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Influence of f?1 Noise on Phase Noise of Van der Pol Oscillator

2015-12-30 00:00:00
云上高博会 https://heec.cahe.edu.cn
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从描述振荡器的非线性微分方程出发,提出将噪声作为非线性微分方程的一项,通过建立随机非线性微分方程来分析振荡器的相位噪声.并用这种方法,在相同强度下,针对分别为白噪声和混沌噪声的情形,分析了Van der Pol振荡器产生的相位噪声,发现混沌噪声产生的相位噪声要远大于白噪声所产生的相位噪声.通过分析其原因,提出了一些低相位噪声振荡器设计所应考虑的问题.
项目优势:
通过建立随机非线性微分方程来描述振荡器系统,就可以采用数值解法来方便地分析振荡器系统的相位噪声.这样不经过线性化系统的处理,而直接研究描述振荡器系统的随机非线性微分方程,可以从物理本质上来分析振荡器系统的行为.通过分析图9可以发现,同强度下,混沌噪声所产生的Van der Pol 振荡器系统的相位噪声要远大于白噪声所产生的振荡器系统的相位噪声.这是由于混沌噪声所具有的伪随机性造成的,因为混沌噪声是由确定性系统所产生,那么混沌信号间的相关程度要大于白噪声信号间的相关程度,所导致的随机平均也比较小,因而产生了比较大的相位噪声输出.所以,在设计振荡器系统时,可以引入混沌控制的方法,抑制振荡器系统中混沌噪声的产生,就可以大为降低振荡器系统的相位噪声,从而提高振荡器系统的频率稳定度.同时,通过深入研究随机非线性微分方程的解析解,得到可以指导低相位噪声振荡器系统的设计,也是重要的研究方向之一.
市场概况:
运用非线性自治微分方程来描述振荡器,提出将噪声信号作为非线性自治微分方程的一项来描述振荡器的噪声,通过建立对应的随机非线性微分方程来分析振荡器的相位噪声.并采用广泛使用的Pierce振荡器,对其进行了数学建模,建模的过程和结果说明该模型的合理性.由于振荡器相位噪声的大小是完全取决于振荡器内部电噪声的强弱.按电噪声形成机理的不同,电噪声可分为热噪声、散弹噪声、闪变噪声和爆裂噪声等等.其中热噪声、散弹噪声的形成机理已非常清楚,其功率谱密度均和频率无关,所以热噪声、散弹噪声是白噪声.而闪变噪声、爆裂噪声形成机理至今没有定论,但已有实验证实闪变噪声的功率谱与频率具有f-a的关系,通常a=1,对于不同的器件,a的值一般在0.8~1.3之间.爆裂噪声的功率谱和频率具有f-2的关系.对于半导体器件中f-1闪变噪声产生机理的研究工作己开展多年,其中主要的工作有:1925年,Johnson最早在电子管中观察到f-1 噪声,肖特基在1926年对其做了解释,Mcwhorter于1957年对锗单晶丝中的f-1噪声研究后,提出了一种表面载流子涨落模型,该理论认为f -1噪声是由于半导体导带与价带载流子通过隧道贯穿和表面氧化层中的陷阱互相作用所引起的,Hooge在1969年提出了一种迁移率涨落的模型来解释f-1噪声的产生原因.虽然f-1闪变噪声的形成机理还没有确定性结论,但杨峰等[10]通过计算f-1噪声的Lyapunov指数,重构了f-1噪声的相空间,观察了其具有混沌吸引子的状况,验证了f-1噪声确有混沌性.穆玉珠等还对Clapp振荡器的混沌行为进行了仿真研究.本文将f-1噪声称为混沌噪声,与同样具有随机特性的白噪声,在相同强度的情况下,对振荡器系统所产生的相位噪声是否有同等程度的影响,这一问题的研究具有重要的理论和实际意义.本文对噪声分别为白噪声与混沌噪声的情形,采用建立的振荡器随机非线性微分方程模型,进行了数值解的仿真.并以Van der Pol振荡器为例,发现了相同强度情况下,混沌噪声所引起的Van der Pol振荡器相位噪声远大于白噪声所产生的相位噪声。
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