使用頻譜分析儀測量相位噪聲方法解析

當(dāng)今的頻譜分析儀提供了一種非常有效的方法，可以輕松準(zhǔn)確地測試相位噪聲，并且比使用其他形式的電子測試儀器的方法更容易、更準(zhǔn)確。

這些電子測試儀器通常設(shè)計(jì)有程序集成到軟件中，以使測試更加容易。與使用不同形式的測試設(shè)備的其他方法相比，頻譜分析儀不僅提供了一種更方便的相位噪聲測量方法，而且通常更準(zhǔn)確。

相位噪聲作為許多射頻器件的一個參數(shù)越來越重要，因?yàn)橄辔辉肼曅阅懿畈粌H會導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差增加，而且還會對其他信道上的用戶造成干擾。

因此，在設(shè)計(jì)階段，需要對許多不同類型的電子設(shè)備進(jìn)行相位噪聲測量。它可以適用于從移動電話到用于物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、短距離無線、無線電通信設(shè)備等的節(jié)點(diǎn)/單元等物品。

由于可能需要進(jìn)行相位噪聲測量的項(xiàng)目種類繁多，因此需要一種便捷的方法來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，而頻譜分析儀是滿足這一需求的理想測試儀器。

什么是相位噪聲

相位噪聲是由任何信號上存在的短期相位波動引起的。這稱為相位抖動，直接以弧度為單位進(jìn)行測量。

相位抖動在信號上表現(xiàn)為邊帶，分布在主信號的兩側(cè)。這被稱為單邊帶相位噪聲，當(dāng)以這種方式觀察時，它更容易可視化和測量。

相位噪聲之所以重要，原因如下：

降低數(shù)據(jù)傳輸性能：大多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸（如用于蜂窩通信、Wi-Fi 和許多其他應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸）都使用調(diào)制形式，這些形式使用相位作為調(diào)制技術(shù)的一部分或全部。任何相位噪聲都會降低不同狀態(tài)之間的裕量，并影響信號裕量和由此產(chǎn)生的誤碼率。這意味著對于任何本振來說，具有良好的相位噪聲性能非常重要。

鄰道干擾：相位噪聲擴(kuò)散到主信號的任一側(cè)，并可能落入附近的信道中，從而對其他用戶造成干擾。因此，雜散發(fā)射（包括相位噪聲）必須保持在一定限值以下，以確保不會出現(xiàn)干擾問題。

電信系統(tǒng)內(nèi)的定時：相位噪聲至關(guān)重要的另一個領(lǐng)域是振蕩器用于定時控制。相位噪聲性能在許多領(lǐng)域都是關(guān)鍵，包括電信網(wǎng)絡(luò)，在這些領(lǐng)域中，相位噪聲引起的抖動可能會開始增加數(shù)據(jù)錯誤并導(dǎo)致其他問題。

相位噪聲測量為給定帶寬內(nèi)的噪聲功率。標(biāo)準(zhǔn)是 1Hz 帶寬。雖然可以在更寬的帶寬下進(jìn)行測量，但可以很容易地將其轉(zhuǎn)換為1Hz帶寬的值。

除此之外，噪聲值還與載波電平有關(guān)。載波上的給定分貝數(shù)。表示這一點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)縮寫是 dBc。

最后，必須說明與載波的偏移量，因?yàn)樵肼曀綍S著載波偏移量的變化而變化。

這是一個典型的規(guī)格，以給定頻率偏移下 1Hz 帶寬下載波的分貝來表示，即 xx kHz 偏移時的 dBc / Hz。

測量相位噪聲的先決條件

使用頻譜分析儀進(jìn)行任何相位噪聲測量的主要要求是，與掃描速率相比，它必須具有較低的漂移水平。如果振蕩器漂移水平過高，則測量結(jié)果無效。

這意味著該技術(shù)非常適合測量頻率合成器的相位噪聲電平，因?yàn)樗鼈儽绘i定在一個穩(wěn)定的基準(zhǔn)上，并且漂移電平非常低。

許多自由運(yùn)行的振蕩器不夠穩(wěn)定，無法使用這種技術(shù)。通常，它們需要以某種方式鎖定到參考，這將改變至少部分頻譜的相位噪聲特性。

除此之外，頻譜分析儀的相位噪聲性能必須優(yōu)于被測物，否則測試將測量頻譜分析儀的相位噪聲特性。

雖然它不是必需的，但如果頻譜分析儀具有用于相位噪聲測量的內(nèi)置例程，則會有所幫助。許多現(xiàn)代測試儀器都內(nèi)置了這些例程，t 可以提供很大的幫助。

如何使用頻譜分析儀測量相位噪聲

雖然測量相位噪聲的方法有很多種，但最直接的方法就是使用頻譜分析儀。

從本質(zhì)上講，分析儀通過任何合適的衰減器連接到被測單元的輸出端，以降低分析儀的功率（如果被測單元的輸出功率很高）。

在某些情況下，可能需要將分析儀和被測單元的振蕩器標(biāo)準(zhǔn)鎖定在一起。這樣就不會有信號漂移，這可能是測量接近的問題。

然后，將分析儀設(shè)置為測量載波輸出的信號電平 - 通?？赡軓妮d波輸出到1 MHz或更高的頻率。理想情況下，噪聲已達(dá)到本底噪聲。

必須設(shè)置分析儀的帶寬，以便在掃描分辨率和掃描時間之間取得良好的平衡。然后可以將噪聲電平轉(zhuǎn)換為1Hz帶寬中的噪聲電平。

分析儀過濾器和檢測器特性

頻譜分析儀的濾波器和檢波器特性對相位噪聲測量結(jié)果有影響。

其中一個關(guān)鍵問題是頻譜分析儀中使用的濾波器的帶寬。分析儀沒有 1 Hz 濾波器，即使使用 1 Hz 帶寬濾波器進(jìn)行測量也需要很長時間才能完成。因此，使用更寬的濾波器，并將噪聲電平調(diào)整到使用1 Hz帶寬濾波器時的水平。

可以使用一個簡單的公式來調(diào)整濾波器帶寬：

其中：

L1赫茲= 1 Hz帶寬內(nèi)的電平，即歸一化為1 Hz，通常以dBm

L為單位濾線= 濾波器帶寬中的電平，通常以 dBm

BW 為單位 = 測量濾波器的帶寬，單位為 Hz

由于濾波器的形狀不是完全的矩形形狀，并且具有有限的滾降，因此這對在1Hz帶寬內(nèi)給出噪聲的轉(zhuǎn)換有影響。通常，需要結(jié)合使用中的濾波器的已知因素，以確保正確的轉(zhuǎn)換。

檢測器的類型也有影響。如果使用采樣檢波器代替RMS檢波器，并且在窄帶寬或多次測量中對跡線進(jìn)行平均，則發(fā)現(xiàn)噪聲的權(quán)重過低。

對這些因素和任何其他因素的調(diào)整通常在頻譜分析儀中進(jìn)行，并且通常在軟件功能中包含特殊的相位噪聲測量設(shè)置。

相位噪聲測量注意事項(xiàng)

使用頻譜分析儀測量相位噪聲時，需要記住一些重要的預(yù)防措施

確保不會拾取外部噪音：頻譜分析儀測量的是單邊帶相位噪聲，因此存在的任何幅度噪聲都會增加噪聲，從而降低結(jié)果。確保分析儀無法拾取外部噪聲：

使用篩選的線索：所有信號連接均使用屏蔽引線

遠(yuǎn)離噪音源：確保測試系統(tǒng)（包括被測單元）遠(yuǎn)離任何干擾源。由于某些頻率的信號電平非常低，因此即使是少量的拾取也會導(dǎo)致錯誤的結(jié)果

有屏風(fēng)的房間？如果有射頻屏蔽室，則可以使用它來執(zhí)行測試，確保不會受到干擾。

從正確的電源運(yùn)行被測設(shè)備：電源可以顯著改變RF電路的噪聲性能。確保使用設(shè)備的電源，或至少使用性能水平相同的電源。開關(guān)電源通常比模擬線性電源產(chǎn)生更多的噪聲，因此應(yīng)記住這一點(diǎn)。

確保分析儀性能合適：有兩個主要問題;即頻譜分析儀相位噪聲本身，以及動態(tài)范圍性能：

頻譜分析儀相位噪聲性能：對于相位噪聲水平非常低的信號，被測設(shè)備可能會接近分析儀的性能。在這種情況下，分析儀內(nèi)振蕩器的相位噪聲將與被測信號的相位噪聲相加，這將使結(jié)果失真。為防止這種情況，請確保分析儀的相位噪聲性能至少比被測單元的相位噪聲性能好 10dB。

頻譜分析儀動態(tài)范圍：頻譜分析儀的動態(tài)范圍性能也必須足夠。分析儀必須能夠適應(yīng)載波電平以及離載波較遠(yuǎn)的極低噪聲水平。很容易檢查熱噪聲是否是一個問題?？梢垣@取和存儲信號源的相位噪聲跡線。使用完全相同的設(shè)置，但沒有信號，可以重復(fù)測量。如果在感興趣的偏移處兩者之間存在明顯差異，則測量不會受到分析儀熱噪聲的不當(dāng)影響。

使用這些預(yù)防措施和任何其他可能適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，可以確保在使用頻譜分析儀測量相位噪聲時能夠獲得一些非常好的結(jié)果。

頻譜分析儀是進(jìn)行相位噪聲測量的理想測試儀器。由于許多現(xiàn)代高性能分析儀已經(jīng)結(jié)合了在任何射頻設(shè)計(jì)或測試場景中進(jìn)行這些測試的例程，因此測量不僅易于進(jìn)行，而且可靠。

鑒于相位噪聲測量的嚴(yán)苛性，主要是高端測試儀器可以進(jìn)行這些測量并內(nèi)置例程。然而，只要了解測試的局限性，就可以謹(jǐn)慎使用其他低端頻譜分析儀來估計(jì)電路、模式和系統(tǒng)的相位噪聲性能。

審核編輯：黃飛