星载雷达频踪器的影响

1.1.2振动对通讯系统的影响

1.2 振动补偿技术国内外现状和趋势

1.2.1国内研究现状和趋势

1.2.2 国外研究现状和趋势

1.3 研究目的及意义

1.4 论文内容安排

第二章 晶体振荡器的相位噪声研究及振动对其影响分析

2.1 相位噪声及其表征方法

2.1.1 相位噪声的概念

2.1.2 相位噪声的频域表征

2.1.3 相位噪声的时域表征

2.2 晶体振荡器的相位噪声模型分析

2.2.1基于 Leeson模型的相位噪声分析

2.2.2基于Robins模型的相位噪声分析

2.3 常用的相位噪声测量方法

2.3.1 直接频谱仪法

2.3.2 相位检波器法

2.3.3 鉴频器法

2.4 振动对晶体振荡器相位噪声的影响

2.4.1 振动对相位噪声影响分析

2.4.2振动实验观察

2.5 本章小结

第三章 小型振动平台设计及加速度敏感度标定测试

3.1 小型振动平台概述

3.2 振动平台的构建

3.2.1 安捷伦81150A脉冲函数发生器

3.2.2 基于MATLAB的数据信号产生

3.2.3 功率放大器及振动台

3.2.4 振动台测试

3.3 晶振加速度敏感矢量主轴及其振动装置设计

3.3.1 三轴测试法原理

3.3.2 振动装置设计

3.4 本章小结

第四章 电子与机械相结合混合补偿设计及实验

4.1 电子补偿原理及实验设计

4.1.1 电子补偿原理

4.1.2 电子补偿实验平台及实验结果

4.1.3 电子补偿结果分析及评估

4.2 机械减振设计及实验

4.2.1 基于钢丝绳减振器的理论模型分析

4.2.2 基于钢丝绳的减振结构设计及实验

4.2.3 基于橡胶垫的减振设计及实验

4.2.4 机械减振实验结果评估

4.3 混合补偿设计及实验

4.3.1 混合补偿实验设计

4.3.2 混合补偿实验结果及评估

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文的主要工作

5.2 论文需要改进的地方

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果