射頻信號的相干和相位

眾所周知，射頻信號有相位的概念。相位不是射頻信號的特征，而是共享相同頻率的兩個或更多信號之間的關系。然而，在通信和雷達應用中，經常需要多通道信號相干（相參）。本文簡要介紹了這些概念、相關實現方法以及常見問題，如多路相干源的構建、相干傳輸線是否必須長度相等、相位相等等。

具有幅度和相位信息的復信號稱為矢量信號，相位是一個相對值的概念，是信號矢量與參考矢量之間的夾角。

首先了解CW連續正弦波信號的相位概念：對于一個CW正弦波信號exp(-j2ft)，相位隨時間變化。

參考下圖，頻率為f的正弦波在I/Q復平面上的軌跡及其在坐標軸上的投影軌跡。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。在直角復平面上，正弦波信號在單位圓上勻速運動，其夾角即相位隨時間線性變化。

在射頻測試領域，連續波信號相位測量通常測量兩個頻率相同的信號的相位差，或者同一信號路徑中不同位置的相位差。例如，矢量網絡分析儀的相位測量：

信號的相位

相干，也叫相干，是指信號的相位是連續的，相位差是恒定的。

射頻系統工作時，各節點的信號相位差是恒定的，所以系統是相干的。在射頻測試領域，相干源的另一個含義是可以調整和設置多個信號之間的相位差。

舉例說明了幾種雷達系統對脈沖跳頻信號的相干要求：脈沖初始相位一致；脈沖之間的相位保持；相位記憶，同頻點連續相位。如下圖：

相干(相參)信號

調制信號的相位包括載波相位、基帶相位和本地振蕩器相位。在射頻系統中，通常使用普通的本振來實現本振相干。多個相干源之間的相位調整一般通過數字技術實現，可以通過基帶或DDS進行調整。

多路相參信號的實現

要回答這個問題，我們首先需要了解PLL:

如如圖，所示，PLL鑒相器的輸入頻率為fp=fR/R，輸出頻率RF鎖定到參考源頻率fp。輸出頻率RF=V N fp，相位=2V N FP . t為PLL輸出信號的相位。

PLL的輸出頻率是參考源的v n/r倍，相位穩定性也會下降相同的倍數。也就是說，多通道共基準鎖相環的輸出相位差不能保持完全恒定，不確定度約為基準源相位穩定度的v n/r倍。整數倍越小，相位越穩定，相干性越好。

多通道相干源的相位差穩定度由設計者定義，根據指標定義選擇共參考模式或共本振模式。

共用同一個參考頻率源的多路PLL信號源，是不是相參的？

在MIMO或相控陣應用中，天線和多通道T/R組件的電纜應具有嚴格的一致性要求。

很多設計師要求連接電纜等長同相，甚至提出技術和材料性能無法滿足的不合理要求。有離譜的要求：30GHz，相位差1，也就是27m電長度.導體尺寸的溫度變化可能很容易突破這個相位要求。

與業界頂級的幅相穩定軟電纜(網絡分析儀用Gore測試電纜)相比，40GHz長度下的幅相穩定度為38 ’,相位穩定度為7.3，無法滿足穩定相干的要求。這說明coherence電纜不可能是柔性的，應該使用半鋼電纜，老化試驗前后電纜相位變化較大。

相干電纜組的基本要求：半鋼電纜；需要一些時間來磨煉；電纜制造中不一定要嚴格要求長度和相位相等，但電長度之差應在1/4波長以內(即相位差為90)。關鍵是t

多通道相干本振的設計應通過放大同一信號源的功率并將其分成多個通道來實現，而不是共用多個PLL參考。一些制造商提供本地振蕩器輸入和輸出接口。建議用戶使用同一個本振功分和輸出并聯。當射頻頻率較高時，它們不應串聯和級聯，這會使相位一致性變差。

多路相參的各個傳輸電纜是否需要等長等相位處理？

多通道本地振蕩器可以使用分頻或倍頻方案。高頻微波頻率的傳輸損耗較大，所以我們一般在6GHz以下直接傳輸，6GHz以上采用分頻/倍頻傳輸。RS信號源就是這樣處理的。例如，20GHz本地振蕩器發射5GHz，每個本地振蕩器輸入端有4個倍頻器。此外，還有RFoF射頻光學長焦技術，以電-光-電的方式實現射頻信號的遠距離相干傳輸。

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