基于動力系統(tǒng)模型的振蕩器相位噪聲分析的方法研究.pdf

1、隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，各種振蕩器的使用也日益廣泛。而振蕩器性能的優(yōu)劣往往對提高整個系統(tǒng)與設(shè)備的性能起到重要的作用。在振蕩器的各種性能指標(biāo)之中，最重要的就是相位噪聲，因此對振蕩器的相位噪聲進(jìn)行深入研究具有重要意義。綜合現(xiàn)有對振蕩器相位噪聲的各類研究方法，要么直接建立線性系統(tǒng)進(jìn)行分析，要么對非線性系統(tǒng)進(jìn)行線性化后再研究。由于振蕩器在剛剛進(jìn)入起振環(huán)節(jié)時，振蕩器系統(tǒng)閉環(huán)增益的幅度必然要大于1，這樣才能將振蕩器內(nèi)部的擾動或者振蕩器外部的干擾進(jìn)行

2、放大，進(jìn)而使得振蕩器的輸出幅度不斷增加，當(dāng)振蕩器的輸出幅度增加到一定程度時，振蕩器中有源器件的非線性特性會使環(huán)路的增益開始下降，只有當(dāng)閉環(huán)增益的幅度下降到1時，振蕩信號的幅度才能達(dá)到穩(wěn)定。所以，為了保證振蕩器可以正常起振，并且能夠維持穩(wěn)定的振蕩，所有的振蕩器必定都是非線性系統(tǒng)。任何線性化的處理都會改變振蕩器系統(tǒng)的物理本質(zhì)。本文從理論上，提出了描述含噪聲的振蕩器非線性隨機(jī)動力系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了相關(guān)的方法研究，其主要工作有如下4個

3、方面：
　　1）建立了振蕩器的非線性隨機(jī)動力系統(tǒng)模型
　　從理想振蕩器所具有的輸出形式出發(fā)，從理論上建立了振蕩器的非線性隨機(jī)動力系統(tǒng)模型。對該模型中非線性項應(yīng)具有的形式進(jìn)行了詳細(xì)的討論，得到了驗證模型正確性時，非線性項所應(yīng)具有的性質(zhì)。為基于非線性隨機(jī)動力系統(tǒng)模型來分析振蕩器的相位噪聲構(gòu)建了平臺。
　　2）對于建立的振蕩器非線性隨機(jī)動力系統(tǒng)模型，進(jìn)行了數(shù)值方法的研究
　　首先是采用Burrage提出的s級隨機(jī)Run

4、ge-kutta方法的一般結(jié)構(gòu)式，采用雙色有根樹理論，構(gòu)造了一種四級半隱式隨機(jī)Runge-kutta方法，討論了該方法的均方穩(wěn)定域，精度和收斂情況，結(jié)果表明該方法優(yōu)于四級顯式隨機(jī)Runge-kutta方法的相應(yīng)性質(zhì)。然后采用該方法，以Van der Pol振蕩器為研究對象，在加性和乘性噪聲分別作用下，討論了同強(qiáng)度白噪聲對Van der Pol振蕩器相位噪聲的影響，得到了影響程度的相關(guān)結(jié)論。并用這種方法，針對分別為白噪聲和同樣具有隨機(jī)特性

5、的混沌信號（本文稱為混沌噪聲），在相同噪聲強(qiáng)度下，分析了Van der Pol振蕩器產(chǎn)生的相位噪聲，發(fā)現(xiàn)混沌噪聲產(chǎn)生的相位噪聲遠(yuǎn)大于白噪聲所產(chǎn)生的相位噪聲。
　　3）對于建立的振蕩器非線性隨機(jī)動力系統(tǒng)模型，進(jìn)行了解析方法的初步研究
　　首先是將統(tǒng)計物理學(xué)中用來描述粒子的位置與其速度的概率分布隨時間變化的關(guān)系式Fokker-Planck方程引入本文所建模型的分析，然后采用隨機(jī)平均與確定性平均得到了降階的，僅關(guān)于相位的Fokke

6、r-Planck方程，形成了一種較為方便地分析白噪聲引起相位噪聲的解析分析方法。通過Van der Pol振蕩器的隨機(jī)數(shù)值計算，所得到的相位噪聲曲線與該方法所得相位噪聲曲線符合得較好，表明了該方法是有效的，為振蕩器相位噪聲的解析分析提供了一種新方法。
　　4）與振蕩器相位噪聲相關(guān)的幾個研究
　?、購睦碚撋咸岢隽艘环N基于相關(guān)運(yùn)算的相位噪聲測量方法，采用這種方法，理論上可以在不外加參考源的情況下，來直接測量振蕩器的相位噪聲。

7、r>　?、趯V泛使用的鑒相測量法，討論了當(dāng)輸出中含有弱混沌分量時，對測量結(jié)果的影響，從理論上驗證了對于鑒相法測量相位噪聲時，存在測得的相位噪聲比實際使用時振蕩器相位噪聲要好的問題。
　　③考慮到對于大多數(shù)相位噪聲的電路仿真軟件中諧波平衡算法的廣泛使用，運(yùn)用遺傳算法并行計算和快速收斂的特點(diǎn)，對標(biāo)準(zhǔn)的諧波平衡算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于遺傳算法的改進(jìn)諧波平衡算法。
　　④針對振蕩器諧振回路參數(shù)的選擇較多地依賴于經(jīng)驗的問題，采用