如何通過使用頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)源相位噪聲

為什么不能僅僅使用頻譜分析儀行業(yè)在成像雷達(dá)，移動(dòng)通信，衛(wèi)星通信，天氣監(jiān)測(cè)等應(yīng)用中，對(duì)頻譜純信號(hào)的需求不斷增長。這需要對(duì)信號(hào)生成設(shè)備進(jìn)行快速，準(zhǔn)確和可再現(xiàn)的表征。需要專用的相位噪聲和幅度噪聲測(cè)量系統(tǒng)，其測(cè)量本底噪聲通常優(yōu)于-180 dBc / Hz。所需要的是用于測(cè)量晶體振蕩器（VCXO，OCXO），SAW振蕩器，合成器，鎖相環(huán)和VCO（鎖定或自由運(yùn)行的高Q）的絕對(duì)相位噪聲的儀器，以及放大器，混頻器，分頻器和乘法器。

盡管可以使用頻譜分析儀來產(chǎn)生一些特性，但是它對(duì)于區(qū)分幅度和相位噪聲不是很有幫助。不僅無法分離振幅和相位噪聲，而且頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍和底噪也不足。頻譜分析儀中內(nèi)部本地振蕩器的相位噪聲過高，并且它們?nèi)狈Ψ直媛蕩?。因此，需要一個(gè)專門的系統(tǒng)，該系統(tǒng)先進(jìn)行解調(diào)然后分別分析幅度和相位噪聲。

測(cè)量信號(hào)源相位噪聲1

解決方案

總部位于瑞士的Anapico生產(chǎn)了APPH系列自動(dòng)信號(hào)源分析儀，其將幅度調(diào)制和相位調(diào)制測(cè)量分開，可以獨(dú)立測(cè)量非常低的噪聲水平（低于-180 dBc / Hz），并具有測(cè)量有源和無源附加噪聲的能力組件。APPH分析儀可提供高達(dá)30GHz的測(cè)量能力，并具有完全集成的互相關(guān)系統(tǒng)，可響應(yīng)最常見的相位，幅度和基帶噪聲測(cè)量問題，可提供高精度和重現(xiàn)性，快速測(cè)量速度，高動(dòng)態(tài)范圍以及低系統(tǒng)本底噪聲，同時(shí)仍可為實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)環(huán)境提供可承受的價(jià)格。

系統(tǒng)架構(gòu)

APPH系列的核心引擎將低噪聲模擬接收器通道與先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合在一起，可提供快速且可重復(fù)的噪聲測(cè)量。專有的基于FPGA的FFT交叉分析儀實(shí)時(shí)處理125MSa / s，可在幾秒鐘內(nèi)完成數(shù)千個(gè)相關(guān)性和-170dBc / Hz以下的測(cè)量。由LAN或USB控制的APPH系列可以使用PC，筆記本電腦或平板電腦作為控制器，因此無需集成顯示器，從而可以最大程度地降低產(chǎn)品成本，同時(shí)提高可靠性。

精確校準(zhǔn)

將系統(tǒng)封裝在緊湊的無風(fēng)扇機(jī)箱中，可以進(jìn)一步消除雜散信號(hào)以及接地和電源線環(huán)路。另一個(gè)非常重要的考慮因素是精確校準(zhǔn)。出廠前，每臺(tái)儀器均根據(jù)可溯源的噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了校準(zhǔn)，以確保高精度，一致和可重復(fù)的結(jié)果?？蛇x地，儀器可以提供校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品，以使用戶可以隨時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)性能驗(yàn)證。

測(cè)量能力

Anapico的APPH儀器支持的測(cè)量包括：使用內(nèi)部或外部參考的相加或絕對(duì)相位噪聲測(cè)量，幅度噪聲測(cè)量以及其他用于評(píng)估RF信號(hào)源的自動(dòng)測(cè)量。對(duì)于晶體振蕩器，PLL合成器，時(shí)鐘，鎖相VCO，DRO等源，可以輕松進(jìn)行SSB相位噪聲，幅度噪聲，AM噪聲測(cè)量，加性或殘留噪聲表征以及高達(dá)30GHz的基帶噪聲測(cè)量。 。

圖2所示的相位噪聲數(shù)據(jù)是從低噪聲100 MHz OCXO參考中收集的數(shù)據(jù)。所顯示的三個(gè)跡線分別是在第一次關(guān)聯(lián)之后（綠色，在12秒的測(cè)量時(shí)間之后），10個(gè)關(guān)聯(lián)（藍(lán)色，在120 s之后）和100個(gè)關(guān)聯(lián)（紅色，在20分鐘之后）。十次相關(guān)或兩分鐘后，DUT的本底噪聲達(dá)到-180 dBc / Hz。對(duì)于這種超低噪聲測(cè)量，使用外部參考源可以獲得更快的結(jié)果。使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源運(yùn)行的系統(tǒng)的靈敏度取決于DUT的載波頻率和頻率偏移范圍。

測(cè)量信號(hào)源相位噪聲2

圖3顯示了使用內(nèi)部信號(hào)源進(jìn)行測(cè)量時(shí)APPH的典型靈敏度，假設(shè)測(cè)量時(shí)間約為24秒，偏移量為1Hz至10MHz。但是，APPH信號(hào)源分析儀還可以測(cè)量不同驅(qū)動(dòng)條件下放大器的加性相位噪聲，以及預(yù)分頻器或混頻器之類的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備的相位噪聲。此外，還支持幅度噪聲測(cè)量。

測(cè)量信號(hào)源相位噪聲3

圖4顯示了從Anapico的一個(gè)信號(hào)發(fā)生器獲得的4 GHz的幅度噪聲，并顯示了帶有用戶定義的標(biāo)記和偽列表的跡線。APPH還可以直接訪問FFT分析儀，從而可以對(duì)電源電壓和控制電壓進(jìn)行噪聲分析。具有擴(kuò)展偏移范圍的APPH6040以及APPH20G提供超過40 MHz的帶寬和瞬態(tài)測(cè)量功能。
圖3：帶有內(nèi)部參考源（24秒后）的APPH的靈敏度。

測(cè)量信號(hào)源相位噪聲4

結(jié)論

APPH系列相位噪聲測(cè)試儀提供了完整的測(cè)量功能，可評(píng)估各種射頻信號(hào)源。它們提供了全面的測(cè)量功能，例如相位和幅度噪聲測(cè)量，殘余噪聲表征，可直接訪問FFT分析儀進(jìn)行基帶信號(hào)和LF噪聲分析。使用經(jīng)過驗(yàn)證的互相關(guān)測(cè)量程序和自校準(zhǔn)例程，即使在變化的環(huán)境條件下也可以獲得可重復(fù)且準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。全自動(dòng)的頻率采集和自校準(zhǔn)功能大大簡(jiǎn)化了儀器的使用和適用范圍，從而實(shí)現(xiàn)了快速測(cè)量和易于操作。

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