相位噪声分析仪是一种用来测量信号源频率稳定度的信号分析仪器,其最主要功能是测量信号源的相位噪声谱。相位噪声是信号源近载波噪声中表现为相位波动的噪声集合。随着科学技术的进步,优质信号源的相位噪声越来越低。这就对相位噪声分析仪采集系统的测量精度提出了更高的要求。本论文基于相位噪声测量原理及高精度数据采集理论,对直接数字式相位噪声分析仪采集系统的电路设计以及相关的降噪算法进行了研究和实现。本文主要研究内容有:1.研究并设计直接数字式相位噪声分析仪采集系统的整体架构。直接数字式相位噪声分析仪摒弃了传统在模拟电路端对相位波动进行解调的设计。通过数字相位解调算法实现相位波动的分离,缩小了模拟电路的规模,减少了采集系统中的噪声种类。2.高精度采集系统电路设计。直接数字式架构的相位噪声分析仪,其噪底基本由仪器的数据采集系统噪声决定。因此本文对采集系统中模数转换器、信号调理通道、采样时钟、供电电源以及基准电压源多个模块中的主要噪声进行了理论分析和仿真,为采集系统电路设计及相应器件选型提供理论依据。并在此基础上对采集系统电路进行了详细设计。3.数字相位解调算法和互相关算法在高精度相位噪声测量中的应用。数字相位解调算法是一种从原始信号数据中分离出相位波动的算法。本文研究了数相位解调算法理论及其实现方法,并验证了数字相位解调算法可以实现相位波动的准确分离。在准确提取出相位波动后,通过互相关算法抑制相位波动中由采集系统引入的不相关噪声,降低系统噪底,提升测量精度。最终获得相应的相位噪声功率谱。4.对样机性能指标进行测试,并与国外高端仪器测量结果进行对比。测试结果表明样机远端噪底指标可以达到-174.7 d Bc/Hz@1 MHz的水平,基本符合项目设计需求,可以正常测量信号源的相位噪声。