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電學(xué)文章
怎樣通過使用頻譜分析儀精確測量信號源相位噪聲

發(fā)布時間: 2021-08-26   瀏覽次數(shù):   作者:邁昂科技

       為什么不可以只是使用頻譜分析儀行業(yè)在成像雷達(dá),移動通信,衛(wèi)星通信,天氣監(jiān)測等應(yīng)用中,對頻譜純信號的使用需求不斷增長。這需要對信號生成設(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量系統(tǒng),其測量本底噪聲通常優(yōu)于-180dBc/Hz,所需要的是用于測量晶體振蕩器(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,但是它對于區(qū)分幅度和相位噪聲不是很有幫助。不但無法分離振幅和相位噪聲,而且頻譜分析儀的動態(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。


測量信號源相位噪聲1


解決方案

總部位于瑞士的Anapico生產(chǎn)了APPH系列自動信號源分析儀,其將幅度調(diào)制和相位調(diào)制測量分開,可以獨(dú)立測量非常低的噪聲水平(低于-180dBc/Hz),并具有測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,幅度和基帶噪聲測量問題,可提供高精度和重現(xiàn)性,快速測量速度,高動態(tài)范圍以及低系統(tǒng)本底噪聲,與此同時仍可為實驗室和生產(chǎn)環(huán)境提供可承受的價格。


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)的噪聲測量。專有的基于FPGA的FFT交叉分析儀實時處理125MSa/s,可在幾秒鐘內(nèi)完成數(shù)千個相關(guān)性和-170dBc/Hz以下的測量。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,與此同時提高可靠性。


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)一步消除雜散信號以及接地和電源線環(huán)路。另一個非常重要的考慮因素是精確校準(zhǔn)。出廠前,每臺儀器均根據(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??晒┻x擇地,儀器可以提供校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品,以使用戶可以隨時進(jìn)行現(xiàn)場性能驗證。


精確測量專業(yè)能力
Anapico的APPH儀器支持的精確測量包括:使用內(nèi)部或外部參考的相加或絕對相位噪聲精確測量,幅度噪聲精確測量以及其他用于評估RF信號源的自動測量。對于晶體振蕩器,PLL合成器,時鐘,鎖相VCO,DRO等源,可以輕松進(jìn)行SSB相位噪聲,幅度噪聲,AM噪聲精確測量,加性或殘留噪聲表征以及高達(dá)30GHz的基帶噪聲精確測量。


圖2所示的相位噪聲數(shù)據(jù)是從低噪聲100MHzOCXO參考中收集的數(shù)據(jù)。所顯示的三個跡線分別是在第一次關(guān)聯(lián)之后(綠色,在12秒的精確測量時間之后),10個關(guān)聯(lián)(藍(lán)色,在120s之后)和100個關(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-180dBc/Hz。對于這種超低噪聲精確測量,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。


精確測量信號源相位噪聲2

圖3顯示了使用內(nèi)部信號源進(jìn)行精確測量時APPH的典型靈敏度,假設(shè)精確測量時間約為24秒,偏移量為1Hz至10MHz。但是,APPH信號源分析儀還可以精確測量不同驅(qū)動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。除此之外,還支持幅度噪聲精確測量。


精確測量信號源相位噪聲3

圖4顯示了從Anapico的一個信號發(fā)生器獲得的4GHz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,最終得以可以對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40MHz的帶寬和瞬態(tài)精確測量功能。


圖3:帶有內(nèi)部參考源(24秒后)的APPH的靈敏度。
精確測量信號源相位噪聲4

結(jié)論:
APPH系列相位噪聲測試儀提供了完整的精確測量功能,可評估各種射頻信號源。它們提供了全面的精確測量功能,例如相位和幅度噪聲精確測量,殘余噪聲表征,可直接訪問FFT分析儀進(jìn)行基帶信號和LF噪聲分析。


   使用經(jīng)過驗證的互相關(guān)精確測量程序和自校準(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)確的精確測量結(jié)果。全自動的頻率采集和自校準(zhǔn)功能大大簡化了儀器的使用和適用范圍,最終得以實現(xiàn)了快速精確測量和便于操作。

 
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